(57)【要約】【課題】高精度にパターニングされた電荷転送電極を得ることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】ゲート酸化膜２の形成されたシリコン基板１表面に、第１の電極３ａを構成する第１導電性膜３ａを形成する工程と、第１導電性膜３ａの上層にレジストパターンＲを形成する工程と、レジストパターンＲに基づいて第１導電性膜３ａをパターニングして第１の電極３ａを形成する工程と、第１の電極３ａの表面に絶縁膜５ｂを形成する工程と、第２導電性膜３ｂを形成する工程と、第２導電性膜３ｂの形成後、第１の電極３ａ上方の第２導電性膜３ｂを除去する工程と、レジストパターンＲを形成する工程に先立ち、第１導電性膜３ａとレジストパターンＲの間に、レジストパターンＲ形成時の露光によるレジストパターンＲ下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能と第２導電性膜３ｂを除去する際のストッパとしての機能を併せ持つシリコンハイドロオキシナイトライド膜７を形成する工程とを含む【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極の形成工程は、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１の電極を構成する第１導電性膜を形成する工程と、
前記第１導電性膜の上層にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンに基づいて前記第１導電性膜をパターニングして前記第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極の少なくとも側壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極及び前記絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に前記第２導電性膜を形成する工程と、
前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上方の前記第２導電性膜を除去する工程と、
前記マスクパターンを形成する工程に先立ち、前記第１導電性膜と前記マスクパターンの間に、前記マスクパターン形成時の露光による前記マスクパターン下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能と前記第２導電性膜を除去する際のストッパとしての機能を併せ持つ反射防止兼ストッパ膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記反射防止兼ストッパ膜は、ハイドロ酸化窒化膜である固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ハイドロ酸化窒化膜の特性及び膜厚は、前記露光時の露光波長及び露光対象材料に応じて決定される固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極は、絶縁膜を介して隣接する第１導電性膜からなる第１の電極と第２導電性膜からなる第２の電極とから構成され、
前記第１の電極の上方には、その上方に形成された前記第２導電性膜を除去する際のストッパとしての機能と、前記第１の電極形成のために用いるマスクパターンを形成する際の露光による前記マスクパターン下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能とを併せ持つ反射防止兼ストッパ膜が形成される固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記反射防止兼ストッパ膜は、ハイドロ酸化窒化膜である固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子であって、
前記ハイドロ酸化窒化膜の特性及び膜厚は、前記露光時の露光波長及び露光対象材料に応じて決定されたものである固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する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、この光電変換部で発生した信号電荷を転送するための電荷転送電極を含む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。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。
【０００４】
さらにまた、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。一方光電変換部を構成するフォトダイオードの開口面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオードの開口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、フォトダイオードの開口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表面の平坦性に加え、電荷転送部と配線層間の層間絶縁膜の耐圧の向上と薄肉化は重要な技術課題となる。例えば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（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１では、まず、シリコン基板表面に形成されたゲート酸化膜上に、第１層多結晶シリコン膜を形成し、その上に酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜を形成する。続いて、そしてこの上層にレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて該レジストを露光し、現像、水洗を行って、レジストパターンを形成する。