(57)【要約】【課題】  高品質の固体撮像素子を製造する。【解決手段】  半導体基板に不純物を添加して、相互に隣接する垂直転送チャネル及び読み出しゲートを形成する。それらの上方を含む領域の前記半導体基板表面に、第１の酸化シリコン膜を形成し、その表面に窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜上にレジストパタンを形成し、レジストパタンをマスクとして窒化シリコン膜を等方性エッチした後、レジストを除去する。エッチングされた窒化シリコン膜表面を含む領域に、第２の酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコンと窒化シリコンとを含む絶縁膜を形成する。垂直転送チャネル上方に、垂直転送電極を形成する。半導体基板に不純物を添加して、垂直転送チャネルとは異なる側で読み出しゲートに隣接する光電変換素子を形成する。等方性エッチは、窒化シリコン膜が、垂直転送チャネル上方を覆い、読み出しゲート上方に張り出して形成されるように行う。【選択図】          図３
2006032547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に行列状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換素子と、
前記光電変換素子の各列に近接して、前記半導体基板内に形成された複数の垂直転送チャネルと、
前記半導体基板内の前記光電変換素子と前記垂直転送チャネルとの間に形成され、前記光電変換素子で生成された信号電荷の、前記垂直転送チャネルへの読み出しを制御する読み出しゲートと、
前記光電変換素子、前記読み出しゲート、及び前記垂直転送チャネルを覆うように前記半導体基板上に形成された酸化シリコン膜と、該酸化シリコン膜を介して前記垂直転送チャネルを覆いかつ前記読み出しゲート上方に張り出して形成されており、テーパ形状の端部を有する窒化シリコン膜とを含む絶縁膜と、
列方向に交互に形成される複数層からなる垂直転送電極であって、前記絶縁膜上方に形成され、前記読み出しゲートのポテンシャルを制御することによって、前記光電変換素子で生成された信号電荷を前記垂直転送チャネルに読み出し、また、前記垂直転送チャネルのポテンシャルを制御することによって、前記垂直転送チャネル内に読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直転送電極と、
前記垂直転送チャネルから転送される信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤ部と
を有する固体撮像素子。
【請求項２】
（ａ）半導体基板に不純物を添加して、相互に隣接する垂直転送チャネル及び読み出しゲートを形成する工程と、
（ｂ）前記垂直転送チャネル及び前記読み出しゲート上方を含む領域の前記半導体基板表面に、第１の酸化シリコン膜を形成し、前記第１のシリコン膜の表面に窒化シリコン膜を形成する工程と、
（ｃ）前記窒化シリコン膜上にレジストパタンを形成し、前記レジストパタンをマスクとして前記窒化シリコン膜を等方性エッチした後、前記レジストを除去する工程と、
（ｄ）エッチングされた前記窒化シリコン膜表面を含む領域に、第２の酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコンと窒化シリコンとを含む絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記垂直転送チャネル上方に、垂直転送電極を形成する工程と、
（ｆ）前記半導体基板に不純物を添加して、前記垂直転送チャネルとは異なる側で前記読み出しゲートに隣接する光電変換素子を形成する工程と
を有し、
前記工程（ｃ）において、前記窒化シリコン膜が、前記垂直転送チャネル上方を覆い、前記読み出しゲート上方に張り出して形成されるように等方性エッチを行う固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）が、前記窒化シリコン膜表面を熱酸化して第３の酸化シリコン膜を形成し、前記第３の酸化シリコン膜を除去する工程を含む請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）における等方性エッチが、等方性ウェットエッチまたは等方性ケミカルドライエッチである請求項２または３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特にゲート絶縁膜中に窒化膜を含む構造の固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４（Ａ）は、固体撮像素子を組み込んだ固体撮像装置の主要部を示すブロック図であり、図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図である。また、図４（Ｄ）は、固体撮像素子の画素配列部の一部の概略を示す断面図である。
【０００３】
