(57)【要約】【課題】  上層電極と下層電極との間の層間絶縁膜を膜厚制御性良く形成して、転送ゲート部の縮小化を図る。【解決手段】  下層電極３ａ上に層間絶縁膜４を形成した後、酸化防止膜５を全面に形成する。下層電極３ａと上層電極６ａとの間に層間絶縁膜４と共に酸化防止膜５が形成されるため、上層電極６ａを酸化して層間絶縁膜７を形成する工程において、上層電極６ａと下層電極３ａとの間のオーバーラップ部で層間絶縁膜４が酸化されることを防止することができる。【選択図】  図１
2006108596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極の両端部を絶縁膜を介して順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設された電極構造において、
前記絶縁膜は、
該下層電極上に設けられた層間絶縁膜と、
該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって設けられた、該層間絶縁膜に対する酸化防止膜とを有する電極構造。
【請求項２】
複数の電極の両端部を絶縁膜を介して順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設された電極構造において、
前記絶縁膜は、
該下層電極上に設けられた層間絶縁膜と、
該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって設けられた、該層間絶縁膜に対する酸化防止膜のみからなる電極構造。
【請求項３】
前記酸化防止膜はＳｉＮ膜である請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項４】
前記酸化防止膜の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の電極構造。
【請求項５】
前記下層電極上の層間絶縁膜はＳｉＯ２膜である請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項６】
前記酸化防止膜上に層間絶縁膜を更に設けた請求項１に記載の電極構造。
【請求項７】
前記酸化防止膜上の層間絶縁膜はＨＴＯ（ハイテンパラチュアオキサイト）である請求項６に記載の電極構造。
【請求項８】
前記酸化防止膜上の層間絶縁膜の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である請求項６または７に記載の電極構造。
【請求項９】
前記酸化防止膜上の層間絶縁膜は膜堆積法で堆積されて設けられている請求項１、５〜８のいずれかに記載の電極構造。
【請求項１０】
前記下層電極はポリシリコン膜であり、該下層電極上の層間絶縁膜は該ポリシリコン膜が酸化されて構成されている請求項１、２または５に記載の電極構造。
【請求項１１】
前記上層電極はポリシリコン膜であり、該ポリシリコン膜表面部が酸化されて層間絶縁膜が構成されている請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項１２】
前記基板部表面のゲート絶縁膜を、前記上層電極および前記下層電極と該基板部との間のゲート絶縁膜として共用する請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項１３】
前記酸化防止膜は、前記下層電極の形成後に生じる前記上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に設定されている請求項１〜４および１2のいずれかに記載の電極構造。
【請求項１４】
複数の電極の両端部を順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設した電極構造の形成方法において、
基板部上に、相互に所定間隔を隔てて複数の下層電極を一方向に並べて形成する下層電極形成工程と、
該下層電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、
該酸化防止膜上に、隣接する該下層電極の端部と一部重なり、かつ、相互に所定間隔を隔てて複数の上層電極を形成する上層電極形成工程とを有する電極構造の形成方法。
【請求項１５】
前記酸化防止膜としてＳｉＮ膜を形成する請求項１４に記載の電極構造の形成方法。
【請求項１６】
前記酸化防止膜を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚に形成する請求項１４または１５に記載の電極構造の形成方法。
【請求項１７】
前記下層電極上の層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を形成する請求項１４に記載の電極構造の形成方法。
【請求項１８】
前記酸化防止膜形成工程と前記上層電極形成工程との間に、前記酸化防止膜上に層間絶縁膜を更に形成する工程を有する請求項１４に記載の電極構造の形成方法。
【請求項１９】
