(57)【要約】【課題】高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い固体撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたことを特徴とする。【選択図】図１
2006351787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、
絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極が、第１の電極と、前記第１の電極の側壁を覆う電極間絶縁膜を介して形成される第２の電極との単層電極構造を有し、
前記電極間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極の下層に形成されるゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
層間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
【請求項６】
請求項２に記載の固体撮像素子であって、
前記ＣＶＤ膜は窒化シリコン膜である固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記フィールド酸化膜が、トレンチを形成した後選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によって形成されたリセスＬＯＣＯＳ膜である固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記フィールド酸化膜が、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜である固体撮像素子。
【請求項９】
光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、
半導体基板表面に、光電変換部および電荷転送チャネルを形成する工程と、
前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板表面に、電荷転送電極を形成する工程と、
前記電荷転送電極上に、層間絶縁膜を形成する工程とを含み、
前記光電変換部または電荷転送部または層間絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ膜の形成工程との２工程で形成される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であって、
電荷転送電極の形成工程が、第１の電極を構成する第１層導電性膜のパターンを形成する工程と、
前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２層導電性膜を形成する工程と、
少なくとも前記第１の電極上の前記第２層導電性膜を除去し、前記第２の導電性膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含み、
前記電極間絶縁膜を形成する工程が、
低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ膜の形成工程との２工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ゲート酸化膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、
ＣＶＤ工程との２工程で構成される固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、
光導波路の形成工程が、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程との２工程で構成される絶縁膜を形成する工程と、
光電変換部上に開口を形成する工程と、
前記開口に高屈折率材料を充填する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
層間絶縁膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の固体撮像素子であって、
前記ＣＶＤ工程は窒化シリコン膜を形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
固体撮像素子。
【請求項１５】
請求項９乃至１４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、リセスＬＯＣＯＳ法により形成しトレンチを形成した後、選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によりフィールド酸化膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板表面にフィールド酸化膜を形成した後、前記電荷転送電極を形成するに先立ち、
前記半導体基板表面全体を平坦化する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項９乃至１４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜を形成する工程を含む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、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に微細化に耐えうる構造の固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この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備えた電荷転送部とを有する。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、順次駆動される。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。
【０００４】
