(57)【要約】【課題】  例えば固体撮像素子の撮像部を構成した場合に、作製時のパターニング工程における位置合わせ誤差が光電変換部の受光領域の面積のばらつきにつながらない電荷転送素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  撮像部に複数の光電変換部３を配置し、その周囲に信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１３を構成する単層構造の転送電極５〜８を形成する。まず、基板１上に電極間絶縁膜１０および１１と、転送電極−遮光膜間絶縁膜１２とを、共通のマスクを用いた同一工程で絶縁材料層をパターニングして形成し、転送電極部４と光電受光部３の相対位置を確定する。次に、光電変換部３をマスク材でマスクした状態で基板１上に電極材料層を堆積させた後、これを平坦化して転送電極５〜８を形成する。次に、転送電極５〜８を絶縁膜１９などで被覆した状態でマスク材を除去し、白傷の発生を抑えながら光電変換部３を開口する。【選択図】          図１
2006216655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体の電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して複数の電荷転送電極が配置され、隣接する電荷転送電極が間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に第１絶縁膜が配された電荷転送電極部を有する電荷転送素子において、
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間  に配された第２絶縁膜が、前記第１絶縁膜と一体に連設されている
ことを特徴とする、電荷転送素子。
【請求項２】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜が、それぞれ、前記間隙の位置及び前記電荷転送電極部と光電変換部との境界の位置において、前記ゲート絶縁膜に接して前記半導体基体から起立するように形成され、前記電荷転送電極が、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜によって囲まれた前記電荷転送電極部に配された電極材料からなり、固体撮像素子の一部を構成している、請求項１に記載した電荷転送素子。
【請求項３】
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが同一材料で形成されている、請求項１に記載した電荷転送素子。
【請求項４】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜が、酸化シリコン及び／又は窒化シリコンからなる、請求項１に記載した電荷転送素子。
【請求項５】
前記電荷転送電極の上面も前記遮光膜と絶縁されている、請求項１に記載した電荷転送素子。
【請求項６】
前記電荷転送電極が金属層からなる、請求項１に記載した電荷転送素子。
【請求項７】
請求項１に記載した電荷転送素子の製造方法であって、
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第１絶縁膜及び前記  第２絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜によって  囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に、前記第２絶縁膜を被覆するように、遮光膜材料層を形成  する工程と、
前記遮光膜材料層をパターニングして前記遮光膜を形成する工程と
を有する、電荷転送素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の各上部を、同一パターニング工程で位置決めして形成する、請求項７に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項９】
前記各上部をマスクにして前記絶縁材料層をエッチングして前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第１絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成する、請求項８に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１絶縁膜の上部をマスクにしたエッチングによって前記第１絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆する前記絶縁材料層に、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を積層して設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第１絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成し、更に、前記第２絶縁膜の前記上部をマスクにしたエッチングによって前記第２絶縁膜を形成する、請求項８に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち前記各上部下の絶縁層と同一材質の絶縁層によって前記ゲート絶縁膜の全面を被覆する、請求項９又は１０に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項１２】
前記マスク層を除去して、前記光電変換部に光入射する構造を形成する、請求項９又は１０に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁膜を、酸化シリコン及び／又は窒化シリコンを用いて形成する、請求項７に記載した電荷転送素子の製造方法。
【請求項１４】
前記電荷転送電極を、金属層によって形成する、請求項７に記載した電荷転送素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷転送素子及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、固体撮像素子などとして好適な単層構造の電荷転送電極を有する電荷転送素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサなどに用いられるＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）などの固体撮像素子は、光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、駆動回路によって駆動される。
【０００３】
従来、ＣＣＤなどの電荷転送電極としては、主として、隣接する転送電極同士が端部で上下に重なる二層構造を有するものが用いられている。二層構造の電荷転送電極は、電荷転送路に生じるポテンシャルポケットを小さくすることが容易である反面、重なり部分で転送電極部の高さが高くなり、光電変換部へ入射する光が一部さえぎられること、あるいは転送電極の上部が平坦ではないため、転送電極部を遮光膜で十分に被覆することが難しく、スミア特性が良くないことなどの問題点がある。また、その作製には、電極材料層を形成する工程や、電極材料層をパターニングする工程や、熱酸化法によって電極の表面に絶縁膜を形成する工程などを２回ずつ繰り返す必要があり、製造工程が煩雑になり、製造コストが高くなるという問題点もある。
【０００４】
一方、隣接する転送電極が上下に重なることなく、狭い間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に配された電極間絶縁膜によって転送電極間が絶縁されている、単層構造の電荷転送電極も提案されている。単層構造の電荷転送電極は、転送電極部の高さが低く、光電変換部へ入射する光がさえぎられることが少ないこと、および転送電極上部の平坦性が良く、転送電極部を遮光膜で被覆することが容易になるため、スミア特性が良くなることなどの特徴がある。また、その作製には、電極材料層の形成や電極パターンの形成などの各工程を１回行えばよく、製造工程も少なくてよい。また、隣接電極間の重なり部分がないことから、転送電極間の容量が小さく、高速転送に適している。
【０００５】
単層構造の電荷転送電極は、上記の特徴を有するものの、隣接する転送電極間の間隙が十分小さくないと、間隙部の電荷転送路にポテンシャルポケットが生じ、ここに信号電荷が滞留して、転送不良が発生する。ポテンシャルポケットの発生を防止するには、転送電極間の間隙を０．２〜０．３μｍ以下に加工する必要があり、従来はこのような単層構造の電荷転送電極の作製は困難であった。
【０００６】
しかし、最近の微細加工技術の進歩によって、単層構造の電荷転送電極の作製が可能になっている。例えば、特開平５−３１５５８８号公報には、サイドウオールの形成による溝幅の縮小を利用したリソグラフィとエッチングによって電極材料層をパターニングし、形成された転送電極間の間隙にＣＶＤ法（化学気相成長法）によって酸化シリコンなどの絶縁材料を埋め込む方法が提案されている。
【０００７】
一方、転送電極の材料としては、従来、リンをドープした多結晶シリコンなど、シート抵抗値が数十Ωのシリコン系導電材料が用いられてきた。しかし、近年、固体撮像素子においては撮像画素数の増加が進み、これにともない信号電荷を高速に転送すること、すなわち、転送電極を高い周波数のパルスで駆動することが必要になり、転送電極の低抵抗化が求められている。電極の低抵抗化の方法として、シリコン系導電材料の単独膜に代えて、シリコン系導電材料膜の上に、シート抵抗値が数Ωの金属膜やそのシリサイド膜を積層した複合膜を用いることが提案されている。