前記酸化防止膜上の層間絶縁膜としてＨＴＯ（ハイテンパラチュアオキサイト）を形成する請求項１８に記載の電極構造の形成方法。
【請求項２０】
前記酸化防止膜上の層間絶縁膜を２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚に形成する請求項１８または１９に記載の電極構造の形成方法。
【請求項２１】
前記酸化防止膜上に層間絶縁膜を膜堆積法で堆積する請求項１４、１８〜２０のいずれかに記載の電極構造の形成方法。
【請求項２２】
前記下層電極としてポリシリコン膜を形成し、該下層電極上の層間絶縁膜を、該ポリシリコン膜を酸化することにより形成する請求項１４または１７に記載の電極構造の形成方法。
【請求項２３】
前記上層電極としてポリシリコン膜を形成し、該ポリシリコン膜を酸化することにより該上層電極上に層間絶縁膜を形成する請求項１４に記載の電極構造の形成方法。
【請求項２４】
前記基板部表面のゲート絶縁膜を、前記上層電極および前記下層電極と該基板部との間のゲート絶縁膜として共用する請求項１４に記載の電極構造の形成方法。
【請求項２５】
前記酸化防止膜を、前記下層電極形成工程後の工程にて生じる前記上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に形成する請求項１４〜１６および２４のいずれかに記載の電極構造の形成方法。
【請求項２６】
請求項１〜１３の何れかに記載の電極構造を有する転送ゲート部が設けられた固体撮像素子。
【請求項２７】
請求項１４〜２５の何れかに記載の電極構造の形成方法を転送ゲート部の形成方法として用いた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、複数の電極層を一方向に並べて配設した電極構造およびその形成方法に関し、これを転送ゲート部に用いたＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子には、光電変換により発生された信号電荷を一方向に転送するための転送ゲートが設けられている。この固体撮像素子において、微細化のために、転送ゲート部を複数の電極層によって構成し、上層電極と下層電極とが一部重なって配置された電極構造を用いる。
【０００３】
図４は、従来の固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【０００４】
図４に示すように、従来の固体撮像素子３０において、被写体の画像光が入射されるイメージエリア３１には、入射光量に応じた信号電荷を発生させる複数の画素部（受光部）３２と、これらの画素部３２で発生した信号電荷をイメージエリア３１内で垂直方向に転送するための転送ゲートとしての垂直転送ＣＣＤ（ChargeCoupled Device）３３Ａ〜３３Ｃとが設けられている。
【０００５】
このイメージエリア３１の周囲には、駆動クロック信号を垂直転送ＣＣＤ３３Ａ〜３３Ｃに供給するための信号線３４と、垂直転送ＣＣＤ３３Ａ〜３３Ｃによって転送されてきた画像信号を順次水平方向に転送するための水平転送ＣＣＤ３５とが設けられている。
【０００６】
図５は、図４のＩ−Ｉ線部分の断面図であり、垂直転送ＣＣＤ３３Ａの概略断面構成例を示している。この事例では、２相駆動方式のＣＣＤを示している。
【０００７】
図５に示すように、固体撮像素子３０において、ｐ型シリコン半導体基板４１の表層にｎ−型不純物拡散層４２が形成され、その上にシリコン酸化膜からなる第１酸化膜４３と第２酸化膜４４がそれぞれ形成されている。
【０００８】
第１酸化膜４３上にはポリシリコンからなる第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’が交互に所定間隔を隔てて形成されている。第２酸化膜４４上には、第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’と一部重なって、第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’が交互に所定間隔を隔てて形成されている。第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’と第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’とは、上面が層間絶縁膜４７で覆われている。
【０００９】
信号線３４ａおよび３４ｂは、垂直転送ＣＣＤ３３Ａ〜３３Ｃを駆動するためのクロック信号φ１およびφ２を伝送する配線であって、第１ゲート電極４５ａと第２ゲート電極４６ａとは信号線３４ａに接続され、第１ゲート電極４５ａ’と第２ゲート電極４６ａ’とは信号線３４ｂに接続されている。
【００１０】
次に、従来の垂直転送ＣＣＤ３３Ａ〜３３Ｃの製造方法について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８は、従来の垂直転送ＣＣＤの各製造工程をそれぞれ示す断面図である。
【００１１】