図４（Ａ）を参照する。固体撮像装置は、画素ごとに入射した光量に応じて信号電荷を発生し、発生した信号電荷に基づく画像信号を供給する固体撮像素子５１、固体撮像素子５１を駆動するための駆動信号（転送電圧等）を発生し、固体撮像素子５１に供給する駆動信号発生装置５２、固体撮像素子５１の出力信号を相関二重サンプリングした上で、外部より設定されたゲインで増幅した後に、アナログ−デジタル変換し、デジタル出力するアナログ前段処理装置（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ、ＡＦＥ）５３、アナログ前段処理装置５３から供給される画像信号の認識処理、データ圧縮、ネットワークコントロール等の処理を行って画像データを出力するデジタル信号処理装置（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）５４、及び固体撮像素子５１、駆動信号発生装置５２、アナログ前段処理装置５３にタイミング信号を発し、それらの動作を制御するタイミングジェネレータ（Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＴＧ）５５を含んで構成される。
【０００４】
駆動信号発生装置５２は、たとえば垂直ＣＣＤ駆動信号を発生するＶドライバを含む。駆動信号発生装置５２から固体撮像素子５１に供給される信号は、水平ＣＣＤ駆動信号、垂直ＣＣＤ駆動信号、出力アンプ駆動信号及び基板バイアス信号である。
【０００５】
図４（Ｂ）を参照する。固体撮像素子は、たとえば行列状に配置された複数の感光部６２、感光部６２の各列に近接して形成された複数の垂直ＣＣＤ部６４、複数の垂直ＣＣＤ部６４に電気的に結合された水平ＣＣＤ部６６、及び水平ＣＣＤ部６６の端部に設けられ、水平ＣＣＤ部６６からの出力電荷信号を増幅する増幅回路部６７を含んで構成される。なお、画素配列部６１は感光部６２及び垂直ＣＣＤ部６４を含んで構成される。
【０００６】
感光部６２は、感光素子、たとえば光電変換素子（フォトダイオード）及び読み出しゲートを含んで構成される。光電変換素子は、入射した光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する。蓄積された信号電荷の垂直ＣＣＤ部６４（垂直転送チャネル）への読み出しは、読み出しゲートに印加される電圧により制御される。垂直ＣＣＤ部６４に読み出された信号電荷は、垂直ＣＣＤ部６４内（垂直転送チャネル）を、水平ＣＣＤ部６６に向かう方向（垂直方向）に転送される。垂直ＣＣＤ部６４の末端まで転送された信号電荷は、水平ＣＣＤ部６６内（水平転送チャネル）を水平方向に転送され、増幅回路部６７で増幅されて外部に取り出される。
【０００７】
なお、感光部６２の配列は、図４（Ｂ）に示したような行方向及び列方向にそれぞれ一定ピッチで正方行列的に配列される場合の他、行方向及び列方向に１つおきにたとえば１／２ピッチずつ位置をずらして配列されるハニカム配列がある。
【０００８】
図４（Ｃ）は、ハニカム配列された固体撮像素子の概略的な平面図である。ハニカム配列とは、第１の正方行列的に配列された感光部６２と、その格子間位置に第２の正方行列的に配列された感光部６２とからなる感光部６２の配列のことをいう。垂直ＣＣＤ部６４（垂直転送チャネル）は感光部６２の間を蛇行するように形成される。なお、ハニカム配列とはいっても、この構成における感光部６２は多くの場合、八角形状である。
【０００９】
図４（Ｄ）を参照する。たとえばｎ型のシリコン基板である半導体基板８１に形成されたｐ型のウエル層８２に、ｎ型の不純物添加領域で構成される光電変換素子７１とその上方のｐ+型の埋め込み領域７１ａ、それらに近接するｎ型領域の垂直転送チャネル７３、及び光電変換素子７１と垂直転送チャネル７３の間にｐ型の読み出しゲート７２が形成されている。垂直転送チャネル７３上方には絶縁膜７４を介して、垂直転送電極７５が形成されている。隣り合う光電変換素子７１間にはｐ型のチャネルストップ領域７６が形成されている。
【００１０】
チャネルストップ領域７６は、光電変換素子７１、垂直転送チャネル７３等の電気的な分離を行うための領域である。絶縁膜７４は、半導体基板８１表面上に、たとえば熱酸化により形成された酸化シリコン膜を含む。垂直転送電極７５は、たとえばポリシリコンで形成される第１層垂直転送電極及び第２層垂直転送電極を含む。これらはアモルファスシリコンで形成することも可能である。垂直転送電極７５は、それに印加される電圧（駆動信号）で、垂直転送チャネル７３のポテンシャルを制御することによって、信号電荷を垂直転送チャネル７３内を転送する。また、読み出しゲート７２上方の垂直転送電極７５は印加電圧（駆動信号）で、読み出しゲート７２のポテンシャルを制御することによって、入射光量に応じて光電変換素子７１で生成、蓄積された信号電荷を、読み出しゲート７２から垂直転送チャネル７３に読み出す役割も果たす。垂直転送電極７５上には、たとえばポリシリコンの熱酸化により得られる絶縁性のシリコン酸化膜７７が形成されている。垂直転送チャネル７３、及びその上方の絶縁膜７４、垂直転送電極７５を含んで、垂直ＣＣＤ部６４は構成される。
【００１１】
垂直転送電極７５上方には、絶縁性の酸化シリコン膜７７を介して、たとえばタングステンにより遮光膜７９が形成されている。遮光膜７９には、光電変換素子７１の上方に開口部７９ａが形成されている。遮光膜７９上には、窒化シリコン膜７８が形成されている。
【００１２】
遮光膜７９は、上述のように各光電変換素子７１上方に開口部７９ａを有し、画素配列部６１に入射する光が光電変換素子７１以外の領域に入射するのを防止する。