この後、このレジストパターンをマスクとして、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜をエッチングし、第１の電極のパターニング用のマスクパターンを形成する。そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去し、このマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜に含まれる窒化シリコン膜をエッチングストッパとして第１層多結晶シリコン膜を選択的にエッチング除去し、第１の電極を形成する。続いて、減圧ＣＶＤ法により第１の電極の表面に電極間絶縁膜を形成し、この上層に第２層多結晶シリコン膜を形成し、第１の電極の上にある窒化シリコン膜をストッパとしてＣＭＰにより第２層多結晶シリコン膜の平坦化を行う。そして、第２層多結晶シリコン膜をパターニングして第２の電極を形成し、単層電極構造の電荷転送電極を製造している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の製造方法では、第１層多結晶シリコン膜の上方に形成したレジストを露光する際、その露光による光がレジストよりも下層の各膜やシリコン基板に入射し、この光が各膜やシリコン基板で反射するという現象が起こる。この現象が起こると、シリコン基板上方から来る光と、シリコン基板側から来る反射光とによって、レジストがオーバー露光されてしまい、所望のレジストパターンが得られなくなる。特に、近年は、露光波長が低波長化してきているため、定在波やハレーションの影響が大きく、レジストパターンのパターン精度の向上が難しい。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高精度にパターニングされた電荷転送電極を得ることが可能な固体撮像素子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】
【００１０】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記電荷転送電極の形成工程は、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１の電極を構成する第１導電性膜を形成する工程と、前記第１導電性膜の上層にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンに基づいて前記第１導電性膜をパターニングして前記第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極の少なくとも側壁に絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極及び前記絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に前記第２導電性膜を形成する工程と、前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上方の前記第２導電性膜を除去する工程と、前記マスクパターンを形成する工程に先立ち、前記第１導電性膜と前記マスクパターンの間に、前記マスクパターン形成時の露光による前記マスクパターン下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能と前記第２導電性膜を除去する際のストッパとしての機能を併せ持つ反射防止兼ストッパ膜を形成する工程とを含む。
【００１１】
この方法によれば、マスクパターンを形成する際の露光時に、そのマスクパターン下層からの光の反射が防止されるため、オーバー露光が起こることなく、マスクパターンのパターン精度を向上させることができる。したがって、第１の電極形成時のハレーション等を抑制し、高精度にパターニングされた電荷転送電極を得ることができる。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記反射防止兼ストッパ膜がハイドロ酸化窒化膜である。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記ハイドロ酸化窒化膜の特性及び膜厚が前記露光時の露光波長及び露光対象材料に応じて決定される。
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、前記電荷転送電極は、絶縁膜を介して隣接する第１導電性膜からなる第１の電極と第２導電性膜からなる第２の電極とから構成され、前記第１の電極の上方には、その上方に形成された前記第２導電性膜を除去する際のストッパとしての機能と、前記第１の電極形成のために用いるマスクパターンを形成する際の露光による前記マスクパターン下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能とを併せ持つ反射防止兼ストッパ膜が形成される。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、前記反射防止兼ストッパ膜がハイドロ酸化窒化膜である。
【００１６】
本発明の固体撮像素子は、前記ハイドロ酸化窒化膜の特性及び膜厚が前記露光時の露光波長及び露光対象材料に応じて決定されたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高精度にパターニングされた電荷転送電極を得ることが可能な固体撮像素子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】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。
図１，２に示す固体撮像素子は、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が多数形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。