まず、図６（ａ）に示すように、ｐ型シリコン半導体基板４１上にｎ−型不純物拡散層４２を形成した後、図６（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜となる第１酸化膜４３を熱酸化により形成し、さらにその上に減圧ＣＶＤ法によりリンが添加されたポリシリコン膜４５を形成する。
【００１２】
次に、図６（ｃ）に示すように、ポリシリコン膜４５上にレジストを塗布して写真製版工程により相互に所定の間隔を隔てて複数配列されたレジストパターン５１を形成し、このレジストパターン５１をマスクとしてポリシリコン膜４５を選択的にエッチング除去して、図６（ｄ）に示すように、第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’を形成する。さらに、図６（ｅ）に示すように、露出された第１酸化膜４３も同様に、選択的にエッチング除去する。
【００１３】
さらに、図７（ｆ）に示すように、第１酸化膜４３の除去領域および第１ゲート電極４５ａ上の全面にわたって熱酸化することにより第１酸化膜４３と同程度の厚さの第２酸化膜４４を形成し、図７（ｇ）に示すように、その上に減圧ＣＶＤ法によりリンが添加されたポリシリコン膜４６をポリシリコン膜４５と同程度の厚さに形成する。
【００１４】
さらに、図７（ｈ）に示すように、ポリシリコン膜４６上にレジストを塗布して写真製版工程により相互に所定の間隔を隔てて複数配列されたレジストパターン５２を形成する。このレジストパターン５２は、開口部が相互に隣り合う第１ゲート電極４５ａの中間位置にあって、かつ、隣り合う第１ゲート電極４５ａのそれぞれに一部が重なり合う位置に配置される。このレジストパターン５２をマスクとしてポリシリコン膜４６を選択的にエッチング除去して、図７（ｉ）に示すように、第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’を形成する。
【００１５】
さらに、図８（ｊ）に示すように、第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’をマスクとして第２酸化膜４４を選択的にエッチング除去する。さらに、図８（ｋ）に示すように、第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’の露出部および第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’上の全面にわたって熱酸化することにより層間絶縁膜４７を形成する。
【００１６】
このような固体撮像素子３０において、微細化を図るためには、転送ゲート部を縮小化することが必須である。この転送ゲート部の縮小化においては、上層電極（第２ゲート電極４６ａおよび４６ａ’）と下層電極（第１ゲート電極４５ａおよび４５ａ’）との間の絶縁膜の膜厚制御性を向上させることが重要になっている。
【００１７】
例えば、上記従来の固体撮像素子３０において、図９に丸印で囲む上層電極（第２ゲート電極４６ａ）と下層電極（第１ゲート電極４５ａ）とのオーバーラップ部には、下層電極４５ａを熱酸化した電極間絶縁膜（第２酸化膜）４４が形成されており、さらに、上層電極４６ａを熱酸化して層間絶縁膜４７を形成するときに、下層電極４５ａおよび上層電極４６ａの酸化による入り込みが生じて膜厚が変化する。このため、上層電極と下層電極との間で絶縁膜の膜厚を制御することは困難であり、上層電極と下層電極との間のオーバーラップ部を充分縮小化させることができない。
そこで、例えば特許文献１では、層間絶縁膜に熱酸化膜を用いず、ＳｉＮ膜を用いている。
【００１８】
従来例について、図１０を用いて更に詳細に説明する。
【００１９】
図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、特許文献１に開示されている転送ゲート部（垂直転送ＣＣＤ３３Ａ）の各製造工程を示す要部断面図である。
【００２０】
まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板５１上に形成されたＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜５２上に下層電極用のポリシリコン膜を形成し、その上にＳｉＮ膜を積層して下層電極５３ａのパターンに加工することにより、下層電極５３ａおよびＳｉＮ膜５４ａを形成する。
【００２１】
次に、ＳｉＮ膜を再度堆積した後、エッチバックにより下層電極５３ａ上面および側壁以外のＳｉＮ膜を除去することにより、図１０（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜５４ｂを形成する。
【００２２】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、下層電極５３ａを覆っているＳｉＮ膜５４ａおよび５４ｂをマスクとして、下層電極５３ａの下部以外のゲート酸化膜５２を除去する。
【００２３】
次に、図１０（ｄ）に示すように、上層電極用のゲート絶縁膜５５としてＳｉＯ２膜を形成し、その上にポリシリコン膜を形成して上層電極パターンに加工することにより、上層電極５６ａを形成する。