【００１３】
遮光膜７９上方には、たとえばＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）でつくられた平坦化層８３ａが形成され、その平坦な表面上に、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層８４が形成される。その上を平坦化するために、更に平坦化層８３ｂが形成される。平坦な表面を有する平坦化層８３ｂ上には、たとえばマイクロレンズ用のフォトレジストパタンを溶融、固化してマイクロレンズ８５が形成される。マイクロレンズ８５は、各光電変換素子７１の上方に、たとえば微小な半球状の凸レンズが配列されたものである。マイクロレンズ８５は入射光を光電変換素子７１に集光する。１つのマイクロレンズ８５で集束される光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタ層８４を通して１つの光電変換素子７１に入射する。したがって、複数の光電変換素子は、それぞれ上方に形成された赤（Ｒ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射する光電変換素子、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射する光電変換素子、青（Ｂ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射する光電変換素子の３種類の光電変換素子を含む。
【００１４】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、固体撮像素子の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【００１５】
図５（Ａ）を参照する。たとえばｎ型のシリコン基板である半導体基板８１を準備し、その表面からｐ型の不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、ｐ型のウエル層８２を形成する。
【００１６】
ウエル層８２の表面近傍にｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素をイオン注入し、垂直転送チャネル７３を形成する。またｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、読み出しゲート７２、チャネルストップ領域７６を形成する。半導体基板８１上に、熱酸化による酸化シリコン膜、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学気相成長法）による窒化シリコン膜、その表面の熱酸化による酸化シリコン膜を形成してＯＮＯ膜とし、絶縁膜７４を形成する。
【００１７】
垂直転送チャネル７３上方を覆うように、たとえばポリシリコンで垂直転送電極７５を形成する。垂直転送電極７５は、たとえば垂直方向に交互に形成される第１層と第２層の転送電極を含んで構成される。垂直転送電極７５は、絶縁膜７４上にたとえばＣＶＤでポリシリコンを堆積し、フォトリソグラフィとエッチングでポリシリコンをパタニングすることによって作製される。
【００１８】
垂直転送電極７５をマスクとして、または垂直転送電極７５や絶縁膜７４上に、レジストを塗布した後、露光、現像を行って、レジストを所定位置にのみ残し、そのレジストをマスクとして、ｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素をイオン注入して光電変換素子７１を形成する。また、ｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入して、埋め込み領域７１ａを形成する。垂直転送電極７５を熱酸化して、その表面上に酸化シリコン膜７７を形成する。
【００１９】
また、図５（Ａ）の断面図には現れていないが、半導体基板８１に、水平ＣＣＤ部６６を、上記の工程と重複する工程によって形成する。更に、増幅回路部６７等を形成する。
【００２０】
図５（Ｂ）を参照する。酸化シリコン膜７７の上方にたとえばタングステンで遮光膜７９を形成する。遮光膜７９上にレジストを塗布し、露光、現像を行って、所定の位置にのみレジストを残し、レジストをマスクとしたエッチングにより、光電変換素子７１の上方に開口部７９ａを形成する。
【００２１】
遮光膜７９の上方を含む領域に、窒化シリコン膜７８を形成した後、たとえばＣＶＤによりＢＰＳＧで平坦化層８３ａを形成する。たとえば堆積したＢＰＳＧ膜を８５０℃でリフロすることで平坦化層８３ａの平坦化された表面を得る。なお、平坦化には、リフロ以外の、たとえば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ＣＭＰ）を用いることもできる。また、ＢＰＳＧの他、不純物を添加して融点を下げた他の酸化シリコンを用いることも可能である。
【００２２】