一方、光電変換部を構成するフォトダイオードの面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオード領域の面積は確保しなければならない。そこで、電荷転送部および周辺回路部の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオード領域の占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
【０００５】
このような状況の中で配線の微細化により、高集積化を実現するためには配線層間の層間絶縁膜の平坦性を保つことは重要な技術課題となる。さらにまた、固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度（光電変換効率）面での大きな問題となる。
【０００６】
そこで平坦性の向上のために、電荷転送部を単層電極構造とした構造が提案されている。ＣＣＤにおいては電極間ギャップが転送効率を決定する重要な要因となっており、この電極間ギャップをいかに小さくとるかが重要である。しかしながら通常のフォトリソグラフィ技術による電極パターンの形成では、０．２μｍが限度であり、これよりも小さく形成するのは困難であった。また電極間距離の微細化においてはアスペクト比も大きくならざるを得ず、このように微細でかつアスペクト比の大きな電極間ギャップに絶縁膜を埋め込む技術も極めて難しい。
【０００７】
このため、電極間ギャップの微細化は極めて深刻であり、十分なパターン精度を得られない場合、感度ばらつき、電荷転送効率の悪化などを引き起こし、パターン精度の向上は深刻な問題となっている。また周辺回路部の微細化も同様に求められている。このような状況の中でフォトリソグラフィ工程におけるパターン精度の向上、および電極間ギャップへの絶縁膜の形成にあたり、絶縁膜の膜質の向上が微細化への重要な課題となっている。
【０００８】
このような状況の中で、電極間ギャップに形成される絶縁膜すなわち電極間絶縁膜の膜質の向上を図ろうとすると、高温下での酸化が必要となる。通常、十分な絶縁性を確保するためには９００℃から９５０℃での熱処理を行う必要がある。
【０００９】
しかしながら、固体撮像素子（ＣＣＤ）においては、基板内へのウェルの形成、ストッパ層の形成、ｐｎ接合の形成など種々の不純物の導入工程による機能層の形成を行った後に、電極間絶縁膜の形成がなされるため、通常の熱処理では、不純物拡散を抑制することができず、拡散長の伸びによる素子特性のばらつきにより、所望の特性を得ることができないという問題があった。また、ＣＶＤ法による絶縁膜の形成のみでは、隣接電極間の耐圧を十分に確保することが困難であった。
【００１０】
従来の単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、電極間ギャップの微細化に際し、フォトリソグラフィの解像度を超えた微細化をはかるために、第１層導電性膜のパターンを形成した後、電極間絶縁膜を形成し、この上層に第２層導電性膜を積層したのち、レジストエッチバックあるいはＣＭＰ（化学的機械研磨）法により、平坦化をはかる方法も提案されている（特許文献１）。
【００１１】
例えば、電荷転送電極として多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン膜を用い、第１層導電性膜からなる第１の電極を形成した後に、この第１の電極のパターン表面を酸化し、この酸化膜を電極間絶縁膜とし、第２層目の転送電極となる多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン膜を堆積し、レジストを塗布し、レジストエッチバック法により全面エッチングを行うことにより電極の単層化を実施している。
【００１２】
この電極間絶縁膜は、熱酸化により第１の電極のパターンの表面に電極間絶縁膜を形成し、さらにこの上層に酸化シリコン膜（ＨＴＯ酸化膜）を形成する。
【００１３】
そしてこの上層に第２層ドープトアモルファスシリコン膜を形成し、ＣＭＰにより第２層ドープトアモルファスシリコン膜の平坦化を行うことにより、表面の平坦な単層構造の固体撮像素子電極が形成される。
【００１４】
しかしながら電極間絶縁膜は所望の耐圧が必要であるため、膜質が良好である必要がある。このため、上述したように熱酸化が必要であり、微細化あるいはさらなる感度の向上に対応するのは困難であるという問題があった。
【００１５】
また、このように電極間絶縁膜の形成だけでなく、固体撮像素子の場合、基板内に不純物領域を形成した後に電荷転送部を形成するため、上層の膜形成時における拡散長の伸びが素子特性のばらつきの大きな原因となるという問題がある。特に熱酸化による絶縁膜の形成を伴う工程において、特性劣化が深刻な問題となっている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１７９６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このように、従来の固体撮像素子では、微細化に伴い、絶縁膜の形成における熱による素子特性の劣化が深刻な問題となっていた。
【００１８】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い単層電極構造の固体撮像素子を形成することを目的とする。
さらに、本発明は、単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、電極パターンの微細化、薄膜化に際しても、高耐圧で信頼性の高い電荷転送電極を形成することにより電荷転送効率の改善を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そこで本発明の固体撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、高密度の低温プラズマによるラジカル酸化によって絶縁膜を形成しているため、従来のように９００から９５０℃の高温下にさらすことなく、緻密で高品質の酸化膜を形成することができるため、この上層にＣＶＤ膜を形成しても、絶縁耐性の高い高品質の絶縁膜を得ることができる。このようにして低温下での形成が可能であるため、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、信頼性の高い膜形成を行うことが可能となる。
【００２１】