【００２４】
その後、上層電極５６ａ上に層間絶縁膜としてＳｉＮ膜５７を堆積することによって、図１０（ｅ）に示すように、２層の電極５４ａ，５６ａの層を有する転送ゲートが形成される。
【００２５】
また、特許文献２には、電荷結合デバイスにおいて、第１層転送電極形成後、これを熱酸化することにより第１層転送電極上にシリコン酸化膜を形成し、シリコン酸化膜よりも誘電率が高い絶縁膜（実施例として窒化珪素膜）を形成し、更にこの絶縁膜を熱酸化することによりシリコン酸化膜を形成する。この上に第２層転送電極を形成する。これによって、第１層転送電極と第２層転送電極間において絶縁耐性が優れた三層構造の層間絶縁膜が得られる。
【００２６】
【特許文献１】特開平５−３４３４３９号公報
【特許文献２】特開平３−２３６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述した上記従来の固体撮像素子で微細化を図るためには、転送ゲート部を縮小化することが必須であり、そのためには、上層電極と下層電極との間の絶縁膜の膜厚制御性を向上させることが重要になっている。
【００２８】
しかしながら、図４に示す従来の固体撮像素子３０では、上層電極（第２ゲート電極５６ａ）と下層電極（第１ゲート電極５５ａ）とのオーバーラップ部の膜厚制御が困難であり、上層電極と下層電極との間のオーバーラップ部を縮小化させることができない。
【００２９】
上記特許文献１では、上層電極と下層電極との間の絶縁膜としてＳｉＮ膜を形成することにより、オーバーラップ部の膜厚を制御することが可能であるが、非常に工程数が多く、また、複雑な技術が必要になっている。
【００３０】
上記特許文献２では、第１層転送電極と第２層転送電極間の絶縁耐性は優れているが、
シリコン酸化膜よりも誘電率が高い絶縁膜（実施例として窒化珪素膜）を第２層転送電極の形成前に熱酸化するため、第２層転送電極上の層間絶縁膜を熱酸化で形成する場合には、第１層転送電極上に形成されたシリコン酸化膜より誘電率が高い絶縁膜は、２度の熱酸化工程に晒されるため、第１層転送電極と第２層電極間のオーバーラップ部分の層間絶縁膜の膜厚制御性も良好とは言えず、上下電極間の縮小化は依然困難である。
【００３１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、上下電極間の縮小化を容易かつ確実に実現できる電極構造およびその形成方法、これを転送ゲート部に用いた固体撮像素子およびその製造方法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】
【００３２】
本発明の電極構造は、複数の電極の両端部を絶縁膜を介して順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設された電極構造において、前記絶縁膜は、該下層電極上に設けられた層間絶縁膜と、該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって設けられた、該層間絶縁膜に対する酸化防止膜とを有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３３】
本発明の電極構造は、複数の電極の両端部を絶縁膜を介して順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設された電極構造において、前記絶縁膜は、該下層電極上に設けられた層間絶縁膜と、該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって設けられた、該層間絶縁膜に対する酸化防止膜のみからなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３４】
また、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜はＳｉＮ膜である。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における下層電極上の層間絶縁膜はＳｉＯ２膜である。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜上に層間絶縁膜を更に設けられている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜上の層間絶縁膜はＨＴＯ（ハイテンパラチュアオキサイト）である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜上の層間絶縁膜の膜厚は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜上の層間絶縁膜は膜堆積法で堆積されて設けられている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における下層電極はポリシリコン膜であり、該下層電極上の層間絶縁膜は該ポリシリコン膜が酸化されて構成されている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における上層電極はポリシリコン膜であり、該ポリシリコン膜表面部が酸化されて層間絶縁膜が構成されている。