【０００８】
単層構造の電荷転送電極は、間隙部に別途電極間絶縁膜が形成されているため、二層構造の電荷転送電極と異なり、電極間の絶縁膜を形成するために電極を熱酸化する必要がない。このため、電極材料がシリコン系導電材料に限定されず、金属膜や金属シリサイド膜を用いることが容易であり、電極の低抵抗化に適している。
【０００９】
しかしながら、単層構造の電荷転送電極を多結晶シリコン膜とタングステンなどの金属膜との複合膜によって形成した場合、高温減圧ＣＶＤ法などによって、電極間の間隙部に酸化シリコンを埋め込む際に、間隙の側壁を形成しているタングステンなどの金属電極が酸化され、酸化による電極の体積膨張によって間隙の形成が破綻する現象があることが見出された。
【００１０】
この問題を解決するために、後述の特許文献１には、間隙を形成する領域近傍の電極材料層の下部に台状パターンを形成しておき、台状パターンの上部に盛り上がって形成された電極材料層のうち、上部の金属層を平坦化処理によって選択的に除去することによって、間隙に金属層が露出しないようにした電荷転送電極を有する固体撮像装置が提案されている。
【００１１】
金属電極層の酸化の問題は上記のようにして回避できるとしても、電極材料層をパターニングし、形成された転送電極間の間隙に絶縁材料を埋め込んで電極間絶縁膜を形成する方法では、転送電極間の間隔が例えば０．１μｍ以下に微小化すると、間隙に隙間なく絶縁材料を埋め込むことが極めて困難になる。間隙に残存する隙間（エアギャップ）は、転送電極の耐電圧性能劣化の原因となる。
【００１２】
また、電極材料層をパターニングし、転送電極間に間隙を形成する従来の製造方法では、電荷転送路の形成に際し、間隙部以外の半導体基板の電荷転送路形成領域にセルフアラインでイオン注入を行えるようにすることは、不可能である。
【００１３】
そこで、後述の特許文献２には、間隙への埋め込みによらず、０．１μｍ以下の電極間絶縁膜を形成することが可能な固体撮像素子の製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、基板上にダミーパターンを形成し、その側面に絶縁材料からなる厚さ０．１μｍ以下の側壁を形成した後、ダミーパターンを除去し、側壁のみを残すことにより、電極間絶縁膜となる絶縁膜をあらかじめ基板上に形成する。次に、基板上の全面に電極材料層を形成し、この電極材料層を平坦化処理した後、パターニングして、転送電極を形成する。
【００１４】
この方法によれば、絶縁膜を電極材料層に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後は電極材料層をパターニングするだけで転送電極を形成することができる。また、ダミーパターンに形成する側壁の厚さによって転送電極間の間隔が自動的に決められるので、０．１μｍ以下の間隙を容易に形成することができる。さらに、絶縁膜が形成され、電極材料層がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、間隙以外の電荷転送路形成領域にセルフアラインでイオン注入を行うことができる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−６０１８９(第５−７頁、図３−６)
【特許文献２】特開２００４−１１９７９５(第６−８頁、図２)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１７〜図２０は、本発明の課題を示すための説明図である。図１７は、単層構造の電荷転送電極をもつＣＣＤ（電荷結合素子）固体撮像素子の撮像部の画素構造をモデル的に示す平面図（１）と断面図（２）である。但し、断面図（２）は、平面図（１）にＢ−Ｂ線で示した位置における断面図である。また、図１８〜図２０は、その作製工程を示す平面図（１）と断面図（２）および（３）とである。なお、断面図（２）および（３）は、図１７（１）にＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線で示した位置における断面図である。
【００１７】
ＣＣＤ固体撮像素子の撮像部では、図１７（１）に示した光電変換部１０３が複数個、水平および垂直方向にマトリックス状に配置されており、各光電変換部１０３を中心として単位セル（単位画素）が構成されている。各光電変換部１０３の周囲の転送電極部１０４には、信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１０７を構成する単層構造の転送電極１０５が形成され、転送電極１０５の間には電極間絶縁膜１０６が形成されている。
【００１８】
図１７（２）に示すように、撮像部の単位画素では、シリコン基板１０１の表面にゲート絶縁膜１０２が形成され、その下部のシリコン基板１０１中には、図１７（２）の中央部にｐｎ接合（埋め込み型フォトダイオード）からなる光電変換部１０３が形成され、光電変換部１０３の左側部に、読み出しゲート部１１２を挟んで、垂直転送部１０７の電荷転送路であるｎ型領域１０８が形成されている。
【００１９】
電荷転送路のｎ型領域１０８の上には、ゲート絶縁膜１０２に接して転送電極１０５が形成され、転送電極１０５の側面および上面には転送電極１０５と遮光膜１１１との間を絶縁する転送電極−遮光膜間絶縁膜である絶縁膜１０９および絶縁膜（キャップ膜）１１０が形成され、それを被覆するように、転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜１１１が形成されている。
【００２０】
受光時には、光電変換部１０３に蓄積された信号電荷（電子）は、転送電極１０５に印加される読み出し電圧によって、読み出しゲート部１１２を介して垂直転送部１０７の電荷転送路１０８へ引き出され、この後、垂直転送部１０７を垂直方向に転送され、さらに図示省略した水平転送部を水平方向に転送された後、図示省略した増幅器によって出力信号に変換される。
【００２１】
近年、ＣＣＤに代表される固体撮像素子は、画素数の増大と装置の小型化が著しく進展し、それにともなって単位画素の光電変換部１０３の面積が縮小されている。絶縁膜１０９の厚さを減らすと、その分だけ受光領域の面積を増やすことができる。そこで、固体撮像素子の小型化の流れの中で受光領域の面積を確保するために、絶縁膜１０９を薄膜化することが重要な課題になり、例えば０．１μｍ以下程度に薄膜化することが求められている。前述した特許文献２には、０．１μｍ以下の厚さの転送電極の作製方法は記載されているものの、絶縁膜１０９の作製に関しては記載されていない。
【００２２】
そこで、仮にシリコン基板１０１の上に図１８（ａ）に示す状態が形成されており、これを加工して、単層構造の転送電極１０５と絶縁膜１０９を形成する課題を考えるものとする。図１８（ａ）に示す状態では、シリコン基板１０１の表面にゲート絶縁膜１０２が形成され、ゲート絶縁膜１０２の上に、垂直転送部１０７には、窒化シリコンからなる電極間絶縁膜１０６が形成され、光電変換部１０３には、光電変換部１０３をマスクし、後に絶縁膜１０９に加工される窒化シリコン膜１２１が形成されている。
【００２３】
上記の加工を行う１つの方法では、まず、図１８（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１上の全面に電極材料層を形成し、この表面をＣＭＰ法（化学的機械研磨法）などによって平坦化して、転送電極１０５を形成する。この際、窒化シリコン膜１２１は光電変換部１０３をマスクするマスク層として機能する。
【００２４】
次に、図１８（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１上の全面に絶縁材料層１２２を形成する。この後、図１９（ｄ）に示すように、リソグラフィとエッチングによって窒化シリコン膜１２１および絶縁材料層１２２をパターニングして、それぞれ転送電極の側部および上部を被覆する電極−遮光膜間絶縁膜１０９および絶縁膜（キャップ膜）１１０を形成する。
【００２５】
次に、図１９（ｅ）に示すように、遮光膜１１１をパターニングして形成する。
【００２６】
上記の工程では、電極−遮光膜間絶縁膜１０９の形成において、図１８（ａ）の窒化シリコン膜１２１を形成する際に一方の主側面が形成され、図１９（ｄ）に示したパターニング工程で他方の主側面が形成され、リソグラフィとエッチングによるパターニング工程が２回行われる。これは煩雑であるばかりでなく、２回のリソグラフィ工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差によって、電極−遮光膜間絶縁膜１０９の厚さがばらつき、光電変換部３の受光領域の面積がばらつく原因になる。さらに誤差が大きい場合には、転送電極１０５と遮光膜１１１とが接触し、転送電極間が遮光膜１１１を介して短絡されるショート不良が生じる懸念もある。
【００２７】
上記の加工を行う他の方法では、図１８（ｂ）に示した工程で転送電極１０５を形成した後、図２０に示すように、窒化シリコン膜１２１を全て除去し、この後あらためて転送電極１０５を被覆する絶縁膜１０９を成膜する。この場合には、絶縁膜１０９の厚さは良好に制御できるが、窒化シリコン膜１２１を除去して光電変換部１０３を開口する際に、転送電極１０５が光電変換部１０３に対して露出するので、電極１０５を構成する金属材料が光電変換部１０３上に飛散し、白点不良の原因となる可能性がある。
【００２８】
また、上記のいずれの加工方法においても、電荷転送路１０８を位置決めする工程と、絶縁膜１０９（の光電変換部３側の主側面）を位置決めする工程とが別工程で行われるため、両者の位置ずれによって光電変換部３の受光領域の面積がばらつく原因になる。