また、本発明の固体撮像素子は、前記電荷転送電極が、第１の電極と、前記第１の電極の側壁を覆う電極間絶縁膜を介して形成される第２の電極との単層電極構造を有し、前記電極間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。
【００２２】
この構成によれば、上記効果に加え、微細化に伴い、電極間ギャップを小さくしても緻密で高品質の絶縁膜を形成することができるため、微細化が可能となる。  
【００２３】
また、本発明の固体撮像素子は、前記電荷転送電極の下層に形成されるゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。
【００２４】
この構成によれば、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、ゲート酸化膜の高耐圧化をはかるとともに、信頼性の高い高品質膜を形成することができる。  
【００２５】
また、本発明の固体撮像素子は、前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。
【００２６】
この構成によれば、光導波路構造を形成するための厚い層間絶縁膜の形成が、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、可能となり、特性の優れた固体撮像素子を提供することができる。
【００２７】
また本発明の固体撮像素子は、前記層間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。
【００２８】
この構成によれば、層間絶縁膜の形成が、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、緻密で優れた膜質を得ることが可能となるため、層間絶縁膜の膜厚を低減することができる。
【００２９】
また本発明の固体撮像素子は、前記ＣＶＤ膜は窒化シリコン膜であるものを含む。
【００３０】
この構成によれば、酸化シリコンと窒化シリコンとの２層膜となるためより高耐圧で信頼性の高い絶縁膜を得ることが可能となるため、絶縁膜の合計膜厚を低減することができる。
【００３１】
また本発明の固体撮像素子は、前記フィールド酸化膜が、トレンチを形成した後選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によって形成されたリセスＬＯＣＯＳ膜であるものを含む。
【００３２】
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、より薄型化および微細化が可能となる。
【００３３】
また本発明の固体撮像素子は、前記フィールド酸化膜が、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜であるものを含む。
【００３４】
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、より薄型化および微細化が可能となる。
【００３５】
また本発明の方法は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、半導体基板表面に、光電変換部および電荷転送チャネルを形成する工程と、前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板表面に、電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極上に、層間絶縁膜を形成する工程とを含み、前記光電変換部または電荷転送部または層間絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程との２工程で形成されるものを含む。
【００３６】
この構成によれば、高密度の低温プラズマによるラジカル酸化によって絶縁膜を形成しているため、従来のように９００から９５０℃の高温下にさらすことなく、緻密で高品質の酸化膜を形成することができるため、低温下での形成が可能であるため、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、信頼性の高い膜形成を行うことが可能となる。ラジカル酸化膜の上層にＣＶＤ膜を形成しても、絶縁耐性の高い高品質の絶縁膜を得ることができる。
【００３７】
また本発明の方法は、電荷転送電極の形成工程が、第１の電極を構成する第１層導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２層導電性膜を形成する工程と、少なくとも前記第１の電極上の前記第２層導電性膜を除去し、前記第２の導電性膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含み、電極間絶縁膜の形成に際し、低温プラズマによるラジカル酸化を用い、層間酸化を行うことで結晶方位依存性のない酸化が可能となり、通常の熱酸化にみられるような電荷転送電極幅のばらつきを低減することができる。
【００３８】
この構成によれば、多数の絶縁膜形成工程を含むが、この少なくともひとつを低温プラズマによるラジカル酸化膜を形成する工程とＣＶＤ工程とを含み、２層構造膜を形成するようにしているため、下地基板に形成された不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく形成可能である。
特に電極間絶縁膜の形成に際し、低温プラズマによるラジカル酸化を用い、層間酸化を行うことで結晶方位依存性のない酸化が可能となり、通常の熱酸化にみられるような電荷転送電極幅のばらつきを低減することができる。
【００３９】
また本発明の方法は、前記ゲート酸化膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程との２工程で構成されるものを含む。
【００４０】
また、本発明の方法は、前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、前記光導波路の形成工程が、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ工程との２工程で構成される絶縁膜を形成する工程と、光電変換部上に開口を形成する工程と、さらに前記開口に高屈折率材料を充填する工程とを含むものを含む。
【００４１】