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における基板部表面のゲート絶縁膜を、前記上層電極および前記下層電極と該基板部との間のゲート絶縁膜として共用する。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜は、前記下層電極の形成後に生じる前記上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に設定されている。
【００４５】
本発明の電極構造の形成方法は、複数の電極の両端部を順次オーバーラップさせた状態で該複数の電極を一方向に並べて配設した電極構造の形成方法において、
基板部上に、相互に所定間隔を隔てて複数の下層電極を一方向に並べて形成する下層電極形成工程と、該下層電極上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該下層電極が設けられていない基板部および該層間絶縁膜上にわたって酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程と、該酸化防止膜上に、隣接する該下層電極の端部と一部重なり、かつ、相互に所定間隔を隔てて複数の上層電極を形成する上層電極形成工程とを有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
また、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜としてＳｉＮ膜を形成する。
【００４７】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚に形成する。
【００４８】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における下層電極上の層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜を形成する。
【００４９】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜形成工程と前記上層電極形成工程との間に、前記酸化防止膜上に層間絶縁膜を更に形成する工程を有する。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の電極構造における酸化防止膜上の層間絶縁膜としてＨＴＯ（ハイテンパラチュアオキサイト）を形成する。
【００５１】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜上の層間絶縁膜を２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚に形成する。
【００５２】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜上に層間絶縁膜を膜堆積法で堆積する。
【００５３】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における下層電極としてポリシリコン膜を形成し、該下層電極上の層間絶縁膜を、該ポリシリコン膜を酸化することにより形成する。
【００５４】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における上層電極としてポリシリコン膜を形成し、該ポリシリコン膜を酸化することにより該上層電極上に層間絶縁膜を形成する。
【００５５】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における基板部表面のゲート絶縁膜を、前記上層電極および前記下層電極と該基板部との間のゲート絶縁膜として共用する。
【００５６】
さらに、好ましくは、電極構造の形成方法における酸化防止膜を、前記下層電極形成工程後の工程にて生じる前記上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に形成する。
【００５７】
本発明の固体撮像素子は、請求項１〜１３の何れかに記載の上記電極構造を有する転送ゲート部が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、請求項１４〜２５の何れかに記載の上記電極構造の形成方法を転送ゲート部の形成方法として用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５９】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００６０】
