(57)【要約】【課題】  本発明は、フォトセンサ部に入射する入射光のうち遮光膜下の層間絶縁層を反射して垂直電荷転送部に漏れ込む光を抑制してスミア成分を低減するようにした固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】  本発明の固体撮像素子１は、光電変換を行う受光部３と、電荷読み出し部４と、垂直電荷転送部５と、前記垂直電荷転送部５の転送電極１７を覆う遮光膜１９とを備え、前記遮光膜１９の直下の界面にイオン注入による凹凸面３１が形成されることを特徴とする。【選択図】        図２
2006054373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜とを備え、
前記遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面が形成される
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記凹凸面が、前記遮光膜の受光部上に位置する端面の直下に形成される。
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
遮光膜がスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成され、
前記スパッタ・タングステン膜の成膜直後のイオン注入で形成された前記凹凸面を有する
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆った遮光膜を備え、
前記遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域が形成される
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
前記遮光膜の前記受光部上に位置する端面の直下に特定波長光を吸収する前記イオン注入領域が形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記イオン種がシリコンであり、前記イオン注入領域がシリコンリッチ層である
ことを特徴とする請求項４または５記載の固体撮像素子。
【請求項７】
遮光膜がスパッタ・タングステン膜とＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成され、  前記スパッタ・タングステン膜の成膜直後のイオン注入で形成された前記イオン注入領域を有する。
ことを特徴とする請求項４または５記載の固体撮像素子。
【請求項８】
光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面を形成する工程を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記凹凸面を、前記遮光膜の前記受光部上に位置する端面の直下に形成する
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記遮光膜をスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成し、
前記凹凸面を前記スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入により形成する
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜を形成する工程と、
不純物をイオン注入して前記遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域を形成する工程を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記遮光膜の前記受光部上に位置する端面の直下に特定波長光を吸収する前記イオン注入領域を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
イオン種にシリコンを用い、シリコンリッチ層で前記イオン注入領域を形成する
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記遮光膜をスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成し、
前記イオン注入領域を前記スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入により形成する
ことを特徴とする請求項１１または１２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、スミアを低減する固体撮像素子、特に斜め入射光が半導体基板と遮光膜及び読み出しゲート電極との間で多重反射して垂直転送レジスタへ漏れ込んで発生したスミアを低減する固体撮像素子及びその固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５にＣＣＤ型固体撮像素子の概略構成を示す。ＣＣＤ型固体撮像素子では、図５に示すように、画素となる受光部、すなわちフォトセンサ部１０３とフォトセンサ部１０３からの信号電荷を読み出すための読み出し部（いわゆる読み出しゲート部）１０４と、この読み出し部１０４によって読み出された信号電荷を転送するＣＣＤ構成による垂直電荷転送部（いわゆる垂直転送レジスタ部）１０５と、この垂直電荷転送部１０５（いわゆる電荷転送レジスタ）によって転送された電荷を、水平ライン毎に、出力回路１１０に順次転送する水平電荷転送部（いわゆる水平転送レジスタ部）１０６と、フォトセンサ部１０３を分離する素子分離部１０７とを有している。
通常のＨＡＤ（Ｈｏｌｅ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）構造フォトセンサ部１０３を有するＣＣＤ固体撮像素子は、図６に示すように、例えば、Ｓｉよりなる半導体基板１２０が、ｎ型サブストレイト１１１上に、第１のｐ型ウェル領域１１２が形成された構成を有し、この第１のｐ型ウェル領域１１２上にｎ型低不純物濃度領域１１３が形成され、さらに、表面に電荷蓄積領域（いわゆるｐ＋アキュミュレーション領域）１１５が形成されたフォトダイオード１１４がマトリックス状に配列され、それぞれフォトセンサ部１０３の各画素が形成される。