また、本発明の方法は、前記層間絶縁膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化工程と、ＣＶＤ工程とを含み、２層膜構造を構成したものを含む。
【００４２】
この構成によれば、緻密で高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。
【００４３】
また本発明の方法は、前記ＣＶＤ工程が窒化シリコン膜を形成する工程であるものを含む。
【００４４】
この構成によれば、緻密で高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の方法は、前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、リセスＬＯＣＯＳ法により形成しトレンチを形成した後、選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によりフィールド酸化膜を形成する工程を含むものを含む。
【００４６】
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、高精度のパターン形成が可能となる。
【００４７】
また、本発明の方法は、半導体基板表面にフィールド酸化膜を形成した後、前記電荷転送電極を形成するに先立ち、前記半導体基板表面全体を平坦化する工程を含むものを含む。
【００４８】
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、高精度のパターン形成が可能となる。
【００４９】
また、本発明の方法は、前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜を形成する工程を含むものを含む。
【００５０】
この構成によれば、前記光電変換部の有効撮像領域を囲むように、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられたフィールド酸化膜の表面レベルが、前記光電変換部の表面レベルと同程度であるため、素子領域の形成に際し、基板表面全体が平坦であることになり、フォトリソグラフィによるパターン精度が大幅に向上する。
【００５１】
また、表面レベルが平坦であるため、電荷転送電極を単層化する際に生じる導電性膜、特に第２層導電性膜の膜減りを防止することができる。したがって、均一な膜厚の電荷転送電極および周辺回路を形成することができるため、素子特性のばらつきを防止し、信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。ここで有効撮像領域とは、光電変換部と電荷転送部とを含むものとする。
【００５２】
なお、第２層導電性膜のＣＭＰ（化学的機械研磨）工程やエッチバック工程などの平坦化工程に際して光電変換部の表面レベルと、電荷転送電極を形成する電荷転送部および周辺回路部のゲート酸化膜の上面レベル表面とが同程度とするのが望ましく、少なくとも光電変換部の形成された領域の基板の表面レベルと、フィールド絶縁膜の表面レベルとが同程度であればよい。
【００５３】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、前記半導体基板表面にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、レジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含むものを含む。
【００５４】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含むものを含む。
【発明の効果】
【００５５】
上記構成によれば、低温プラズマによるラジカル酸化を用いることで、下地基板に注入されている不純物の拡散を防止し高品質の固体撮像素子を提供することができる。
また、隣接電極間のギャップ形成後に低温プラズマによるラジカル酸化を行うことで、電極間の異物による短絡部を絶縁物に置換し、隣接配線のＤＣ不良を低減することが可能となる。
【００５６】
また、単層構造の電荷転送電極を形成することで、入射光のケラレによる感度低下を防止することができる。
さらにまた、膜質を向上させることができるため、隣接する電荷転送電極間の間隔を小さくすることができフォトダイオード上部の開口面積を広げることができる。
電極間絶縁膜の形成に際し、低温プラズマによるラジカル酸化を用い、層間酸化を行うことで結晶方位依存性のない酸化が可能となり、通常の熱酸化にみられるような電荷転送電極幅のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
（実施の形態１）
【００５８】
本実施の形態の固体撮像素子は、図１および図２（図１は図２のＡ−Ａ断面を示す図）に示すように、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、ゲート酸化膜２、電極間絶縁膜が低温プラズマによる酸化シリコン膜と、この上層に形成されたＣＶＤ膜との２層構造体で形成されたことを特徴とするものである。
【００５９】
なお、図１および２に示すように、シリコン基板１には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード領域３０の間に形成される。
絶縁膜以外の部分については、通例の固体撮像素子と同様に形成されている。
【００６０】
なお、有効撮像領域（受光領域）Ａを囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜１００が、リセスロコス（Recess  LOCOS）法によってトレンチＴ内に形成され、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルとフィールド酸化膜１００の表面レベルとが同一となるように形成されている（図３参照）。
【００６１】
ここで有効撮像領域は、光電変換部と垂直転送路（電荷転送部の一部）を含む受光領域と水平転送路（電荷転送部の一部）とで構成されており、その外側に周辺回路としての出力回路を含む周辺部（非撮像領域）Ｂが形成されている。
【００６２】