平坦化層８３ａの平坦な表面に、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層８４を形成する。カラーフィルタ層８４は、たとえばフォトレジスト液に粒状の色素が混じった液（顔料分散レジスト）を平坦化層８３ａの表面上に塗布し、露光、現像によりパタン形成し、たとえば硬化温度２２０℃で熱硬化させることにより形成する。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のフィルタ層を順に形成する。
【００２３】
カラーフィルタ層８４上に、平坦化層８３ｂを形成する。カラーフィルタ層８４は、表面に凹凸を有するためである。平坦化層８３ｂは、たとえば透明なレジストと同様の組成をもつ材料を塗布し、２２０℃の硬化温度で熱硬化させることによって形成する。続いて、平坦化層８３ｂ上にマイクロレンズ８５を形成する。
【００２４】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、読み出しゲート７２近傍の絶縁膜７４を示す概略的な断面図である。
【００２５】
図６（Ａ）を参照する。前述のように、絶縁膜７４は、酸素遮蔽膜である窒化シリコン膜７４ｂを酸化シリコン膜７４ａ，７４ｃで挟むＯＮＯ構造を採用していることが多い。読み出し電圧による電界で加速され、一部がホットエレクトロンとなった信号電荷は、窒化シリコン膜７４ｂと酸化シリコン膜７４ａとの界面にトラップされ、読み出し電圧の経時変化を引き起こすことがある。
【００２６】
ホットエレクトロンによる電圧の経時変化の発生を抑え、安定で、信頼性の高い薄型の高耐圧固体撮像素子の提供を目的とする発明の開示がなされている。（たとえば特許文献１参照。）
図６（Ｂ）は、特許文献１記載の発明に係る固体撮像素子の特徴部分を示す概略的な断面図である。この図に示すように、特許文献１記載の発明に係る固体撮像素子は、半導体基板８１に形成された光電変換素子７１と、それに近接した垂直転送チャネル７３上方の絶縁膜７４が、酸化シリコン膜７４ａ、７４ｃと窒化シリコン膜７４ｂの積層構造で構成され、少なくとも絶縁膜７４の光電変換素子７１上方側端部が、窒化シリコン膜７４ｂを含まないことを特徴とする。
【００２７】
図７（Ａ）〜（Ｅ）は、特許文献１記載の発明に係る固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【００２８】
図７（Ａ）を参照する。ｎ型のシリコン基板である半導体基板８１表面に形成されたｐ型のウエル層８２上に、膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜７４ａと、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜７４ｂと、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜７４ｃを下からこの順に形成し、３層構造の絶縁膜を形成する。続いて、この絶縁膜上に、垂直転送電極７５形成のための膜厚０．４μｍの高濃度ドープの多結晶シリコン膜を形成する。
【００２９】
図７（Ｂ）を参照する。フォトリソグラフィで形成したレジストパタンをマスクとして、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＲＩＥ）により、この多結晶シリコン膜をパタニングすることにより、電極３０を形成する。さらに、この電極３０をマスクとして絶縁膜を順次エッチングする。
【００３０】
図７（Ｃ）を参照する。熱酸化によって、電極３０の表面に熱酸化膜３１を形成する。このとき、熱酸化膜３１は、窒化シリコン膜７４ｂ上にはほとんど形成されない。従って形成された分は、酸系の処理で容易に除去可能である。
【００３１】
図７（Ｄ）を参照する。窒化シリコン膜７４ｂ上の酸化膜を酸系の処理で除去し、熱燐酸を用いたウェットエッチングにより電極３０端部から０．２μｍ程度の幅で窒化シリコン膜７４ｂを選択的にエッチング除去する。
【００３２】
図７（Ｅ）を参照する。熱酸化を行い、窒化シリコン膜７４ｂの除去された領域を酸化シリコン膜で埋める。
【００３３】
このようにして形成された固体撮像素子は、光電変換素子７１に近接した電極３０下の絶縁膜が、端部で窒化シリコン膜７４ｂを含有しない酸化シリコン膜の単層構造をとっている。読み出しゲート電圧の経時変化を引き起こすことなく良好な読み出し特性を維持することが可能である。
【００３４】
また、形成に際しても、新たなフォトリソグラフィ工程を必要とすることなく、エッジを等方性エッチングでエッチングするのみで形成することができ、極めて容易に作業性よく特性の良好な固体撮像素子を形成することが可能である。
【００３５】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