また、第２のｐ型ウェル領域１２３が共通の垂直ライン上に配列されたフォトセンサ部１０３、すなわちフォトダイオード１１４と所要の距離を隔てて形成され、この第２のｐ型ウェル領域１２３上に、ｎ型の電荷転送領域（いわゆる転送チャンネル領域）１２４が形成されて垂直電荷転送部１０５が構成される。
この垂直電荷転送部１０５と、対応するフォトダイオード１１４との間に、ｐ型の信号電荷の読み出し領域１２２が形成されて、読み出し部１０４が構成される。隣り合う、異なる垂直転送部間には、ｐ型の素子分離領域１２５による素子分離部１０７が形成される。１つのフォトセンサ部１０３と読み出し部１０４と垂直電荷転送部１０５と素子分離部１０７によって、単位画素セル１０２が構成される。
【０００３】
半導体基板１２０の表面には、光透過性を有する、例えばＳｉＯ２よりなる絶縁膜１１６が被着形成され、この上に電荷転送領域１２４と読み出し領域１２２上に差し渡って耐熱性を有する多結晶シリコンによる垂直転送電極１１７が被着形成される。
さらに、この垂直転送電極１１７上を含んで全面的にＳｉＯ２等の層間絶縁膜１１８を介して遮光膜１１９が形成される。
そして、この遮光膜１１９のフォトセンサ部１０３上に開口１３４が形成されて、これら開口１３４を通じてフォトセンサ部１０３で受光を行い、この受光量に応じた信号電荷がフォトダイオード１１４によって発生する。
【０００４】
このＣＣＤ固体撮像素子では、各フォトセンサ部１０３で光電変換され蓄積された信号電荷が読み出し部１０４を通じて各対応する垂直電荷転送部１０５に読み出され、垂直電荷転送部１０５内を転送して水平ライン毎に水平電荷転送部１０６に転送され、さらに水平電荷転送部１０６内を一方向に転送して、出力回路１１０を通じて電圧変換されて出力される。
【０００５】
このようなＣＣＤ固体撮像素子では、一般的なスミアの主成分が図６で示す４つの入射光ａ，ｂ，ｃ，ｄに起因して発生している。
（１）斜め入射光ａが、半導体基板１２０と遮光膜１１９及び垂直転送電極１１７と一体の読み出しゲート電極との間で多重反射し、垂直電荷転送部１０５へ漏れ込んで垂直電荷転送部１０５内で電子が発生してスミアを発生する。
（２）斜め入射光ｂによって、半導体基板１２０深部で光電変換により発生した電子−正孔の内、電子が垂直電荷転送部１０５へ漏れ込んでスミアを発生する。
（３）入射光ｃにより、フォトダイオード１１４のシリコン表面である電荷蓄積領域１１５で発生した電子が横方向に拡散し、読み出し領域１２２または素子分離領域（いわゆるチャネルトップ）１２５を通過し、垂直電荷転送部１０５へ漏れ込んでスミアを発生する。
（４）入射光ｄのように、遮光膜１１９、垂直転送電極１１７を直接透過した成分が垂直電荷転送部１０５内で電子を発生してスミアを発生する。
【０００６】
ここで、上述のスミア発生原因のうち、（１）の斜め入射光ａを低減する方法について、タングステンからなる遮光膜の下に多結晶シリコン層をＣＶＤ法で形成し、場合によってはＡｓをイオン注入した後、熱処理をして再結晶化することにより低反射膜を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、遮光膜下の層間絶縁膜の膜厚を薄くして  半導体基板と遮光膜間に光を入射し難くしてスミア改善を図る方法もある。
さらに、アッシングにより遮光膜の張出し部下の層間絶縁膜の面を粗して（即ち凹凸面として（スミアを改善する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１２９８５８号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した、斜め入射光ａによる遮光膜下のスミア成分を低減するためには、前述のような低反射膜を形成してスミアを低減する方法があるが、遮光膜下の膜厚が厚くなってしまい必ずしも好ましくない。すなわち、タングステン遮光膜の下に窒化タングステン（ＷＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等の低反射膜を用いる場合では、十分な効果が得られなかった。また、層間絶縁膜を薄くしてスミアを改善する方法は、電気的な耐圧が持たない問題があった。
さらに、アッシングにより遮光膜の張出し部下の界面に凹凸面を形成する方法では、アッシング処理で絶縁膜面の粗さを均一に制御することが難く、且つ絶縁膜について著しい膜減りを生じる虞もあった。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、フォトセンサ部に入射する入射光のうち遮光膜下の層間絶縁層を反射して垂直電荷転送部に漏れ込む光を抑制してスミア成分を低減するようにした固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の固体撮像素子は、光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜とを備え、前記遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面が形成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆った遮光膜を備え、前記遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域が形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換を行う受光部と、電荷読み出し部と、垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の転送電極を覆う遮光膜を形成する工程と、不純物をイオン注入して前記遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像素子では，上記スミア成分のうち、斜め入射光ａを改善するもので，そのために遮光膜下にイオン注入を行い，遮光膜下面の粗さを増加させることにより、斜め入射光ａの反射成分を抑制するものである。すなわち、遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面（粗面）が形成されるので、半導体基板と遮光膜との間に入射した光が、この界面の凹凸面で乱反射して、多重反射による光の転送レジスタへの漏れ込みが抑制される。