(57)【要約】【課題】  二層ゲート電極構造を有する転送ゲート部を適正なパターンで形成し、高い転送特性を得る。【解決手段】  シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して転送電極となる下層電極材を全面に形成し、中間絶縁膜を形成後、中間絶縁膜及び下層電極材をエッチングすることにより転送電極パターンを形成し、次いでバイアス電極となる上層電極材を全面に形成し、光電変換部へのイオン注入時のマスク材となる絶縁膜で構成されるハードマスクを形成後、ハードマスク及び上層電極材をエッチングすることによりバイアス電極パターンを形成し、その後、光電変換部へのイオン注入を行い、光電変換部を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成した信号電荷を転送する転送ゲート部とを有し、
前記転送ゲート部は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置される下層の転送電極と、前記転送電極上に中間絶縁膜を介して配置される上層のバイアス電極の二層電極構造を有する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成した信号電荷を転送する二層電極構造の転送ゲート部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置される下層の転送電極を形成する工程と、
前記転送電極上に中間絶縁膜を介して配置される上層のバイアス電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記転送電極とバイアス電極の形成後に光電変換部のイオン注入を行う工程を有することを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入時のマスクとして前記バイアス電極上に絶縁膜で構成されるハードマスクを形成することを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して転送電極となる下層電極材を全面に形成し、中間絶縁膜を形成後、中間絶縁膜及び下層電極材をエッチングすることにより転送電極パターンを形成し、次いでバイアス電極となる上層電極材を全面に形成し、光電変換部へのイオン注入時のマスク材となる絶縁膜で構成されるハードマスクを形成後、ハードマスク及び上層電極材をエッチングすることによりバイアス電極パターンを形成し、その後、光電変換部へのイオン注入を行い、光電変換部を形成することを特徴とする請求項２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、光電変換部で生成した信号電荷を転送するための転送ゲートに二層電極構造を用いたＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＭＯＳイメージセンサは、シリコン基板の上層に光電変換部としてのフォトダイオード、このフォトダイオードから信号電荷を取り出す転送トランジスタ（転送ゲート部）、信号電荷を画素信号として変換する増幅トランジスタ、及び信号電荷をリセットするリセットトランジスタ等を設けた複数の画素を２次元アレイ状に配置した構造となっている。なお、画素内のフォトダイオードやトランジスタ回路の構成としては種々の方式が存在するが、本発明とは直接関係しないため、ここでの説明は省略する。
また、転送ゲート部の動作を制御する電極部としては、転送ゲート部にバイアス電圧（負電圧）を印加するためのバイアス電極を下層に配置し、転送動作を行う転送パルスを印加するための転送電極を上層に配置した二層電極構造のものが知られている。
すなわち、バイアス電極は電極直下のホール密度を濃くして、フォトダイオードの電荷蓄積時に転送電極下に発生する白点をピンディング（pinning）し、フォトダイオードへの流れ込みを抑制している。また、信号電荷の読み出し時には、バイアス電極に対して転送電極と同様に正のバイアス電圧を印加し、読み出し動作を行う。
【０００３】
図２はこのような従来の二層転送電極の例を示す斜視図である。
図示のように、シリコン基板１０に形成したウェル領域には、フォトダイオードの電荷蓄積領域となるＮ−層１２がイオン注入等により形成されている。なお、イメージセンサに用いられるフォトダイオードには、Ｎ層の表面に正孔蓄積領域となるＰ＋層を設けたものや、基板の深さ方向に複数のＮ層を階層的に形成したものなど、種々の形態が存在するが、本発明とは直接関係しないため、ここでの説明は省略する。
また、シリコン基板１０上には、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して下層のバイアス電極（負電極）１４が形成され、その一部がコンタクトプラグ１６に接続されている。
また、バイアス電極１４の上層には、中間絶縁膜（図示せず）を介して上層の転送電極１８が形成され、その一部がコンタクトプラグ２０に接続されている。
なお、バイアス電極１４、転送電極１８、及び各コンタクトプラグ１６、２０は、ポリシリコン膜等によって形成されている。
【０００４】
図３は従来のＣＭＯＳイメージセンサにおける転送ゲート部の形成工程を示す断面図である。
まず、図３（Ａ）において、シリコン基板３０にゲート絶縁膜（図示せず）を介して下層のバイアス電極３２及び上下の電極間の絶縁膜３４を成膜し、図３（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術等によって所定のパターンに加工形成する。なお、絶縁膜３４としては、例えばＳｉＯとＳｉＮを積層する。また、本例では、その上に裏面反射防止コーティング膜（ＢＡＲＣ）３５を積層している。
その後、このパターンを形成したレジスト３６を除去せずに、図３（Ｃ）において、フォトダイオード部以外の領域をレジスト３８で覆い（二層レジストプロセス）、フォトダイオード部４０を形成するためのドナーイオンを注入する（ＲＳ  Ｉ／Ｉ）。
特に電極下にこのドナーが注入されると電極下のポテンシャルが深くなり、電極下からフォトダイオードへの白点電荷の流れ込みが発生するため、注入時に電極上のレジストはインプラマスクとして必要である。
そして、この注入後、図３（Ｄ）に示すように、転送電極４２となる上部電極を形成する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２８２９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような二層レジスト構造を用いて転送電極を作成する方法においては、二層目のレジストを形成する際に、露光機のアライメントずれが大きく、ゲート部上からレジスト端が外れた場合に、正確なパターンの再生が不可能となる。特に、微細化してゲート長が細くなるにつれ、正確なパターンの再生が重要な課題となる。