本発明の目的は、高品質の固体撮像素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明の一観点によれば、半導体基板内に行列状に配置され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子の各列に近接して、前記半導体基板内に形成された複数の垂直転送チャネルと、前記半導体基板内の前記光電変換素子と前記垂直転送チャネルとの間に形成され、前記光電変換素子で生成された信号電荷の、前記垂直転送チャネルへの読み出しを制御する読み出しゲートと、前記光電変換素子、前記読み出しゲート、及び前記垂直転送チャネルを覆うように前記半導体基板上に形成された酸化シリコン膜と、該酸化シリコン膜を介して前記垂直転送チャネルを覆いかつ前記読み出しゲート上方に張り出して形成されており、テーパ形状の端部を有する窒化シリコン膜とを含む絶縁膜と、列方向に交互に形成される複数層からなる垂直転送電極であって、前記絶縁膜上方に形成され、前記読み出しゲートのポテンシャルを制御することによって、前記光電変換素子で生成された信号電荷を前記垂直転送チャネルに読み出し、また、前記垂直転送チャネルのポテンシャルを制御することによって、前記垂直転送チャネル内に読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直転送電極と、前記垂直転送チャネルから転送される信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤ部とを有する固体撮像素子が提供される。
【００３８】
この固体撮像素子は、電荷読み出し電圧の経時変化、第１層垂直転送電極と第２層垂直転送電極との間の耐圧の不足、及び転送効率の劣化を抑えることのできる高品質の固体撮像素子である。
【００３９】
また、本発明の他の観点によれば、（ａ）半導体基板に不純物を添加して、相互に隣接する垂直転送チャネル及び読み出しゲートを形成する工程と、（ｂ）前記垂直転送チャネル及び前記読み出しゲート上方を含む領域の前記半導体基板表面に、第１の酸化シリコン膜を形成し、前記第１のシリコン膜の表面に窒化シリコン膜を形成する工程と、（ｃ）前記窒化シリコン膜上にレジストパタンを形成し、前記レジストパタンをマスクとして前記窒化シリコン膜を等方性エッチした後、前記レジストを除去する工程と、（ｄ）エッチングされた前記窒化シリコン膜表面を含む領域に、第２の酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコンと窒化シリコンとを含む絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記垂直転送チャネル上方に、垂直転送電極を形成する工程と、（ｆ）前記半導体基板に不純物を添加して、前記垂直転送チャネルとは異なる側で前記読み出しゲートに隣接する光電変換素子を形成する工程とを有し、前記工程（ｃ）において、前記窒化シリコン膜が、前記垂直転送チャネル上方を覆い、前記読み出しゲート上方に張り出して形成されるように等方性エッチを行う固体撮像素子の製造方法が提供される。
【００４０】
この固体撮像素子の製造方法によれば、電荷読み出し電圧の経時変化、第１層垂直転送電極と第２層垂直転送電極との間の耐圧の不足、及び転送効率の劣化を抑えることのできる高品質の固体撮像素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、高品質の固体撮像素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本願発明者らは、固体撮像素子の特徴部分を以下の製造方法で作製した。固体撮像素子のその他の部分の製造方法は、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して行った説明と同様である。
【００４３】
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本願発明者らによって案出された、固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【００４４】
図１（Ａ）を参照する。たとえばｎ型のシリコン基板である半導体基板８１にｐ型の不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、ｐ型のウエル層８２を形成する。ウエル層８２の表面近傍にｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素をイオン注入し、垂直転送チャネル７３を形成する。またｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、読み出しゲート７２等を形成する。また、ｐ型のウエル層８２表面に、熱酸化による厚さ２５ｎｍの酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ、ＣＶＤによる厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜７４ｂ、その熱酸化による厚さ５ｎｍの酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃをこの順に形成し、絶縁膜７４を形成する。
【００４５】
図１（Ｂ）を参照する。酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃ上に、フォトリソグラフィで所定形状にパタニングしたレジスト９０を形成する。
【００４６】
図１（Ｃ）を参照する。レジスト９０をマスクとした等方性エッチング（等方性ケミカルドライエッチまたはウェットエッチ等）により、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃ、及び窒化シリコン膜７４ｂを除去する。たとえば、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃはフッ酸により、窒化シリコン膜７４ｂは熱燐酸によりエッチングを行う。等方性エッチングを行うのは、窒化シリコン膜７４ｂエッチ時の、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａとの選択比をとるためである。