本発明にあっては、下層電極上に層間絶縁膜を形成した後に、ＳｉＮ膜などの酸化防止膜を全面に形成する。これにより、従来のように、より少ない工程で複雑な技術を用いることなく、上層電極を酸化する工程において上層電極と下層電極のオーバーラップ部で酸化を防ぐことが可能となる。これによって、上層電極と下層電極の間の絶縁膜の膜厚制御性を向上させて、固体撮像素子の転送ゲート部を縮小化して、固体撮像素子の微細化を図ることが可能となる。
【００６１】
酸化防止膜は、後工程での酸化を防止することが可能で、かつ、下層電極と上層電極とのオーバーラップ部を最小化することができるように、膜厚を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００６２】
層間絶縁膜は、下層電極および上層電極としてポリシリコン膜を用いて、そのポリシリコン膜を酸化することにより、容易に形成することができる。
【００６３】
また、ゲート絶縁膜は、上層電極用および下層電極用のゲート絶縁膜として共用することにより、下層電極間のゲート絶縁膜を一旦除去した後、上層電極用のゲート絶縁膜を再度形成する従来技術に比べて、工程を簡略化することが可能となる。
【００６４】
この場合、酸化防止膜の膜厚を、下層電極形成後の工程にて生じる上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に設定することにより、ゲート絶縁膜に段差を無くして膜厚を同一にすることができるため、転送効率を向上させることも可能となる。
【発明の効果】
【００６５】
以上により、本発明によれば、下層電極と上層電極との間に形成された酸化防止膜によって、上層電極の酸化工程において、下層電極と上層電極の間のオーバーラップ部で酸化を防ぎ、下層電極上の層間絶縁膜の膜厚制御性を向上させて安定して形成することができる。これにより、下層電極と上層電極とのオーバーラップ部の縮小化が可能となって、固体撮像素子の微細化をいっそう図ることができる。このプロセスは、複雑な技術が不要であり、また工程数の増加もない。
【００６６】
また、ゲート絶縁膜は、上層電極用および下層電極用のゲート絶縁膜として共用し、酸化防止膜の膜厚を、下層電極形成後の工程にて生じる上層電極下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に設定することにより、ゲート絶縁膜に段差を無くして膜厚を同一にし、転送効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下に、本発明の電極構造およびその形成方法の実施形態を、固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６８】
なお、本発明の電極構造を垂直転送ＣＣＤに備えた固体撮像素子としてのＣＣＤ型イメージセンサについて説明するが、本発明は、複数の電極層を一方向に並べて配設した電極構造であれば、いずれも適用可能であり、下層電極と上層電極とのオーバーラップ部で層間絶縁膜の膜厚制御性を向上させてオーバーラップ部の縮小化を図ることができる。また、固体撮像素子において光電変換により信号電荷を発生する画素部および電荷転送部の基本構成については、図４および図５などの従来技術と同様の構成とすることができるため、本実施形態ではその説明を省略する。
【００６９】
図１は、本実施形態の固体撮像素子における転送ゲート部の構成例を示す断面図である。
【００７０】
図１において、半導体基板の表層に、図示しないｎ−型不純物拡散層が形成され、更にその上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１および窒化シリコン膜（ＳｉＮ）２からなるゲート絶縁膜が設けられている。
【００７１】
このゲート絶縁膜上には、ポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）からなる下層電極３ａが相互に間隔を隔てて形成されており、下層電極３ａ上には、この下層電極３ａを熱酸化した層間絶縁膜４が設けられている。下層電極３ａが設けられていないＳｉＮ膜２上および、下層電極３上の層間絶縁膜４上にわたって酸化防止膜５が設けられている。
【００７２】
この酸化膜防止膜５上には、隣接する下層電極３ａの両端部と一部重なって、ポリシリコンからなる上層電極６ａが相互に間隔を隔てて設けがれており、更に上層電極６ａ上には、上層電極６ａを熱酸化した層間絶縁膜７が設けられている。これによって、本実施形態の固体撮像素子における転送ゲート部１０が構成されている。
【００７３】
以下に、この転送ゲート部１０の形成方法における各製造工程について、図２（ａ）〜図２（ｅ）を用いて詳細に説明する。
【００７４】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本実施形態の転送ゲート部１０の各製造工程を示す要部断面図である。なお、図１は、図４に示すＣＣＤ型イメージセンサの垂直転送ＣＣＤ部の一部を示している。