【００２９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば固体撮像素子の撮像部を構成した場合に、作製時のパターニング工程における位置合わせ誤差が光電変換部の受光領域の面積のばらつきにつながらない電荷転送素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
即ち、本発明は、半導体基体の電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して複数の電荷転送電極が配置され、隣接する電荷転送電極が間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に第１絶縁膜が配された電荷転送電極部を有する電荷転送素子において、
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間  に配された第２絶縁膜が、前記第１絶縁膜と一体に連設されている
ことを特徴とする、電荷転送素子に係わり、また、前記電荷転送素子の製造方法であって、
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第１絶縁膜及び前記  第２絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜によって  囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に、前記第２絶縁膜を被覆するように、遮光膜材料層を形成  する工程と、
前記遮光膜材料層をパターニングして前記遮光膜を形成する工程と
を有する、電荷転送素子の製造方法に係わるものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の電荷転送素子は、半導体基体の電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して複数の電荷転送電極が配置され、隣接する電荷転送電極が間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に第１絶縁膜が配された電荷転送電極部を有する電荷転送素子であって、
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間  に配された第２絶縁膜が、前記第１絶縁膜と一体に連設されている
ため、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、前記第１絶縁膜が配された前記電荷転送電極部と、前記第２絶縁膜ひいては前記遮光膜との相対位置が正確に確定している。
【００３２】
このため、例えば、前記第２絶縁膜によって位置が規定され、前記遮光膜に被覆されない領域に光電変換部の受光領域を形成すれば、前記受光領域の受光面積が、作製時のパターニング工程における位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像装置を形成することができる。また、前記位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、前記第２絶縁膜によって位置規定される領域を前記受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化に有効である。また、前記電荷転送電極部と前記光電変換部との相対位置が確定しているので、例えば前記第２絶縁膜に基づくセルフアラインなどの方法で、前記光電変換部に対して正しい相対位置に電荷読み出し部などを形成できるので、読み出し電圧のばらつきが小さくなる。
【００３３】
上記の例は、光電変換素子と組み合わせて、前記電荷転送素子を固体撮像装置の垂直ＣＣＤとして応用する例であるが、光電変換素子以外の電荷出力型の機能素子と組み合わせた装置であっても、これらの機能素子と前記電荷転送電極部との高い相対位置精度が、装置の小型化や高精度化、ひいては製造歩留まりの向上による低コスト化に有効であることは同様である。また、固体撮像装置の水平ＣＣＤなどの単なる転送レジスタとして応用しても装置の小型化に有効である。
【００３４】
本発明の電荷転送素子の製造方法によれば、
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第１絶縁膜及び前記  第２絶縁膜を形成する工程と
を有するので、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との相対位置が前記マスクの作製精度内で確定する、前記電荷転送素子を作製することができる。また、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜によって  囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と
を有するので、前記第１絶縁膜を前記電極材料層に埋め込んだ段階で、電極材料間が前記第１絶縁膜で仕切られた前記電荷転送電極の基本構造が自動的に形成され、後は化学的機械研磨法などで不要部を除去するだけで前記電荷転送電極が完成する。しかも、前記電荷転送電極間の間隔を、前記第１絶縁膜の幅（厚さ）によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の電荷転送電極を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の電荷転送素子及びその製造方法において、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜が、それぞれ、前記間隙の位置及び前記電荷転送電極部と光電変換部との境界の位置において、前記ゲート絶縁膜に接して前記半導体基体から起立するように形成され、前記電荷転送電極が、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜によって囲まれた前記電荷転送電極部に配された電極材料からなり、固体撮像素子の一部を構成しているのがよい。
【００３６】
また、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが同一材料で形成されているのがよい。また、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜が、酸化シリコン及び／又は窒化シリコンからなるのがよい。
【００３７】
また、前記電荷転送電極の上面も前記遮光膜と絶縁されているのがよい。
【００３８】
また、前記電荷転送電極が金属層からなるのがよい。前記電荷転送電極を低抵抗の金属層によって構成することで前記電荷転送電極を高い周波数のパルスで駆動することができ、電荷転送を高速で行うことができる。
【００３９】
本発明の電荷転送素子の製造方法において、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜の各上部を、同一パターニング工程で位置決めして形成するのがよい。
【００４０】
この際、前記各上部をマスクにして前記絶縁材料層をエッチングして前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第１絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成するのがよい。
【００４１】
或いは、前記第１絶縁膜の上部をマスクにしたエッチングによって前記第１絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆する前記絶縁材料層に、前記第２絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を積層して設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第１絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成し、更に、前記第２絶縁膜の前記上部をマスクにしたエッチングによって前記第２絶縁膜を形成するのがよい。
【００４２】
また、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜のうち前記各上部下の絶縁層と同一材質の絶縁層によって前記ゲート絶縁膜の全面を被覆するのがよい。
【００４３】
また、前記マスク層を除去して、前記光電変換部に光入射する構造を形成するのがよい。
【００４４】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００４５】
実施の形態１
実施の形態１では、本発明の電荷転送素子の例として単層構造の電荷転送電極を備えたＣＣＤ固体撮像素子およびその製造方法について図１〜７を用いて説明する。ここで説明する製造方法は、主として、請求項７〜９に記載されている製造方法に対応する。
【００４６】
図１と図２は、実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の構造を示す説明図である。図２は、撮像部の要部を示す上面図であり、図１は、単位画素を拡大して示す平面図（ａ）と、平面図（ａ）にＡ−Ｘ−Ａの折れ線で示した位置におけ断面図（ｂ）とである。なお、図２と図１（ａ）では、わかりやすくするため、転送電極５〜８の上面より上部にある部材、例えば遮光膜２０などは、図示を省略している。
【００４７】
図２に示すように、撮像部では、複数の光電変換部３が水平および垂直方向にマトリックス状に配置されており、各光電変換部３を中心として単位セル（単位画素）が構成されている。各光電変換部３の周囲の転送電極部４には、信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１３を構成する単層構造の転送電極５〜８が形成されている。