【００４７】
レジスト９０除去後には、端部が垂直にエッチングされた窒化シリコン膜７４ｂ、及び窒化シリコン膜７４ｂの端部から突き出したひさし部７４ｄを有する酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃが残る。
【００４８】
図１（Ｄ）を参照する。ゲート絶縁膜７４上に、高濃度のリンをドープされた多結晶シリコン膜を、厚さ０．３μｍに堆積し、フォトリソグラフィで形成したレジストパタンをマスクとして、反応性イオンエッチングにより、この多結晶シリコン膜をパタニングして、第１層垂直転送電極７５ｂを形成する。
【００４９】
図１（Ｅ）を参照する。第２層垂直転送電極との絶縁性を確保するために、第１層垂直転送電極７５ｂ表面を熱酸化し、層間絶縁膜８０を形成する。図示は省略してあるが、この後更に多結晶シリコン膜を堆積、パタニングして第２層垂直転送電極を形成する。そして、第１層及び第２層垂直転送電極をマスクとして、ｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素、またはｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、光電変換素子７１、埋め込み領域７１ａ等の不純物添加領域を形成する。
【００５０】
図２（Ａ）〜（Ｅ）は、図１（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明した製造方法によって製造された固体撮像素子について，本願発明者らが新たに発見した問題点を説明するための図である。
【００５１】
図２（Ａ）は、光電変換素子７１、垂直転送電極７５（第１層垂直転送電極７５ｂ、第２層垂直転送電極７５ｃ）、及び垂直転送チャネル７３を示す概略的な平面図である。読み出しゲート７２近傍の領域を２点鎖線で囲んで示してある。
【００５２】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図である。
【００５３】
熱酸化による層間絶縁膜８０を表面に有する第１層垂直転送電極７５ｂは、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ、及びひさし部７４ｄを有する酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃ上に形成される。また、前述のように、窒化シリコン膜７４ｂは垂直にエッチングされているので、第１層垂直転送電極７５ｂは、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃのひさし部７４ｄの周囲を鍵状に回り込むように形成される。
【００５４】
図２（Ｃ）は、反応性イオンエッチングにより、多結晶シリコン膜をパタニングして第１層垂直転送電極７５ｂを形成した後の、読み出しゲート７２近傍であって、第１層垂直転送電極７５ｂが形成されていない領域の断面を示した概略的な断面図である。酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃのひさし部７４ｄの下には第１層垂直転送電極７５ｂを形成する材料である多結晶シリコン膜が潜り込む。パタニング後の熱酸化によっても、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃのひさし部７４ｄ下の酸化は制限される場合がある。
【００５５】
この後、この図に示す断面において、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ及び酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃ上に第２層垂直転送電極が形成される。
【００５６】
図２（Ｄ）は、図２（Ａ）の２Ｄ−２Ｄ線に沿った断面図であり、図２（Ｃ）に示した断面に第２層垂直転送電極７５ｃ及びシリコン酸化膜７７が形成された後の図である。
【００５７】
上述のように、ゲート読み出し電極を兼ねる第２層垂直転送電極７５ｃも、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ、及びひさし部７４ｄを有する酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃ上に形成される。しかし、第１層垂直転送電極７５ｂを形成する多結晶シリコンが、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ａ下に回り込んで残ることがあり、この結果第１層垂直転送電極７５ｂと第２層垂直転送電極７５ｃとの間の耐圧が不足したり、垂直転送チャネル７３における電荷の転送効率が劣化したりする場合が生じる。これらの問題は、電荷読み出し電圧の経時変化を抑制する構造の固体撮像素子にあっても大きな問題である。
【００５８】