【０００６】
そこで本発明は、二層ゲート電極構造を有する転送ゲート部を適正なパターンで形成でき、高い転送特性を得ることが可能な固体撮像素子及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】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成した信号電荷を転送する転送ゲート部とを有し、前記転送ゲート部は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置される下層の転送電極と、前記転送電極上に中間絶縁膜を介して配置される上層のバイアス電極の二層電極構造を有することを特徴とする。
また本発明の製造方法は、半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成した信号電荷を転送する二層電極構造の転送ゲート部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して配置される下層の転送電極を形成する工程と、前記転送電極上に中間絶縁膜を介して配置される上層のバイアス電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、転送ゲート部の二層電極のうち転送電極を下層に配置し、バイアス電極を上層に配置することから、従来の二層レジスト構造を用いることなく安定したプロセスで二層ゲート電極構造を形成することが可能となり、正確なパターンの再生が可能となり、信頼性の高い固体撮像素子を安定的に作成することができる効果がある。
また、転送電極とバイアス電極の形成後に光電変換部のイオン注入を行うことにより、電極下へのドナーの注入を防止でき、白点ノイズ等の発生を抑制した固体撮像素子を作成できる。
また、イオン注入時のマスクとして前記バイアス電極上に絶縁膜で構成されるハードマスクを形成することにより、電極下へのドナーの注入を防止でき、白点ノイズ等の発生を抑制した固体撮像素子を作成できる。
また、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して転送電極となる下層電極材を全面に形成し、中間絶縁膜を形成後、中間絶縁膜及び下層電極材をエッチングすることにより転送電極パターンを形成し、次いでバイアス電極となる上層電極材を全面に形成し、光電変換部へのイオン注入時のマスク材となる絶縁膜で構成されるハードマスクを形成後、ハードマスク及び上層電極材をエッチングすることによりバイアス電極パターンを形成し、その後、光電変換部へのイオン注入を行い、光電変換部を形成することにより、正確なパターン再生を実現し、かつ、低ノイズの固体撮像素子を作成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態では、転送ゲート部の二層電極のうち転送電極を下層に配置し、バイアス電極を上層に配置することで、従来の二層レジスト構造を用いることなく安定したプロセスで二層ゲート電極構造を形成できるようにし、パターン再現性の問題を解決するようにした。
具体的には、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して転送電極となる下層電極材を全面に形成し、中間絶縁膜を形成後、中間絶縁膜及び下層電極材をエッチングすることにより転送電極パターンを形成し、次いでバイアス電極となる上層電極材を全面に形成し、光電変換部へのイオン注入時のマスク材となる絶縁膜で構成されるハードマスクを形成後、ハードマスク及び上層電極材をエッチングすることによりバイアス電極パターンを形成し、その後、光電変換部へのイオン注入を行い、光電変換部を形成する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサにおける転送ゲート部の形成工程を示す断面図である。
まず、図１（Ａ）において、シリコン基板５０にゲート絶縁膜（図示せず）を介して下層の転送電極５２及び上下の電極間の絶縁膜５４の各膜材を全面に成膜し、フォトリソグラフィ技術等によって所定のパターンに加工形成する。なお、絶縁膜５４としては、上層電極と下層電極間の耐圧が重要となるため、例えばＳｉＯとＳｉＮの積層膜を形成する。
次に、図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜５４の上層にバイアス電極（負電極）５６の膜材を全面に形成した後、その直上に上層電極加工時のハードマスクとなる絶縁膜５８の膜材（ＳｉＯ）を全面に形成し、さらに、その上に裏面反射防止コーティング膜（ＢＡＲＣ）６０を全面に積層し、レジスト６２を積層して所定のパターンにエッチングする。
なお、上下の電極材としては従来と同様にポリシリコン膜を用いる。
【００１１】
次に、レジスト６２を除去し、さらに図１（Ｃ）に示すように、フォトダイオード部以外の領域に対して新たなレジスト６４を形成し、フォトダイオード部６６にドナー（Ａｓ、３６０ｋｅＶ）を注入する（ＲＳ  Ｉ／Ｉ）。このとき、上記ハードマスク（絶縁膜５８）が注入時のマスクとして作用する。
以上のようにして、従来の二層レジスト構造を用いることなく、安定したプロセスで、二層ゲート電極構造を形成することができ、正確なパターンの再現性を確保できる。
なお、以上は本発明をＣＭＯＳイメージセンサの転送ゲート部を前提に説明したが、本発明は他の固体撮像素子における転送ゲート部にも同様に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例によるＣＭＯＳイメージセンサにおける転送ゲート部の形成工程を示す断面図である。
【図２】従来の二層転送電極の例を示す斜視図である。
【図３】従来のＣＭＯＳイメージセンサにおける転送ゲート部の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
５０……シリコン基板、５２……転送電極、５４、５８……絶縁膜、５６……バイアス電極、６０……裏面反射防止コーティング膜、６２、６４……レジスト、６６……フォトダイオード部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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