【００４８】
図２は、転送電極５〜８が、電極間の配線と一体化し、水平方向に配置された複数の単位画素間に延伸された形状を有する例を示している。また、転送電極に印加されるクロック信号には、２相クロック信号や４相クロック信号などがあるが、図２は、転送電極が転送電極５〜転送電極８の４種の電極を１組として構成され、これらが４相クロック信号によって駆動される例を示している。
【００４９】
図１（ａ）と図２に示すように、転送電極５と転送電極６との間、およびこれらと光電変換部３との間には、前記第１絶縁膜である電極間絶縁膜１１と、前記第２絶縁膜である電極−遮光膜間絶縁膜１２とを一体で形成した、本発明の特徴である一体化絶縁膜９が形成されている。同様に、転送電極７と転送電極８との間、およびこれらと光電変換部３との間にも、一体化絶縁膜９が形成されている。他方、転送電極６と転送電極７との間、および転送電極８と転送電極５との間には通常の電極間絶縁膜１０が形成されている。
【００５０】
図１（ｂ）に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子の単位画素では、シリコン基板１の上面にゲート絶縁膜２が形成され、その下部のシリコン基板１の中には、図１（ｂ）の中央部に示すｐｎ接合（埋め込み型フォトダイオード）からなる光電変換部３が形成されている。光電変換部３の左側には、読み出しゲート部２１を挟んで、垂直転送部１３の電荷転送路であるｎ+型領域１４が形成されている。また、光電変換部３の右側には、右隣の列の光電変換部の電荷転送路であるｎ+型領域１４が形成され、光電変換部３と電荷転送路１４との間は、チャネルストッパ２２によって絶縁分離されている。
【００５１】
図１および図２に示した撮像部では、受光時に光電変換部３に蓄積された信号電荷（電子）は、転送電極５または転送電極７に印加される読み出し電圧によって、読み出しゲート部２１を介して垂直転送部１３の電荷転送路１４へ引き出され、この後、転送電極５〜転送電極８に印加される４相クロック信号によって垂直転送部１３を垂直方向に転送され、さらに図示省略した水平転送部を水平方向に転送された後、図示省略した増幅器によって出力信号に変換される。
【００５２】
電荷転送路のｎ型領域１４の上部には、ゲート絶縁膜２に接して、転送電極５〜８（但し、図１（ｂ）には転送電極８は図示されていない。）が、電極層１５と１６とによって形成されている。電極層１５および１６は、より高い電気伝導性を実現するためには、例えばタングステンなどの金属のシリサイド膜と金属膜とを積層するのが望ましい。
【００５３】
しかし、この場合、タングステン原料として六フッ化タングステンＷＦ6を用いてＣＶＤ法（化学気相成長法）によって成膜する際、成膜工程中に生じたフッ素原子などによってゲート絶縁膜２が攻撃されるおそれがある。従って、ゲート絶縁膜２の劣化防止を優先させる場合には、まず保護膜として多結晶シリコン膜を形成し、次にタングステンなどの金属膜を積層し、その後、アニール処理によって多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成するのが好ましい。しかしながら、アニール処理により積層膜を形成するのではなく、多結晶シリコン上にシリコンと金属の混合物を直接成膜しても本発明の電荷転送素子の構造にはなんら影響を与えない。
【００５４】
また、電極材料層は、上記のものに特に限定されるものではなく、例えば、多結晶シリコン膜の代わりに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムおよび酸化ルテニウムなどからなる膜を用いることができる。また、必ずしも多結晶シリコン膜と金属膜の両方を埋め込む必要はなく、どちらか一方のみを埋め込んだ場合であっても、本発明の効果に何ら影響は生じない。また、金属材料としては、タングステンまたはアルミニウムが好ましいが、これらに限定されるものではなく、他の金属材料を用いても本発明の効果に何ら影響は生じない。
【００５５】
電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２は、同一材料で形成されており、例えば、いずれも窒化シリコンからなる絶縁膜１７と、酸化シリコンからなる絶縁膜１８との積層膜によって形成されているのがよい。同一材料で形成することは、電極間絶縁膜１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２とを一体化絶縁膜９とするための必須要件である。
窒化シリコンと酸化シリコンとを積層して用いる理由は、エッチング特性の異なる材料による積層膜とするためである。また、窒化シリコン膜１７単独で形成すると電極間の容量が大きくなりすぎるのを、酸化シリコン膜１８を併用することで抑えることができる利点もある。
【００５６】
上記のように電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２を、エッチング特性の異なる材料からなる複数の層の積層膜とすると、上部層のエッチングの際に下部層をエッチングストッパ層として用いたり、下部層のエッチングの際に上部層をマスクとして用いたりすることができる。
【００５７】
転送電極５〜８の上面は、絶縁膜（キャップ膜）１９によって被覆され、電極層１６が金属層である場合には、絶縁膜（キャップ膜）１９は拡散防止膜も兼ねる。絶縁膜（キャップ膜）１９の材料としては、窒化シリコンや炭化シリコンなどがよい。これは、窒化シリコンや炭化シリコンは金属の拡散を防止する性能が高く、かつ、金属との密着性も比較的高いからである。
【００５８】
転送電極５〜８の側面および上面には、電極−遮光膜間絶縁膜１２または絶縁膜（キャップ膜）１９を間に挟んで、光電変換部３の上方の領域を開口しつつ、転送電極部４を入射光から遮蔽する遮光膜２０が形成されている。遮光膜２０の材料としては、光を反射するものがよく、より望ましくは、薄くでき、光を通さず、融点が高く、高温でも拡散せず、加工性のある金属、具体的には、タングステン、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
【００５９】
光電変換部３の上方のゲート絶縁膜２と遮光膜２０との上部には、平坦化膜２３を介して、各単位画素に対応した画素カラーフィルタ２４や画素マイクロレンズ２５などが設けられている。
【００６０】
図３〜６は、実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程において、一体化絶縁膜９（電極間絶縁膜１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２）および電極間絶縁膜１０を有する転送電極部４を作製する工程のフローを示す断面図、および必要に応じて補足的に示す上面図である。なお、断面図は、図１（ｂ）の断面図と同じく、Ａ−Ｘ−Ａの折れ線で示した位置における断面図である。また、シリコン基板１の内部構造は、図示を省略している（以下、同様。）。
【００６１】
初めに、図３（ａ）〜（ｃ）に示す工程によって、絶縁膜１７と絶縁膜１８とからなる電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２を、共通のマスクを用いたリソグラフィ工程も含めて、同一工程で形成する。絶縁膜１８は、絶縁膜１７を加工するためのハードマスクとして用いる。先述した理由から、絶縁膜１７および絶縁膜１８の材料としては、それぞれ、窒化シリコンと酸化シリコンを用いるのが好ましい。
【００６２】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２を形成する。次に、ＣＶＤ法（化学気相成長法）によって、後の工程で電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２に加工される窒化シリコン膜５１および酸化シリコン膜５２をゲート絶縁膜２の上に積層して形成する。
【００６３】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィとエッチングによって酸化シリコン膜５２をパターニングし、絶縁膜１０〜１２の一部をなす絶縁膜１８を形成する。
【００６４】
次に、図３（ｃ）に示すように、絶縁膜１８をハードマスクとして用いたエッチングによって窒化シリコン膜５１をパターニングし、絶縁膜１０〜１２の一部をなす絶縁膜１７を形成する。
【００６５】
以上のようにすると、比較的薄い絶縁膜１８を正確に位置決めして形成しておけば、厚さの大きい絶縁膜１７は絶縁膜１８に習って正確な位置に形成されるため、フォトレジストをマスクとして絶縁膜１７を直接パターニングするより、パターンくずれなしにパターニングすることができる。
【００６６】
続いて、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板１の上部全面にマスク層５３を形成する。マスク層５３は、電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２が形成されたシリコン基板１の上面を一時的に被覆し、光電変換部３などの損傷や汚染を防止するためのものである。マスク層５３を形成する材料としては、ゲート絶縁膜２および絶縁膜１８を構成する材料とは異なる材料を用いる。特に、これらの材料とエッチング特性の異なる材料を用いるのがよい。
【００６７】