ここでは、ゲート酸化膜２は、ラジカル酸化膜とＣＶＤ膜との合計膜厚５０ｎｍ程度となるように形成される。また、シリコン基板１の非撮像領域および電荷転送部の素子分離領域に形成された、深さ４０ｎｍ程度のトレンチＴ内に選択酸化による厚さ４００ｎｍのフィールド酸化膜１００としての酸化シリコン膜が形成されている。このフィールド酸化膜１００上には、信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタや信号処理回路および配線が形成されている。
【００６３】
すなわち、図１および図２に固体撮像素子チップの断面概要図および平面図（図１は図２のＡ−Ａ断面図）を示すように、シリコン基板１内には、フィールド酸化膜１００で囲まれた有効撮像領域（受光領域）内にフォトダイオードを備えた光電変換部および電荷転送部が形成され、その上層は絶縁膜で被覆されている。
【００６４】
シリコン基板１内には、光電変換部（３１，３２）、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３４、電荷読み出し領域３３が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜８と電荷転送電極３（ドープトアモルファスシリコン膜）が形成される。
【００６５】
そしてフィールド酸化膜１００上には配線が形成され、更にその上層は平坦化膜を含む中間層として光導波路構造をなす絶縁膜１５が形成され、さらにその上層にカラーフィルタ５０、マイクロレンズ６０からなる光学系が設けられている。
【００６６】
かかる構成によれば、緻密で高品質の絶縁膜を低温下で形成することができるため、電極間絶縁膜の幅を低減でき、微細化が可能となる。また図１および図２に示すように、平坦な表面にパターンが形成されているため極めて高精度のパターン形成が可能となり、極めて微細な電荷転送部の形成が可能となる。また周辺回路部を含む配線も微細化が可能となる。
【００６７】
次に本実施の形態の固体撮像素子の製造工程について図３乃至図７を参照しつつ説明する。
【００６８】
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１を用意する。
そして、バッファ用の酸化シリコン膜Ｍ１および窒化シリコン膜Ｍ２を形成しフォトリソグラフィによりこれらをパターニングし、２層構造のマスクパターンを形成する。
次いで図３（ｂ）に示すように、このマスクパターンをマスクとして基板表面をエッチング除去し、表面にトレンチＴを形成する。
【００６９】
この状態で、９００〜１０００℃の酸化性雰囲気中で加熱し、図３（ｃ）に示すように、膜厚４００から６００ｎｍ程度の酸化シリコン膜からなるフィールド酸化膜１００を形成する。
【００７０】
そして図３（ｄ）に示すように、この窒化シリコン膜Ｍ２を除去する。
最後に図３（ｅ）に示すように、ＣＭＰにより平坦化をはかり、全く段差のない平坦な表面を持つフィールド酸化膜１００を形成するようにしてもよい。このとき酸化シリコン膜Ｍ１も除去される。
【００７１】
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル３５は、図２では図示していないが、電荷転送部が延在する方向と交差する方向に、形成される。
また、図２では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００７２】
次にこのようにしてフィールド酸化膜の形成されたシリコン基板表面に固体撮像素子を形成する工程について図４乃至図６を参照しつつ詳細に説明する。
まず、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３４、電荷読み出し領域３３が形成された、不純物濃度１．０×１０１６ｃｍ−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化膜厚１５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜と、ＣＶＤ法による酸化シリコン膜を形成し、２層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００７３】
続いて、このゲート酸化膜２上に、ＰＨ３とＮ２とを添加したＳｉＨ４を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．２５μｍのリンドープのドープトアモルファスシリコン膜３を形成する。このときの基板温度は６００〜７００℃とする。
【００７４】
この後、減圧ＣＶＤ法により膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜４と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜５と有機反射防止膜６とを形成する。
【００７５】
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンＲ１および、必要に応じてダミー（レジスト）パターン（ここでは図示せず）を形成する（図４（ａ））。ここでダミーパターンはシリコン基板１の周縁部で、レジストパターンＲ１からの間隔が所定幅（第１の電極の間隔）以上とならないようにレイアウト時に形成される。レジストパターンの間隔は０．２μｍであった。
【００７６】
この後、ＣＨＦ３とＣ２Ｆ６とＯ２とＨｅとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、酸化シリコン膜４と、窒化シリコン膜５とをパターニングし、電荷転送電極のパターニング用のハードマスクを形成する。このハードマスクは、単層電極構造の電荷転送電極としてのドープトアモルファスシリコン膜３のパターニングに用いられる。
【００７７】
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する（図４（ｂ））。
【００７８】
そしてＣＶＤ法により酸化シリコン膜７を堆積し（図４（ｃ））、この後、Ｃｌ２とＯ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、側壁酸化膜を形成するとともに、さらにドープトアモルファスシリコン膜を選択的にエッチング除去し、電極および周辺回路の配線を形成する（図５（ａ））。この側壁酸化膜７によって、電極間ギャップを、解像限界を超えて微細化することができる。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴：Electron Cyclotron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００７９】