図２（Ｅ）は、図２（Ａ）の部分的な拡大図である。理解を容易にするために、第１層垂直転送電極７５ｂを形成する多結晶シリコンが、酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ａのひさし部７４ｄ下に残る領域を斜線を付して示した。
【００５９】
本願発明者らは、この新たな課題の解決も含め、高品質の固体撮像素子及びその製造方法の提供を目的として、以下のような構造を有する固体撮像素子及びその製造方法の発明を為した。
【実施例】
【００６０】
図３（Ａ）〜（Ｊ）は、実施例による固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。固体撮像素子のその他の部分の製造方法は、図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して行った説明と同様である。
【００６１】
図３（Ａ）を参照する。たとえばｎ型のシリコン基板である半導体基板８１にｐ型の不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、ｐ型のウエル層８２を形成する。ウエル層８２の表面近傍にｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素をイオン注入し、垂直転送チャネル７３を形成する。またｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、垂直転送チャネル７３と相互に隣接する読み出しゲート７２等を形成する。また、これらの上方を含む領域の半導体基板８１（ウエル層８２）表面に、熱酸化による厚さ２５ｎｍの酸化シリコン膜７４ａ、ＣＶＤによる厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜７４ｂ、熱酸化による厚さ５ｎｍの酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃをこの順に形成する。窒化シリコン膜７４ｂを熱酸化することにより、窒化シリコン膜７４ｂを緻密化することができる。
【００６２】
図３（Ｂ）を参照する。酸化シリコン膜（トップ酸化膜）７４ｃをフッ酸系の薬液で除去する。下地の窒化シリコン膜７４ｂへのダメージの少ないケミカルドライエッチング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＣＤＥ）で除去してもよい。
【００６３】
なお、図３（Ａ）を参照して説明した工程において、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ及び窒化シリコン膜７４ｂのみを形成し、図３（Ｂ）に示した工程を省略することも可能である。
【００６４】
図３（Ｃ）を参照する。窒化シリコン膜７４ｂ上に、フォトリソグラフィで所定形状にパタニングしたレジスト９０を形成する。レジスト９０をマスクとした等方性エッチング、たとえば熱燐酸によるウェットエッチングにより、窒化シリコン膜７４ｂをエッチングする。
【００６５】
図３（Ｄ）を参照する。等方性エッチであるため、窒化シリコン膜７４ｂは厚さ方向だけでなく、面内方向にもエッチングされる。更に、薬液は窒化シリコン膜７４ｂとレジスト９０との界面にも沁み込み、その結果、エッチング後の窒化シリコン膜７４ｂには、下面から上面に向かう方向に細くなるテーパ状の端面が形成される。図にはエッチングされる窒化シリコン膜７４ｂの部分を点線で囲んで示した。
【００６６】
エッチングに当たっては、窒化シリコン膜７４ｂが垂直転送チャネル７３上方を覆い、読み出しゲート７２上方に張り出して形成されるようにエッチングを行う。エッチング後、レジスト９０を除去する。
【００６７】
図３（Ｅ）を参照する。等方性エッチとして、等方性のケミカルドライエッチングを用いることもできる。ドライエッチを用いた場合、ウェットエッチを行った場合と比較すると、窒化シリコン膜７４ｂとレジスト９０との界面のエッチングが進行しにくいため、エッチ後の窒化シリコン膜７４ｂの端部は、上面近傍が下面近傍より切り立ったテーパ形状となる。
【００６８】
図３（Ｆ）を参照する。上述のように、等方的なエッチングの結果、レジスト９０除去後には、垂直転送チャネル７３上方を覆い、読み出しゲート７２上方に張り出す、端部がテーパ形状をもつ窒化シリコン膜７４ｂが形成される。
【００６９】
図３（Ｇ）を参照する。露出した酸化シリコン膜７４ａ及びエッチングされた窒化シリコン膜７４ｂ上に、ＣＶＤで厚さ５ｎｍの酸化シリコン膜を堆積し、酸化シリコンと窒化シリコンを含む絶縁膜を形成する。図においては、窒化シリコン膜７４ｂ上のそれを改めて酸化シリコン膜７４ｃと表記し、酸化シリコン膜（ボトム酸化膜）７４ａ上のそれは、あわせて酸化シリコン膜７４ａと表した。酸化シリコン膜７４ｃには、図１または図２を用いて説明したようなひさし部は形成されない。
【００７０】
図３（Ｈ）を参照する。酸化シリコン膜７４ａ，７４ｃ上に、高濃度のリンをドープされた多結晶シリコン膜を、厚さ０．３μｍに堆積し、フォトリソグラフィで形成したレジストパタンをマスクとして、異方性の反応性イオンエッチングにより、垂直転送チャネル７３上方を含む領域に、第１層垂直転送電極７５ｂを形成する。酸化シリコン膜７４ｃはひさし部を有しないので、ひさし部の下に多結晶シリコンが残るということもない。