より具体的には、ゲート絶縁膜２および絶縁膜１８が酸化シリコンである場合、マスク層５３を形成する材料としては、構成成分を選別したり、添加物を加えたりして、酸化シリコンと異なるエッチング特性をもたせたＳＯＧ（Spin-0n Glass）や、酸化シリコンとエッチング特性の異なる材料からなる塗布材料などを用いるがよい。塗布によれば、シリコン基板１の表面に形成されている絶縁膜１０〜１２を埋め込み、簡易に表面を平坦化することができる。但し、マスク層５３の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えばＣＶＤ法やスパッタリング法などによって形成しても何ら問題はない。
【００６８】
なお、マスク層５３は、形成後、表面の段差低減のための平坦化が必要であるならば、ＣＭＰ法やエッチバック法などによる平坦化処理を行う。平坦化することにより、後の工程でのリソグラフィによるパターンニングが容易となり、パターンニング精度が向上する。
【００６９】
この後、図４（ｅ）〜図５（ｉ）に示す工程によって、転送電極部４に転送電極５〜８を形成する。
【００７０】
まず、図４（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部３を被覆するフォトレジスト５４を形成する。そして、フォトレジスト５４をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部４のマスク層５３を選択的に除去して、転送電極部４のゲート絶縁膜２を露出させる。この際、フォトレジスト５４の側面は、絶縁膜１８の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜１８の側面からはみ出さなければよい。
【００７１】
次に、図４（ｆ）に示すように、アッシングによってフォトレジスト５４を除去する。
【００７２】
次に、図５（ｇ）および（ｈ）に示すように、シリコン基板１の上部全面に導電性材料からなる電極材料層５５および５６を形成し、転送電極部４に埋め込む。この際、スパッタリング法やＣＶＤ法で各層を形成するのが好ましい。
【００７３】
電極材料層５５および５６としては、より高い電気伝導性を実現するために、例えばタングステンなどの金属シリサイド膜５５と金属膜５６とを積層するのが望ましい。しかし、この場合、タングステン原料として六フッ化タングステンＷＦ6を用いてＣＶＤ法によって成膜するので、成膜工程中に生じたフッ素原子などのフッ素系反応活性種によってゲート絶縁膜２が攻撃されるおそれがある。
【００７４】
従って、ゲート絶縁膜２の劣化防止を優先させる場合には、まず保護膜として多結晶シリコン膜５５を形成し、次にタングステンなどの金属膜５６を積層し、その後、アニール処理によって多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成するのが好ましい。
【００７５】
但し、電極材料層は、特に限定されるものではなく、例えば、多結晶シリコン膜５５の代わりに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムおよび酸化ルテニウムなどからなる膜を用いることができる。また、必ずしも多結晶シリコン膜と金属膜の両方を埋め込む必要はなく、どちらか一方のみを埋め込んだ場合であっても、本発明の効果に何ら影響は生じない。また、金属材料としては、タングステンまたはアルミニウムが好ましいが、これらに限定されるものではなく、他の導電性材料を用いても本発明の効果に何ら影響は生じない。
【００７６】
なお、光電変換部３のマスク層５３の上にも電極材料層５５および５６が形成されるが、これらの電極材料層５５および５６は次のＣＭＰ法などによる平坦化工程によって除去されるので、これらの導電性材料が後の熱工程によってシリコン基板１の上に拡散し、白点欠陥を発生させることはない。
【００７７】
次に、図５（ｉ）に示すように、電極材料層５５および５６の不要な部分をＣＭＰ法によって除去し、単層構造の転送電極５〜８を得る。
【００７８】
上記の工程によれば、電極間絶縁膜１０および１１を電極材料層５５および５６に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はＣＭＰ法などで不要部を除去するだけで転送電極５〜８が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜１０および１１の幅（厚さ）によって自動的に決めることができる。さらに、絶縁膜１０〜１２が形成され、電極材料層５５がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、電極間絶縁膜１０および１１の下部以外の、電荷転送路１４を形成する領域に、セルフアラインでイオン注入を行うことができる。この際、必要であれば、電極間絶縁膜１０および１１あるいは電極−遮光膜間絶縁膜１２に一時的なサイドウオールを形成し、イオン注入領域を制限することもできる。
【００７９】
続いて、図５（ｊ）〜図６（ｏ）に示す工程によって、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）１９を形成し、マスク層５３を除去して光電変換部３に光が入射する構造にもどし、転送電極部４に遮光膜２０を形成する。
【００８０】
まず、図５（ｊ）に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁材料層５７を形成する。
【００８１】
次に、図５（ｋ）に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極４を被覆するフォトレジスト５８を形成する。この際、フォトレジスト５８の側面は、絶縁膜１８の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜１８の側面から光電変換部３側にはみ出さないようにする。そして、図６（ｌ）に示すように、フォトレジスト５８をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層５７を選択的に除去して、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）１９を形成する。絶縁膜（キャップ膜）１９は、転送電極５〜８上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層１５および１６に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。
【００８２】
次に、図６（ｍ）に示すように、フォトレジスト５８または絶縁膜１８をマスクにして、好ましくはドライエッチング法により光電変換部３のマスク層５３を除去する。このとき、先に形成した絶縁膜１８をハードマスクとして用いることにより、電極−遮光膜間絶縁膜１２の幅（厚さ）を当初と同じに保つことができる。
【００８３】
また、このとき、転送電極５〜８を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部３を開口する際に電極材料が光電変換部３に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
【００８４】
次に、図６（ｎ）に示すように、アッシングによってフォトレジスト５８を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部３を構成する不純物拡散層を形成する。
【００８５】
次に、図６（ｏ）に示すように、シリコン基板１上の全面に、転送電極部４に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層をタングステンなどで形成し、これをパターニングして遮光膜２０を形成する。この際、光電変換部３のゲート絶縁膜２を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜２０を形成してもよい。遮光膜２０の材料としては、前述した理由から、タングステンの他に、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
【００８６】
この後、平坦化膜２３や画素カラーフィルタ２４や画素マイクロレンズ２５などの形成を公知の方法で行い、ＣＣＤ固体撮像素子の作製を終了する。
【００８７】
図７は、実施の形態１の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。なお、断面図は、図１（ｂ）の断面図と同じＡ−Ｘ−Ａ線の位置における断面図である。
【００８８】
上記の工程では、例えばＳＯＧなどからなるマスク層５３と、ゲート絶縁膜２（ＳiＯ2）との間に十分なエッチング選択比がない場合、図４（ｅ）および図６（ｍ）に示した工程において、マスク層５３のエッチング中にゲート絶縁膜２も一部エッチングされ、ゲート絶縁膜２が損傷を受けるおそれがある。この変形例は、そのようなゲート絶縁膜２の損傷を防ぐためのものである。
【００８９】
本変形例では、図３（ｃ）に示した窒化シリコン膜５１のエッチング工程において、図７（ｐ）に示すように、窒化シリコン膜５１を完全にエッチングせず、ゲート絶縁膜２の保護膜として働き得る程度の厚さ分を絶縁膜５９として残しておく。
【００９０】
次に、図７（ｑ）および図７（ｒ）に示すように、図４（ｄ）および図４（ｅ）に示したのと同様のマスク層５３の形成とその選択的除去を行う。図４（ｅ）に示す状態では、マスク層５３のエッチングの最終段階において、ゲート絶縁膜２が露出し、エッチングされて損傷を受ける。それに対し、図７（ｒ）に示す状態では、ゲート絶縁膜２が絶縁膜５９によって被覆されているため、ゲート絶縁膜２が損傷を受けることがない。
【００９１】
この後は、図７（ｒ）に示すように絶縁膜５９を選択的に除去して、図４（ｆ）以降の工程を上述したと同様に行う。この変形例によれば、工程数が１工程増加するものの、ゲート絶縁膜２の損傷を防止することができる。ここでは転送電極部の加工について述べたが、光電変換部の加工についても同様に行う。