続いて、電極パターンの表面に低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともにＣＶＤ法による成膜を行い膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜８を形成する（図５（ｂ））。そしてフォトダイオード部（図示せず）を形成するためのイオン注入を行う。この後注入したイオンを活性化するためのフラッシュランプアニールを行う。
【００８０】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、この電極間絶縁膜８をパターニングするためのレジストパターンＲ２を形成する（図５（ｃ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてフォトダイオード部上の酸化シリコン膜をエッチング除去する。
【００８１】
続いて低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともに高温ＣＶＤ法による成膜を行い膜厚１５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜９、およびＣＶＤ法により反射防止膜としての窒化シリコン膜１０を形成する（図６（ａ））。ここで高温ＣＶＤ法による高温とは不純物拡散を生じない程度の高温即ち８００℃程度以下で成膜するものとする。
【００８２】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、水素終端処理用開口部形成のために窒化シリコン膜１０をパターニングするためのレジストパターンＲ３を形成する（図６（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜１０をエッチングし水素終端処理用の開口部を形成する（図６（ｃ））。
【００８３】
続いて低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともに高温ＣＶＤ法による成膜を行い耐圧確保のための層間絶縁膜として膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜１１、およびＣＶＤ法により密着性層としてのＴｉＮ層１２、遮光膜としてのＷ層１３を順次形成する（図７（ａ））。
【００８４】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、遮光膜（Ｗ層）１３をパターニングするためのレジストパターンＲ４を形成する（図７（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてＷ層１３をエッチングし、遮光膜の酸化防止用の酸化シリコン膜１４を形成する（図８（ａ））。
【００８５】
そしてこの上層に、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜１５を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する（図８（ｂ））。ここでＢＰＳＧ膜１５に代えて低温プラズマによるラジカル酸化により酸化シリコン膜を形成しても良い。そして導波路を形成するためにフォトダイオード部に開口を形成し、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜１６を形成し光導波路を形成する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜：図示せず）、透明樹脂膜からなる平坦化層１８を形成する。
【００８６】
この後、層内レンズ２１、平坦化層２２、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０などを形成して、図１（ａ）および（ｂ）に示すような固体撮像素子を得る。なお図２では主要部のみを示し、光学系などは省略した。
【００８７】
この方法によれば、ゲート酸化膜をはじめ電極間絶縁膜などを低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による酸化シリコン膜の２層膜によって形成しているため低温形成が可能で、下地の拡散長の伸びを招くことなく、高品質の絶縁膜を形成することができ、高精度で高耐圧の絶縁膜を形成することができ、信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。
【００８８】
また、リセスロコス法により、トレンチにフィールド酸化膜を埋め込むことによって、完全に平坦化され段差０の基板表面に光電変換部、電荷転送部および周辺回路部を形成しているため、平坦化のための膜を薄くすることができるとともに、低温プラズマによるラジカル酸化によって形成しているため膜質が良好で薄くても十分に大きな耐圧を維持することができるため、高精度のパターン形成を実現することができ、微細でかつ機能的にも信頼性の高い動作特性を得ることができる。
【００８９】
なお前記実施の形態では、ゲート酸化膜、電極間絶縁膜、層間絶縁膜、導波路を囲む平坦化膜などすべてを低温プラズマによるラジカル酸化膜とＣＶＤ膜との２層膜で構成したが、いずれかひとつでも有効であることはいうまでもない。いずれかを必要度に応じて適宜選択して使用すればよい。
さらにまた前記実施の形態では光導波路構造となるように形成したが、必ずしも光導波路構造を構成しなくても良いことはいうまでもない。
【００９０】
また、必要に応じて、基板周縁部など、電極配線のパターン密度が小さいところなど、特にスピン塗布によりレジストを塗布する際にレジストの表面レベルが低くなることがないように、ダミーパターンを形成してもよい。
このようにして微細でかつ、特性のばらつきがなく、信頼性の高い固体撮像素子を形成することができる。