【００１９】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された単層電極構造の電荷転送電極３（第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。
【００２０】
図２に示すように、シリコン基板１の表面部にはｐウェル層９が形成され、ｐウェル層９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００２１】
ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層９には電荷読み出し領域３４が形成される。
【００２２】
シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は絶縁膜５ｂによって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。
【００２３】
電荷転送電極３の周囲には酸化シリコン膜６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。
【００２４】
本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。
【００２５】
次に上述した固体撮像素子の製造工程のうち、電荷転送電極の形成工程について図３及び図４を参照して詳細に説明する。電荷転送電極の形成工程以外の製造工程は従来の固体撮像素子と同様である。
【００２６】
まず、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、膜厚２５ｎｍの酸化シリコン膜と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜と、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜を順に積層した３層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００２７】
次に、このゲート酸化膜２上に、第１の電極３ａを構成する第１導電性膜３ａを形成する。例えば、減圧ＣＶＤ法により、第１導電性膜３ａとして膜厚３００ｎｍのＩｎ−Ｓｉｔｕドープトアモルファスシリコン膜（リン濃度は５．０×１０２０ａｔｍｃｍ−３）を形成する。第１導電性膜３ａとしてはリンドープのドープトポリシリコン膜を用いることもできる。
【００２８】
次に、第１導電性膜３ａの上に、減圧ＣＶＤ法により膜厚１０〜１００ｎｍの酸化シリコン膜５ａを形成する。酸化シリコン膜５ａは、後述するＣＭＰ研磨時のストッパとして機能する。
【００２９】
次に、酸化シリコン膜５ａの上に、ハイドロ酸化窒化膜であるシリコンハイドロオキシナイトライド膜７（特許請求の範囲の反射防止兼ストッパ膜に該当）を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ装置をＳｉＮ４＝０．２〜０．３ＳＬＭ，Ｎ２＝５．０〜１０．０ＳＬＭ，Ｎ２Ｏ＝０．１〜０．５ＳＭＬのガス雰囲気中、２．０〜３．０Ｔｏｒｒ，ＲＦパワー＝０．２〜０．５ＫＷに設定し、プラズマＣＶＤ法によりシリコンハイドロオキシナイトライド膜７を２０〜１００ｎｍ形成する（図３（ａ））。
【００３０】
シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は、後述するレジストパターン形成時の露光波長及び露光対象材料であるレジスト材料に応じて、その屈折率、光吸収係数、及び膜厚を決定しておく必要がある。例えば、露光波長が３６５ｎｍのときは、屈折率＝２．１５、吸収係数＝０．２０、膜厚＝３０〜６０ｎｍとすることが望ましく、露光波長が２４８ｎｍのときは、屈折率＝１．９０、吸収係数＝０．４５、膜厚＝２５〜６００ｎｍとすることが望ましい。屈折率や光吸収係数等の特性は、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７内のシリコンの含有量を調整することで、制御することができる。このようにすることで、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は、所定の波長の光の位相を反転する特性を持つようになる。このため、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は、その上方から入射してきた光と、ここを通過して位相が反転した光がシリコンハイドロオキシナイトライド膜７の下層で反射して、その下層から入射してきた光とが打ち消すように作用し、結果的に、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７に入射した光のシリコンハイドロオキシナイトライド膜７よりも下層からの反射が防止される。
【００３１】
次に、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７の上層にレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いてこのレジストを露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンＲ（特許請求の範囲のマスクパターンに該当）を形成する（図３（ｂ））。レジスト露光時、マスクを通過して来た光は、レジストパターンＲの下層にあるシリコンハイドロオキシナイトライド膜７に入射するが、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は露光波長の光の位相を反転する特性を持つため、ここを通過してレジストパターンＲの下層にある各膜（酸化シリコン膜５ａ、第１導電性膜３ａ、ゲート酸化膜２等）やシリコン基板１から反射した光は、ここで打ち消される。このため、レジストパターンＲの下層にある各膜やシリコン基板１からの反射光がレジストを露光してしまう現象を防ぐことができ、高精度のレジストパターンＲを形成することができる。
【００３２】