【００９２】
以上に述べたように、本実施の形態に基づく固体撮像素子によれば、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、電極間絶縁膜１０および１１が配された電荷転送電極部４と、電極−遮光膜間絶縁膜１２によって囲まれた光電変換部３との相対位置および形状が正確に形成される。このため、受光領域の面積が、位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像素子を形成することができる。また、位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、電極−遮光膜間絶縁膜１２によって囲まれた領域を受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化、および低コスト化に有効である。また、電荷転送電極部４と光電変換部３との相対位置が確定しているので、例えば、電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮光膜間絶縁膜１２に基づき、垂直転送部７や光電変換部３に対してセルフアラインでイオン注入を行うことができる。
【００９３】
本実施の形態に基づく固体撮像素子の製造方法によれば、初めに、共通のマスクによるパターニングによって、電極間絶縁膜１０および１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２の上部である絶縁膜１８を形成し、後の加工は絶縁膜１８をハードマスクとして行うので、電極間絶縁膜１０および１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２とを共通のマスクの作製精度の範囲内で正確な相対位置に形成することができる。
【００９４】
また、電極間絶縁膜１０および１１を電極材料層５５および５６に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はＣＭＰ法などで不要部を除去するだけで転送電極５〜８が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜１０および１１の幅（厚さ）によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の転送電極を容易に作製することができる。
【００９５】
また、マスク層５３を除去して光電変換部３を開口する際、転送電極５〜８は電極−遮光膜間絶縁膜１２などによって被覆され、転送電極５〜８を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部３を開口する際に電極材料が光電変換部３に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
【００９６】
実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１で説明したと同様の構造をもつＣＣＤ固体撮像素子を、主として、請求項７、８および１０に記載されている製造方法に対応する製造方法によって作製する例について説明する。本実施の形態が実施の形態１と異なる主要な点は、初めに一体化絶縁膜９および電極間絶縁膜１０を作り上げてしまうのではなく、電極間絶縁膜１０および１１と、電極−遮蔽膜間絶縁膜１２とを別々に完成させる点である。このような場合でも、初めに共通のマスクを用いた同一工程でハードマスクを形成しておき、後工程ではこのハードマスクに基づいてこれらの絶縁膜１０〜１２を形成することにより、後工程でマスクの位置合わせ誤差などが入り込む余地を無くすることができる。その他には本質的な違いはないので、重複を避け、相違点に重点をおいて説明する。
【００９７】
初めに、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２を形成する。次に、ＣＶＤ法によって、後の工程で電極間絶縁膜１０、１１および電極−遮蔽膜間絶縁膜１２とに加工される窒化シリコン膜６１、酸化シリコン膜６２および窒化シリコン膜６３をゲート絶縁膜２の上に積層して形成する。
【００９８】
窒化シリコン膜６３は、酸化シリコン膜６２を加工する際のハードマスクを形成するためのものである。窒化シリコン膜６１は、酸化シリコン膜６２をエッチング加工する際のゲート絶縁膜２の保護膜として用いるもので、保護膜として働き得る程度の厚さ分を、できるだけ薄く形成するのがよい。窒化シリコン膜６１をエッチング除去する際にも、窒化シリコン膜６３から形成したハードマスクをマスクとして用いるので、窒化シリコン膜６３の厚さは、窒化シリコン膜６１の厚さより十分厚く形成しておく。
【００９９】
次に、図８（ｂ）に示すように、共通のマスクを用いた同一フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって窒化シリコン膜６３をパターニングし、電極間絶縁膜１０および１１と電極−遮蔽膜間絶縁膜１２との一部になる絶縁膜３３を形成する。
【０１００】
続いて、図８（ｃ）に示すように、シリコン基板１の上部全面にＣＶＤ法によって酸化シリコン膜６４を形成して絶縁膜３３を埋め込んだ後、図９（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法による平坦化処理によって絶縁膜３３の上面を露出させる。この工程は、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程に対応し、酸化シリコン膜６２および６４が、実施の形態１におけるマスク層５３に相当する。
【０１０１】
この後、図９（ｅ）〜図１１（ｋ）に示す工程によって転送電極５〜８を形成する。
【０１０２】
まず、図９（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部３を被覆するフォトレジスト６５を形成する。この際、フォトレジスト６５の側面は、絶縁膜３３の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜３３の側面からはみ出さなければよい。そして、フォトレジスト６５をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部４の酸化シリコン膜６２および６４を選択的に除去して、電極間絶縁膜１０および１１の一部となる絶縁膜３２を形成する。その後、アッシングによってフォトレジスト６５を除去する。
【０１０３】
さらに、図１０（ｆ）に示すように、絶縁膜３３をマスクとするドライエッチングを行い、窒化シリコン膜６１を選択的に除去して、電極間絶縁膜１０および１１の一部となる絶縁膜３１を形成して、電極間絶縁膜１０および１１を完成し、転送電極部４のゲート絶縁膜２を露出させる。この際、絶縁膜３３の上面が露出している場合には、絶縁膜３３も少しエッチングされるが、絶縁膜３３の厚さが窒化シリコン膜６１の厚さより十分大きいので、問題はない。
【０１０４】
次に、図１０（ｇ）および（ｈ）に示すように、シリコン基板１の上部全面に導電性材料からなる電極材料層５５および５６を形成し、転送電極部４に埋め込む。
【０１０５】
電極材料層５５および５６としては、先述したように、より高い電気伝導性を実現するためには、タングステンなどの金属のシリサイド膜５５と金属膜５６とを積層する。ゲート絶縁膜２の劣化防止を優先させる場合には、多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成する。
【０１０６】
次に、図１１（ｉ）に示すように、電極材料層５５および５６の不要な部分をＣＭＰ法によって除去し、電極層１５および１６からなる単層構造の転送電極５〜８を得る。
【０１０７】
上記の工程によれば、電極間絶縁膜１０および１１を電極材料層５５および５６に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はＣＭＰ法などで不要部を除去するだけ転送電極５〜８が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜１０および１１の幅（厚さ）によって自動的に決めることができる。さらに、電極間絶縁膜１０および１１が形成され、電極材料層５５がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、電極間絶縁膜１０および１１の下部以外の、電荷転送路１４を形成する領域に、セルフアラインでイオン注入を行うことができる。この際、必要であれば、電極間絶縁膜１０および１１に一時的なサイドウオールを形成し、イオン注入領域を制限することもできる。
【０１０８】
続いて、図１１（ｊ）〜図１２（ｏ）に示す工程によって、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）１９を形成した後、電極−遮蔽膜間絶縁膜１２を完成し、光電変換部３に光が入射する構造にもどし、転送電極部４に遮光膜２０を形成する。
【０１０９】
まず、図１１（ｊ）に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁材料層５７を形成する。
【０１１０】
次に、図１１（ｋ）に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極４を被覆するフォトレジスト６６を形成する。この際、フォトレジスト６６の側面は、絶縁膜３３の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜３３の側面から光電変換部３側にはみ出さないようにする。
【０１１１】