【００７１】
図３（Ｉ）を参照する。第２層垂直転送電極との絶縁性を確保するために、第１層垂直転送電極７５ｂ表面を熱酸化し、層間絶縁膜８０を形成する。
【００７２】
図３（Ｊ）を参照する。更に多結晶シリコン膜を堆積、パタニングして、垂直転送チャネル７３上方を含む領域に、読み出しゲート電極も兼ねる第２層垂直転送電極７５ｃを形成して表面を熱酸化する。
【００７３】
この後、第１層及び第２層垂直転送電極をマスクとして、ｎ型不純物、たとえばリンまたはヒ素をイオン注入して、垂直転送チャネル７３とは異なる側で読み出しゲート７２に隣接する光電変換素子７１を形成する。また、ｐ型不純物、たとえばホウ素をイオン注入し、光電変換素子７１上方に埋め込み領域７１ａを形成する。
【００７４】
このような工程を含んで製造される固体撮像素子は、光電変換素子、読み出しゲート、及び垂直転送チャネル上方の絶縁膜が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を含んで構成される。また、当該絶縁膜中の窒化シリコン膜は、テーパ形状の端部を備え、垂直転送チャネル上方を覆い、読み出しゲート上方に張り出して形成される。更に、窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜にはひさしが形成されていない。窒化シリコン膜の端部がテーパ形状であることにより、また、酸化シリコンのひさしが形成されないことにより、多結晶シリコンの潜り込みを防止することができる。この結果、第１層垂直転送電極と第２層垂直転送電極との間の耐圧の不足を抑えることができる。また、読み出しゲートの光電変換素子側上方に窒化シリコン膜が形成されていないことにより、電荷読み出し電圧の経時変化、及び転送効率の劣化を抑えることが可能となる。このため、高品質の固体撮像素子を製造することができる。
【００７５】
なお、実施例においては、第１層及び第２層垂直転送電極を有する固体撮像素子について述べたが、第１層乃至第３層垂直転送電極を有する固体撮像素子にも適用することが可能である。
【００７６】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
上述した固体撮像素子は、デジタルカメラ全般、またたとえば携帯電話機等のデジタルカメラの機能を備えた機器等にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本願発明者らによって案出された、特許文献１記載の発明に係る固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明した製造方法によって製造された固体撮像素子について，本願発明者らが新たに発見した問題点を説明するための図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｊ）は、実施例による固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【図４】（Ａ）は、固体撮像素子を組み込んだ固体撮像装置の主要部を示すブロック図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｄ）は、固体撮像素子の画素配列部の一部の概略を示す断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、固体撮像素子の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、読み出しゲート７２近傍のゲート絶縁膜７４を示す概略的な断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、特許文献１記載の発明に係る固体撮像素子の特徴部分の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
３０  電極
３１  熱酸化膜
５１  固体撮像素子
５２  駆動信号発生装置
５３  アナログ前段処理装置
５４  デジタル信号処理装置
５５  タイミングジェネレータ
６１  画素配列部
６２  感光部
６４  垂直ＣＣＤ部
６６  水平ＣＣＤ部
６７  増幅回路部
７１  光電変換素子
７１ａ  埋め込み領域
７２  読み出しゲート
７３  垂直転送チャネル
７４  絶縁膜
７４ａ  酸化シリコン膜
７４ｂ  窒化シリコン膜
７４ｃ  酸化シリコン膜
７４ｄ  ひさし部
７５  垂直転送電極
７５ｂ  第１層垂直転送電極
７５ｃ  第２層垂直転送電極
７６  チャネルストップ領域
７７  シリコン酸化膜
７８  窒化シリコン膜
７９  遮光膜
７９ａ  開口部
８０  層間絶縁膜
８１  半導体基板
８２  ウエル層
８３ａ，ｂ  平坦化層
８４  カラーフィルタ層
８５  マイクロレンズ
９０  レジスト
【図１】
2006032547.tif 000003
【図２】
2006032547.tif 000004
【図３】
2006032547.tif 000005
【図４】
2006032547.tif 000006
【図５】
2006032547.tif 000007
【図６】
2006032547.tif 000008
【図７】
2006032547.tif 000009