【００７５】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ２膜１およびＳｉＮ膜２）および、ポリシリコンからなる下層電極膜３を順次積層する。本実施形態では、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１および窒化シリコン膜（ＳｉＮ）２を形成し、下層電極膜としてＰ（リン）を拡散させたポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜３を形成する。
【００７６】
次に、フォトレジストをマスクとして、ポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜３をドライエッチングして下層電極パターンに加工する。これにより、図２（ｂ）に示すようにポリシリコンからなる下層電極３ａを形成する。
【００７７】
さらに、図２（ｃ）に示すように、ポリシリコンからなる下層電極３ａを酸化することにより層間絶縁膜４を形成した後、その層間絶縁膜４上に、その後工程における酸化防止のために、酸化防止膜５を積層する。本実施形態では、酸化防止膜５として厚み５ｎｍのＳｉＮ膜を堆積している。
【００７８】
なお、この酸化防止膜５の膜厚は、後工程での酸化を防止することが可能で、かつ、転送ゲート部１０の縮小化のために下層電極３ａと上層電極６ａとのオーバーラップ部を最小化可能な膜厚として、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下に設定することが好ましい。
【００７９】
また、本実施形態では、下層電極用のゲート絶縁膜を上層電極用のゲート絶縁膜としても共用している。この場合には、下層電極３ａの形成後から酸化防止膜（ＳｉＮ膜）５の形成までの工程で膜減りするゲート絶縁膜の膜厚分に相当する膜厚に酸化防止膜（ＳｉＮ膜）５を形成することによって、下層電極３ａと上層電極６ａの電位を同一にすることができる。
【００８０】
続いて、酸化防止膜（ＳｉＮ膜）５上に、上層電極６ａとなるポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜を堆積させ、そこにＰ（リン）を拡散させた後に、フォトレジストをマスクとしてポリシリコン（ＰｏｌｙＳｉ）膜６をドライエッチングして上層電極６ａをパターン加工する。これにより、図２（ｄ）に示すように、下層電極３ａ，３ａ間の上方位置に下層電極３ａの端部と一部が重なるように上層電極６ａを形成する。
【００８１】
その後、図２（ｅ）に示すようにポリシリコンからなる上層電極６ａを酸化することによって層間絶縁膜７を形成する。
【００８２】
以上により、複数の上層電極６ａと下層電極３ａとが交互に配設されてその端部が互いに一部重なって一方向に並べられて配置された信号電荷転送用の転送ゲート部１０が形成される。
【００８３】
本実施形態の固体撮像素子において、図３に示す上層電極６ａ（２層目電極）と下層電極３ａ（１層目電極）との各端部のオーバーラップ部には、下層電極３ａを酸化した層間絶縁膜４（電極間絶縁膜）が形成されているが、更にその上全面に酸化防止膜５（ＳｉＮ保護膜）が設けられている。このため、上層電極６ａを酸化して層間絶縁膜７を形成するときに、下層電極３ａおよび上層電極６ａの酸化による入り込みが生じない。よって、上層電極６ａと下層電極３ａとの間で絶縁膜の膜厚を制御することが可能であり、上層電極６ａと下層電極３ａとの間のオーバーラップ部を充分縮小化させることができる。
【００８４】
以上により、本実施形態によれば、下層電極３ａ上に層間絶縁膜４を形成した後に、ＳｉＮ膜などの酸化防止膜５を全面に形成することにより、より少ない工程で複雑な技術を用いることなく、上層電極６ａを酸化して層間絶縁膜７を形成する工程において、上層電極６ａと下層電極３ａのオーバーラップ部で酸化を防ぐことができる。これによって、上層電極６ａと下層電極３ａの間で絶縁膜の膜厚制御性を向上させて、固体撮像素子の転送ゲート部１０を縮小化して、固体撮像素子の更なる微細化を図ることができる。
【００８５】
この場合に、酸化防止膜５は、その膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲に設定されているため、後工程における酸化を防止することが可能で、かつ、下層電極３ａと上層電極６ａとのオーバーラップ部を最小化することができる。
【００８６】
また、層間絶縁膜４および７は、下層電極３ａおよび上層電極６ａとしてポリシリコン膜を用いて、そのポリシリコン膜を酸化することにより容易に形成することができる。
【００８７】
さらに、ゲート絶縁膜（ＳｉＯ２膜１およびＳｉＮ膜２）は、上層電極用および下層電極用のゲート絶縁膜として共用することにより、工程を簡略化することができる。この場合、酸化防止膜５の膜厚を、下層電極３ａの形成後の工程にて生じる上層電極６ａ下のゲート絶縁膜の膜減り相当分の膜厚に設定することにより、ゲート絶縁膜に段差を無くして膜厚を同一にすることができるため、転送効率を向上させることもできる。
【００８８】