次に、図１２（ｌ）に示すように、フォトレジスト６６をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層５７を選択的に除去して、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）１９を形成する。絶縁膜（キャップ膜）１９は、転送電極５〜８上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層１５および１６に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。さらに、好ましくはドライエッチング法によるエッチングを継続して、酸化シリコン膜６４を除去した後、酸化シリコン膜６２を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜１２の一部となる絶縁膜３２を形成する。
【０１１２】
次に、図１２（ｍ）に示すように、フォトレジスト６６または絶縁膜３３をマスクとするドライエッチングを行い、光電変換部３の窒化シリコン膜６１を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜１２の一部となる絶縁膜３１を形成して、電極−遮光膜間絶縁膜１２を完成し、光電変換部３のゲート絶縁膜２を露出させる。このとき、先に形成した絶縁膜３３をハードマスクとして用いることにより、電極−遮光膜間絶縁膜１２を当初設定された位置に所定の幅（厚さ）で形成することができる。この際、絶縁膜３３も少しエッチングされるが、絶縁膜３３の厚さが窒化シリコン膜６１の厚さより十分大きいので、問題はない。
【０１１３】
また、このとき転送電極５〜８を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部３を開口する際に電極材料が光電変換部３に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
【０１１４】
次に、図１２（ｎ）に示すように、アッシングによってフォトレジスト６６を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部３を構成する不純物拡散層を形成する。
【０１１５】
次に、図１２（ｏ）に示すように、シリコン基板１上の全面に、転送電極部４に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層を形成し、これをパターニングして遮光膜２０を形成する。この際、光電変換部３のゲート絶縁膜２を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜２０を形成してもよい。遮光膜２０の材料としては、前述した理由から、タングステン、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
【０１１６】
この後、平坦化膜２３や画素カラーフィルタ２４や画素マイクロレンズ２５などの形成を公知の方法で行い、ＣＣＤ固体撮像素子の作製を終了する。
【０１１７】
図１３は、実施の形態２の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の一工程を示す断面図である。この工程では、図１１（ｉ）に示したＣＭＰ法で平坦化する代わりに、エッチバックによって電極材料層５５および５６の不要な部分を除去し、電極層１５および１６からなる単層構造の転送電極５〜８を得る。
【０１１８】
この方法では、転送電極部４以外に堆積した電極材料層５５および５６を完全に除くためには、図１３に示すように、転送電極部４に凹部ができるまでエッチバックを行う必要がある。このため、図１１（ｊ）と同様に酸化シリコンなどからなる絶縁材料層５７を形成すると、転送電極部４の上の絶縁材料層５７に凹部ができる。この凹部をそのままにしておくと、後工程でフォトレジスト６６のパターンニングを行うときにフォーカスが合わず、正確にパターンニングできないおそれがある。これを回避するためには、絶縁材料層５７の表面をＣＭＰ法で平坦化する。この後は、図１１（ｋ）以降の工程を上述したと同様に行う。
【０１１９】
以上に述べたように、本実施の形態においても実施の形態１と本質的に異なることはないので、実施の形態１で述べた作用効果が存することは言うまでもない。
【０１２０】
すなわち、本実施の形態に基づく固体撮像素子によれば、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、電極間絶縁膜１０および１１が配された電荷転送電極部４と、電極−遮光膜間絶縁膜１２によって囲まれた光電変換部３との相対位置および形状が正確に形成される。このため、受光領域の受光面積が、位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像素子を形成することができる。また、位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、電極−遮光膜間絶縁膜１２によって囲まれた領域を受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化、および低コスト化に有効である。また、電荷転送電極部４と光電変換部３との相対位置が確定しているので、例えば電極−遮光膜間絶縁膜１２に基づくセルフアラインなどの方法で、光電変換部３に対して正しい相対位置に電荷読み出し部２１などを形成できるので、読み出し電圧のばらつきが小さくなる。
【０１２１】
本実施の形態に基づく固体撮像素子の製造方法によれば、初めに、共通のマスクによるパターニングによって、電極間絶縁膜１０および１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２の上部である絶縁膜１８を形成し、後の加工は絶縁膜１８をハードマスクとして行うので、電極間絶縁膜１０および１１と電極−遮光膜間絶縁膜１２とを共通のマスクの作製精度の範囲内で正確な相対位置に形成することができる。
【０１２２】
また、電極間絶縁膜１０および１１を電極材料層５５および５６に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はＣＭＰ法などで不要部を除去するだけで転送電極５〜８が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜１０および１１の幅（厚さ）によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の転送電極を容易に作製することができる。
【０１２３】
また、マスク層５３を除去して光電変換部３を開口する際、転送電極５〜８は電極−遮光膜間絶縁膜１２などによって被覆され、転送電極５〜８を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部３を開口する際に電極材料が光電変換部３に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
【０１２４】
実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１で説明したと同様の構造をもつＣＣＤ固体撮像素子を、実施の形態２で説明したと同様の製造方法によって作製するが、絶縁膜を窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の２層構造にして構造と工程を簡略化する例について説明する。実施の形態２と本質的な違いはないので、要点のみを説明する。
【０１２５】
初めに、図１４（ａ）に示すように、シリコン基板１の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２を形成する。次に、ＣＶＤ法によって、後の工程で電極間絶縁膜１０および１１と、電極−遮蔽膜間絶縁膜１２とに加工される窒化シリコン膜７１と酸化シリコン膜７２とをゲート絶縁膜２の上に積層して形成する。酸化シリコン膜７２は、窒化シリコン膜７１を加工する際のハードマスクを形成するためのものである。
【０１２６】
次に、図１４（ｂ）に示すように、共通のマスクを用いた同一フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって酸化シリコン膜７２をパターニングし、電極間絶縁膜１０および１１と、電極−遮蔽膜間絶縁膜１２の一部になる絶縁膜４２を形成する。
【０１２７】
続いて、図１４（ｃ）に示すように、シリコン基板１の上部全面にＣＶＤ法によって窒化シリコン膜７３を形成して絶縁膜４２を埋め込んだ後、ＣＭＰ法による平坦化処理によって絶縁膜４２の上面を露出させる。
【０１２８】
この後、図１４（ｄ）〜図１５（ｈ）に示す工程によって転送電極５〜８を形成する。
【０１２９】
まず、図１４（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部３を被覆するフォトレジスト７４を形成する。この際、フォトレジスト７４の側面は、絶縁膜４２の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜４２の側面からはみ出さなければよい。そして、フォトレジスト７４をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部４の窒化シリコン膜７３を除去し、窒化シリコン膜７１を選択的に除去して、電極間絶縁膜１０および１１の一部となる絶縁膜４１を形成して、電極間絶縁膜１０および１１を完成し、転送電極部４のゲート絶縁膜２を露出させる。その後、図１４（ｅ）に示すように、アッシングによってフォトレジスト７４を除去する。
【０１３０】