次に、レジストパターンＲをマスクとして、酸化シリコン膜５ａ、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７、及び第１導電性膜３ａをエッチングし、アッシングによりレジストパターンＲを剥離除去して、第１の電極３ａを形成する（図３（ｃ））。尚、レジストパターンＲをマスクとして、酸化シリコン膜５ａ及びシリコンハイドロオキシナイトライド膜７をエッチングし、その後、酸化シリコン膜５ａ及びシリコンハイドロオキシナイトライド膜７をマスクとして第１導電性膜３ａをエッチングして第１の電極３ａを形成しても良い。
【００３３】
次に、第１の電極３ａの表面を熱酸化して、その表面に膜厚５０〜２００ｎｍの酸化シリコン膜からなる絶縁膜５ｂ（特許請求の範囲の絶縁膜に該当）を形成する（図３（ｄ））。尚、絶縁膜５ｂは、減圧ＣＶＤ法によって形成しても良い。絶縁膜５ｂは、第１の電極３ａと第２の電極３ｂとの絶縁を保持するための電極間絶縁膜である。
【００３４】
次に、ゲート酸化膜２及び絶縁膜５ｂの上に、第２の電極３ｂを構成する第２導電性膜３ｂを形成する（図４（ｅ））。例えば、減圧ＣＶＤ法により、第２導電性膜３ｂとして膜厚６００〜１０００ｎｍのＩｎ−Ｓｉｔｕドープトアモルファスシリコン膜（リン濃度は５．０×１０２０ａｔｍｃｍ−３）を形成する。第２導電性膜３ｂとしてはリンドープのドープトポリシリコン膜を用いることもできる。このとき第２導電性膜３ｂの膜厚は、第１の電極３ａの膜厚と、その上層の酸化シリコン膜５ａ、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７、及び絶縁膜５ｂの膜厚との合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。これにより完全な平坦化が可能となる。
【００３５】
次に、第１の電極３ａの上方にある第２導電性膜３ｂを除去して（図４（ｆ））単層電極構造を形成する。例えば、ＣＭＰ法により、コロイダルシリカ系スラリを用い、第２導電性膜３ｂの研磨を行う。このとき、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は、ストッパとして機能するため、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７が露出した時点又はシリコンハイドロオキシナイトライド膜７が多少削られた時点で研磨が停止される。又、ＣＭＰ法に限らず、エッチバック処理を行って第２導電性膜３ｂの除去を行っても良い。
【００３６】
次に、シリカ粒子及びシリカ分散剤除去を目的とし、アンモニア過水及び希釈フッ化水素若しくはフッ酸過水雰囲気中のブラシスクラビング処理を行い、粒子及び汚染の除去を行う。更に、ＣＭＰ処理によって形成される微笑窪み及び研磨変質層除去を目的とし、コリン過水洗浄を行い、研磨最表面を数ｎｍエッチング除去することが望ましい。
【００３７】
次に、レジストを塗布後、所望のマスクを用いて該レジストを露光し、現像、水洗を行ってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第２導電性膜３ｂのエッチングを行い、レジストパターンを剥離除去して第２の電極３ｂを形成する（図４（ｇ））。
【００３８】
次に、第２の電極３ｂの表面を熱酸化して、その表面に膜厚５０〜２００ｎｍの酸化シリコン膜からなる絶縁膜６を形成する。
【００３９】
次に、ＣＦ４＋Ｏ２ラジカルエッチング雰囲気に曝し、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７を除去する。尚、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７は除去しなくても構わない。
【００４０】
このようにして、第１の電極３ａと第２の電極３ｂを形成し、表面の平坦な単層電極構造の電荷転送電極が形成される。
【００４１】
以上のように、本実施形態の製造方法は、従来、ＣＭＰ研磨やエッチバック処理でストッパとして用いていたシリコン窒化膜をハイドロ酸化窒化膜に変えたことを特徴としている。ハイドロ酸化窒化膜は、ＣＭＰ研磨やエッチバック処理におけるストッパとしての機能に加え、第１の電極３ａ形成のために用いるレジストパターンＲを形成する際の露光によるマスクパターンＲ下層からの光の反射を防ぐ反射防止機能を持たせることができる。このため、シリコンハイドロオキシナイトライド膜７を第１導電性膜３ａの上層に形成してから、レジストパターンを形成し、第１導電性膜３ａのパターニングを行うことで、第１の電極３ａのパターニング精度を向上させることができると共に、ＣＭＰ研磨やエッチバック処理を良好に行うことができる。
【００４２】
尚、本実施形態の固体撮像素子の電荷転送電極は単層電極構造であるため、図３（ｄ）の工程で第１の電極３ａの表面全てに絶縁膜５ｂを形成する必要はなく、第１の電極３ａの側壁にのみ絶縁膜５ｂを形成すれば十分である。
【００４３】
又、本実施形態では、奇数行に配列された光電変換部と偶数行に配列された光電変換部とが、各行の光電変換部配列ピッチの略１／２行方向にずれたいわゆるハニカム構造の固体撮像素子を例示したが、本実施形態の製造方法は、光電変換部が正方格子状に配列された固体撮像素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面模式図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の製造工程を説明する図
【図４】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の製造工程を説明する図
【符号の説明】
【００４５】
１  ｎ型シリコン基板
２  ゲート酸化膜
３ａ  第１導電性膜
３ｂ  第２導電性膜
５ａ，５ｂ  絶縁膜
７  シリコンハイドロオキシナイトライド
【図１】
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【図２】
2006229141.tif 000004
【図３】
2006229141.tif 000005
【図４】
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