【００９１】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、電極間絶縁膜の形成に低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による酸化シリコン膜の２層膜によって形成したが、図９乃至図１２に示すように、電極間絶縁膜８Ｎの形成に低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜の２層膜によって形成してもよい。
図９乃至図１２は、実施の形態１で説明した図５乃至図８のプロセスに相当し、異なるのは低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による酸化シリコン膜の２層膜からなる電極間絶縁膜８に代えて、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜の２層膜からなる電極間絶縁膜８Ｎを用いるとともに、さらにこの上層に形成される反射防止膜２９を低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜の２層膜で構成した点が異なる。他は実施の形態１と同様であるが、低温プロセスであるため、ラジカル酸化を何度も繰り返しても拡散長の伸びはほとんどないため、確実に高耐圧化をはかることができる。
すなわち、図３および図４のプロセスを経てフィールド酸化膜を形成するとともに、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３４、電荷読み出し領域３３が形成されたｎ型のシリコン基板１表面に、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜と、ＣＶＤ法による酸化シリコン膜を形成し、２層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００９２】
そして、実施の形態１と同様にこのゲート酸化膜２上に、リンドープのドープトアモルファスシリコン膜３を形成し、反応性イオンエッチングにより、側壁酸化膜７を形成するとともに、さらにドープトアモルファスシリコン膜を選択的にエッチング除去し、電極および周辺回路の配線を形成する（図９（ａ））。
【００９３】
続いて、電極パターンの表面に低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともにＣＶＤ法による成膜を行い総膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜からなる電極間絶縁膜８Ｎを形成する（図９（ｂ））。そしてフォトダイオード部を形成するためのイオン注入を行う。この後注入したイオンを活性化するためのフラッシュランプアニールを行う。
【００９４】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、この電極間絶縁膜８ＮをパターニングするためのレジストパターンＲ５を形成する（図９（ｃ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてフォトダイオード領域上の積層膜をエッチング除去する。
【００９５】
続いて低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともに高温ＣＶＤ法による成膜を行い反射防止膜２９として膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜を形成する（図１０（ａ））。
【００９６】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、水素終端処理用開口部形成のために反射防止膜２９をパターニングするためのレジストパターンＲ６を形成する（図１０（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとして反射防止膜２９をエッチングし水素終端処理用の開口部を形成する（図１０（ｃ））。
【００９７】
続いて低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともに高温ＣＶＤ法による成膜を行い耐圧確保のための層間絶縁膜として膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜１１、およびＣＶＤ法またはＰＶＤ法により密着性層としてのＴｉＮ層１２、遮光膜としてのＷ層１３を順次形成する（図１１（ａ））。ここで反射防止膜２９が高耐圧であるため、酸化シリコン１１は、省略してもよい。これによりフォトダイオードの開口を広げることができる。
【００９８】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、遮光膜１３をパターニングするためのレジストパターンＲ７を形成する（図１１（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてＷ層１３をエッチングし、遮光膜の酸化防止用の酸化シリコン膜１４を形成する（図１２（ａ））。
【００９９】
そしてこの上層に、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜１５を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する（図１２（ｂ））。ここでＢＰＳＧ膜１５に代えて低温プラズマによるラジカル酸化により酸化シリコン膜を形成しても良い。そして導波路を形成するためにフォトダイオード部に開口を形成し、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜（図示せず）を形成し光導波路を形成する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜：図示せず）、透明樹脂膜からなる平坦化層（図示せず）を形成する。
【０１００】
この後、実施の形態１と同様に層内レンズ２１、平坦化層２２、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０などを形成する。
この構成によれば、前記実施の形態１よりもさらなる高耐圧化をはかることができる。
【０１０１】
（実施の形態３）