さらに、図１５（ｆ）および（ｇ）に示すように、シリコン基板１の上部全面に導電性材料からなる電極材料層５５および５６を形成し、転送電極部４に埋め込む。
【０１３１】
電極材料層５５および５６としては、先述したように、より高い電気伝導性を実現するためには、タングステンなどの金属のシリサイド膜５５と金属膜５６とを積層する。ゲート絶縁膜２の劣化防止を優先させる場合には、多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成する。
【０１３２】
次に、図１５（ｈ）に示すように、電極材料層５５および５６の不要な部分をＣＭＰ法によって除去し、電極層１５および１６からなる単層構造の転送電極５〜８を得る。
【０１３３】
続いて、図１５（ｉ）〜図１６（ｍ）に示す工程によって、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）１９を形成した後、電極−遮蔽膜間絶縁膜１２を完成し、光電変換部３に光が入射する構造にもどし、転送電極部４に遮光膜２０を形成する。
【０１３４】
まず、図１５（ｉ）に示すように、窒化シリコンなどからなる絶縁材料層７５を形成する。
【０１３５】
次に、図１６（ｊ）に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極４を被覆するフォトレジスト７６を形成する。この際、フォトレジスト７６の側面は、絶縁膜４２の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜４２の側面から光電変換部３側にはみ出さないようにする。
【０１３６】
次に、図１６（ｋ）に示すように、フォトレジスト７６をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層７５を選択的に除去して、転送電極５〜８の上に絶縁膜（キャップ膜）４３を形成する。絶縁膜（キャップ膜）４３は、転送電極５〜８上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層１５および１６に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。さらに、好ましくはドライエッチング法によるエッチングを継続して、窒化シリコン膜７３を除去した後、酸化シリコン膜７１を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜１２の一部となる絶縁膜４１を形成して、電極−遮光膜間絶縁膜１２を完成し、光電変換部３のゲート絶縁膜２を露出させる。
【０１３７】
次に、図１６（ｌ）に示すように、アッシングによってフォトレジスト７６を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部３を構成する不純物拡散層を形成する。
【０１３８】
次に、図１６（ｍ）に示すように、シリコン基板１上の全面に、転送電極部４に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層を形成し、これをパターニングして遮光膜２０を形成する。この際、光電変換部３のゲート絶縁膜２を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜２０を形成してもよい。遮光膜２０の材料としては、先述したように、タングステン、アルミニウム、タリウム、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
【０１３９】
この後、平坦化膜２３や画素カラーフィルタ２４や画素マイクロレンズ２５などの形成を公知の方法で行い、ＣＣＤ固体撮像素子の作製を終了する。
【０１４０】
以上に述べたように、本実施の形態は実施の形態２と本質的に異なることはないので、実施の形態２で述べた作用効果が存することは言うまでもない。
【０１４１】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明の電荷転送素子及びその製造方法は、エリアセンサなどのＣＣＤ固体撮像素子などに応用され、これらの画素数の増加や、小型化、高精度化および低コスト化などに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２】同、ＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。
【図３】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図４】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図５】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図６】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図７】同、変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図９】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１０】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１１】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１２】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１３】同、変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の一工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１５】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１６】同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。
【図１７】本発明の課題を示すために、単層構造の電荷転送電極をもつＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の画素構造をモデル的に示す平面図（１）と断面図（２）である。
【図１８】同、上記ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程を示す平面図（１）と、断面図（２）および（３）とである。
【図１９】同、上記ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程を示す平面図（１）と、断面図（２）および（３）とである。
【図２０】同、上記ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の他の例を示す平面図（１）と、断面図（２）および（３）とである。
【符号の説明】
【０１４４】
１…シリコン基板、２…ゲート絶縁膜、３…光電変換部、４…転送電極部、
５〜８転送電極、９…一体化絶縁膜、１０、１１…電極間絶縁膜、
１２…電極−遮光膜間絶縁膜、１３…垂直転送部、
１４…垂直転送部の電荷転送路（ｎ+型領域）、１５、１６…電極層、
１７、１８…絶縁膜、１９…絶縁膜（キャップ膜）、２０…遮光膜、
２１…読み出しゲート部、２２…チャネルストッパ、２３…平坦化膜、
２４…画素カラーフィルタ、２５…画素マイクロレンズ、３１〜３３…絶縁膜、
４１、４２…絶縁膜、４３…絶縁膜（キャップ膜）、５１…窒化シリコン膜、
５２…酸化シリコン膜、５３…マスク層、５４、５８…フォトレジスト、
５５、５６…電極材料層、５７…絶縁材料層、５９、６０…絶縁膜、
６１…窒化シリコン膜、６２…酸化シリコン膜、６３…窒化シリコン膜、
６４…酸化シリコン膜、６５、６６…フォトレジスト、７１…窒化シリコン膜、
７２…酸化シリコン膜、７３…窒化シリコン膜、７４、７６…フォトレジスト、
７５…絶縁材料層、１０１…シリコン基板、１０２…ゲート絶縁膜、
１０３…光電変換部、１０４…転送電極部、１０５…転送電極、１０６…電極間絶縁膜、
１０７…垂直転送部、１０８…垂直転送部の電荷転送路（ｎ型領域）、
１０９…電極−遮光膜間絶縁膜、１１０…絶縁膜（キャップ膜）、１１１…遮光膜、
１１２…読み出しゲート部、１１３…チャネルストッパ、１１４…平坦化膜、
１１５…画素カラーフィルタ、１１６…画素マイクロレンズ、１２１…窒化シリコン膜、
１２２…絶縁材料層
【図１】
2006216655.tif 000003
【図２】
2006216655.tif 000004
【図３】
2006216655.tif 000005
【図４】
2006216655.tif 000006
【図５】
2006216655.tif 000007
【図６】
2006216655.tif 000008
【図７】
2006216655.tif 000009
【図８】
2006216655.tif 000010
【図９】
2006216655.tif 000011
【図１０】
2006216655.tif 000012
【図１１】
2006216655.tif 000013
【図１２】
2006216655.tif 000014
【図１３】
2006216655.tif 000015
【図１４】
2006216655.tif 000016
【図１５】
2006216655.tif 000017
【図１６】
2006216655.tif 000018
【図１７】
2006216655.tif 000019
【図１８】
2006216655.tif 000020
【図１９】
2006216655.tif 000021
【図２０】
2006216655.tif 000022