なお、上記実施形態では、下層電極３ａと上層電極６ａ間の絶縁膜を、層間絶縁膜４と酸化防止膜５との２層構造として説明したが、この酸化防止膜５上に層間絶縁膜を更に設けて下層電極３ａと上層電極６ａ間の絶縁膜を３層構造とすることもできる。この場合、酸化防止膜５上の層間絶縁膜として、ＨＴＯ（ハイテンパラチュアオキサイト）を用いることができる。この酸化防止膜５上の層間絶縁膜を、その膜厚としては２ｎｍ以上１０ｎｍ以下、更に好ましくは２ｎｍ以上５ｎｍ以下の薄膜に熱酸化以外のＣＶＤ法などの膜堆積法により堆積させて形成する。
【００８９】
また、上記実施形態をさらに説明すると、特許文献２では下層電極３ａと上層電極６ａ間の絶縁膜を３層構造とし、２回の熱酸化工程を必要としているのに対して、本発明では下層電極３ａの層間絶縁膜４のみ１回熱酸化しているだけであり、これによっても本発明の方が層間絶縁膜４を膜厚制御性良く形成できる。また、酸化防止膜５の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、その膜厚が１ｎｍを下回ると層間絶縁膜４の酸化防止効果に問題が生じ、その膜厚が１０ｎｍを超えると、層間絶縁膜を膜厚制御性良く形成して、転送ゲート部の縮小化を図るという本発明の目的に逆行する。より好ましくは、酸化防止膜５の膜厚は３ｎｍ以上７ｎｍ以下である。これらの酸化防止膜５の膜厚は、耐電圧向上を目的とした特許文献２の窒化珪素膜の膜厚に比べて大幅に薄く、本発明と特許文献２との構成は全く異なるものであって、耐電圧向上を目的とした特許文献２では、層間絶縁膜を膜厚制御性良く形成して、転送ゲート部の縮小化を図るという本発明の目的は達成できない。
【００９０】
即ち、前述したように、本発明の下層電極３ａと上層電極間６ａの層間絶縁膜について、上記実施形態では、熱酸化膜と酸化防止膜（SiN）の２層構造で記載しているが、上記特許文献２の実施例のように、酸化膜/SiN膜/酸化膜の３層構造で形成する場合もある。ただし、特許文献２では、３層目を「SiN膜を熱酸化」することで形成するのに対し、本発明では、HTO(HighTemperature Oxcide)を用いている。このHTO膜の膜厚としては、概ね２〜１０nm（さらに限定すると２〜６nmでもよい）である。
【００９１】
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、特許出願および文献は、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】
【００９２】
本発明によれば、例えば、ＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像素子において、信号電荷を転送するために複数の上層電極と下層電極の各端部が一部重なって一方向に配置された転送ゲート部などのように、複数の電極層を一方向に並べて配設した電極構造電極構造に対して、下層電極と上層電極との間に形成された酸化防止膜によって、上層電極の酸化工程において、下層電極と上層電極の間のオーバーラップ部での酸化を防いで、オーバーラップ部の絶縁膜の膜厚制御性を向上させて安定して形成することができる。これにより、下層電極と上層電極とのオーバーラップ部の縮小化が可能となり、電極構造の微細化を図ることができる。このプロセスは、複雑な技術が不要であり、また工程数の増加もない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態の固体撮像素子における転送ゲート部の構成例を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、図１の転送ゲート部の各製造工程を示す要部断面図である。
【図３】図１の電極構造において、上層電極と下層電極のオーバーラップ部を示す拡大断面図である。
【図４】従来の固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ線部分の要部断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、図５の固体撮像素子の垂直転送ＣＣＤにおける各製造工程（その１）を示す要部断面図である。
【図７】（ｆ）〜（ｉ）は、図５の固体撮像素子の垂直転送ＣＣＤにおける各製造工程（その２）を示す要部断面図である。
【図８】（ｊ）および（ｋ）は、図５の固体撮像素子の垂直転送ＣＣＤにおける各製造工程（その３）を示す要部断面図である。
【図９】従来技術において、上層電極と下層電極のオーバーラップ部を示す拡大断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、特許文献１に開示されている転送ゲート部（垂直転送ＣＣＤ）の製造工程を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ＳｉＯ２膜
２ ＳｉＮ膜
３ ポリシリコン膜
３ａ  下層電極
４ 層間絶縁膜
５ 酸化防止膜
６ａ 下層電極
７ 層間絶縁膜
１０  転送ゲート部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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