前記実施の形態２では、図９乃至図１２に示したように電極間絶縁膜の形成に低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜の２層膜によって形成し、フォトダイオード領域の窒化シリコン膜を除去し、さらに反射防止膜を形成したが、本実施の形態では図１３乃至図１５に示すように、フォトダイオード領域の窒化シリコン膜は反射防止膜として残し、フォトダイオード領域と電荷転送部との境界近傍に水素終端処理における開口を形成するようにしている。
この工程では図１０（ａ）に示した反射防止膜２９の形成後、この水素終端処理用の開口を形成するためのレジストパターンＲ８を図１３（ａ）に示すようにフォトダイオード形成領域で残すようにし、フォトダイオード領域の反射防止膜を構成するようにしたものである。
すなわち、そしてこのレジストパターンをマスクとして反射防止膜２９をエッチングしフォトダイオード領域の反射防止膜を残すように水素終端処理用の開口部を形成する（図１３（ｂ））。
【０１０２】
続いて低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともに高温ＣＶＤ法による成膜を行い耐圧確保のための層間絶縁膜として膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜１１、およびＣＶＤ法またはＰＶＤ法により密着性層としてのＴｉＮ層１２、遮光膜としてのＷ層１３を順次形成する（図１４（ａ））。ここで反射防止膜２９が高耐圧であるため、酸化シリコン１１は、省略してもよい。これによりフォトダイオードの開口を広げることができる。
【０１０３】
次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、遮光膜１３をパターニングするためのレジストパターンＲ９を形成する（図１４（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてＷ層１３をエッチングし、遮光膜の酸化防止用の酸化シリコン膜１４を形成する（図１５（ａ））。
【０１０４】
そしてこの上層に、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜１５を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する（図１５（ｂ））。ここでＢＰＳＧ膜１５に代えて低温プラズマによるラジカル酸化により酸化シリコン膜を形成しても良い。そして導波路を形成するためにフォトダイオード部に開口を形成し、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜（図示せず）を形成し光導波路を形成する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜：図示せず）、透明樹脂膜からなる平坦化層（図示せず）を形成する。
【０１０５】
この後、実施の形態１と同様に層内レンズ２１、平坦化層２２、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０などを形成する。
この構成によれば上記効果に加え、成膜のしなおしがない分、基板の受ける熱履歴を低減することができる。
【０１０６】
前記実施の形態１では、ＬＯＣＯＳ法でフィールド酸化膜を形成する例について説明したが、トレンチＴ内にＣＶＤ法により酸化シリコン膜を充填し、表面をＣＭＰ研磨することにより、平坦化したものも有効である。
この方法によればＬＯＣＯＳの場合に比べてバーズビークもなく微細化が可能であるが、熱歪によるクラックの発生については、CVD成長時の条件の最適化により問題は解消可能である。
【０１０７】
以上説明してきたように、本発明の方法によれば、高精度に平坦化のなされた基板表面に光電変換部および電荷転送部を形成しているため、微細なパターニングが可能となり、０．１μｍ以下の電極間距離をもつ光電変換部についても容易に形成可能であり、特性のばらつきを低減し、信頼性の高い電荷転送電極を得ることができることから、微細でかつ高感度の固体撮像装置の形成に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
この構成によれば、拡散長の伸びを生じることなく、膜質の良好な絶縁膜を得ることが可能となることから、小型化が可能であり、携帯電話などの電子機器における固体撮像素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像素子を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の固体撮像素子を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の形製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  シリコン基板
２  ゲート酸化膜
３  電荷転送電極（ドープトアモルファスシリコン層）
４  酸化シリコン膜
５  窒化シリコン膜
６  有機反射防止膜
７  酸化シリコン膜
８  電極間絶縁膜
８Ｎ  電極間絶縁膜
９  酸化シリコン膜
１０  窒化シリコン膜
１１  酸化シリコン膜
１２  ＴｉＮ層
１３  Ｗ層
１５  絶縁膜（ＢＰＳＧ膜）
１６  窒化シリコン膜
５０  カラーフィルタ
６０  マイクロレンズ
７０  平坦化層
１００  フィールド酸化膜
Ａ  有効撮像領域
Ｂ  非撮像領域
【図１】
2006351787.tif 000003
【図２】
2006351787.tif 000004
【図３】
2006351787.tif 000005
【図４】
2006351787.tif 000006
【図５】
2006351787.tif 000007
【図６】
2006351787.tif 000008
【図７】
2006351787.tif 000009
【図８】
2006351787.tif 000010
【図９】
2006351787.tif 000011
【図１０】
2006351787.tif 000012
【図１１】
2006351787.tif 000013
【図１２】
2006351787.tif 000014
【図１３】
2006351787.tif 000015
【図１４】
2006351787.tif 000016
【図１５】
2006351787.tif 000017