また、イオン注入による凹凸面は、均一で形成できる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子では，上記スミア成分のうち、斜め入射光ａを改善するもので，そのために遮光膜下にイオン注入を行い，遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域を形成することにより、斜め入射光ａの反射成分を抑制するものである。すなわち、遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域が形成されるので、半導体基板と遮光膜との間に入射した光が、このイオン注入領域で吸収され、多重反射による光の転送レジスタへの漏れ込みが抑制される。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、遮光膜下にイオン注入によって凹凸面を形成するので、制御良く所望の位置、深さ及び幅の凹凸面を形成することができる。すなわち、凹凸面をイオン注入により形成するので、凹凸面の粗さの制御範囲を広くできる。また、凹凸面の粗さのバラツキも少なくでき、凹凸面を均一に形成できる。また、深さ方向の粗さ制御もイオン注入の打ち込みエネルギーを変えることで可能になる。さらに遮光膜下の層間絶縁膜の膜減りも少ない。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、遮光膜下にイオン注入によって光吸収層となるイオン注入領域を形成するので、制御良く所望の位置、深さ及び幅の光吸収層を形成することができる。すなわち、遮光膜の直下に不純物をイオン注入することにより、遮光膜の直下の層間絶縁膜の一部を変質させて、光吸収層となるイオン注入領域を形成することができる。イオン注入の打ち込みエネルギーを制御することにより、光吸収層となるイオン注入領域の深さ方向の位置を制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像素子によれば、遮光膜の直下の界面にイオン注入による凹凸面が形成され、凹凸面での乱反射で斜め入射光ａの反射成分が抑制されるので、斜め入射光ａによるスミア成分を抑制することができ、固体撮像素子のスミア特性を改善することができる。
特に、少なくとも凹凸面を遮光膜の受光部上に位置する端面の直下に形成することにより、半導体基板と遮光膜及び読み出しゲート電極との間に侵入した斜め入射光ａによる反射成分を確実に抑制し、スミア特性の改善を図ることができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子によれば、遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域が形成され、イオン注入領域での光吸収で斜め入射光ａの反射成分が抑制されるので、斜め入射光ａによるスミア成分を抑制することができ、固体撮像素子のスミア特性を改善することができる。
特に、少なくともイオン注入領域を遮光膜の受光部上に位置する端面の直下に、特定波長光を吸収するイオン注入領域を形成することにより、半導体基板と遮光膜及び読み出しゲート電極との間に侵入した特定波長光の斜め入射光ａによる反射成分を確実に抑制し、スミア特性の改善を図ることができる。
イオン種をシリコンとして、イオン注入領域をシリコンリッチ層とすることにより、特に短波長側のスミア成分の低減を図ることができる。
【００１９】
上述の固体撮像素子において、遮光膜がスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成するときは、スパッタ・タングステン膜で密着性が得られ、ＣＶＤ・タングステン膜で遮光性を確保することができる。そして、スパッタ・タングステン膜の成膜直後のイオン注入で形成された凹凸面を有するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜と層間絶縁膜との界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、この界面に凹凸面を有せしめることができる。また、スパッタ・タングステン膜の成膜直後のイオン注入で形成されたイオン注入領域を有するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜の直下の所要深さ、好ましくは界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、所望深さ位置にイオン注入領域を有せしめることができる。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、遮光膜の直下の界面にイオン注入によって凹凸面を形成することにより、この凹凸面で斜め入射光ａを乱反射させて転送レジスタへ漏れ込む光を抑制することができ、スミア成分を低減した固体撮像素子を製造することができる。イオン注入であるので、不純物イオンの深さ方向のピーク位置Ｒｐの制御が容易にでき、且つ凹凸面の粗さの制御範囲が広く、凹凸面の粗さのバラツキも小さく、遮光膜下の層間絶縁膜の膜減りも少なくできるので、精度よく目的の凹凸面を遮光膜の直下の界面に形成することができる。
特に、凹凸面を遮光膜の受光上に位置する端面の直下に形成することにより、半導体基板と遮光膜及び読み出しゲート電極との間に侵入した斜め入射光ａによる反射成分を確実に抑制でき、スミア特性の良い固体撮像素子を製造することができる。
【００２１】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、不純物をイオン注入して遮光膜の直下に光吸収層となるイオン注入領域を形成することにより、このイオン注入領域で斜め入射光ａを吸収させて転送レジスタへ漏れ込む光を抑制することができ、スミア成分を低減した固体撮像素子を製造することができる。
特に、遮光膜の受光上に位置する端面の直下に特定波長光を吸収するイオン注入領域を形成することにより、半導体基板と遮光膜及び読み出しゲート電極との間に侵入した特定波長光の斜め入射光ａによる反射成分を確実に抑制でき、スミア特性の良い固体撮像素子を製造することができる。
イオン種にシリコンを用い、シリコンリッチ層でイオン注入領域を形成することにより、特に短波長側のスミア成分を低減できる固体撮像素子を製造することができる。
【００２２】
上述の固体撮像素子の製造方法において、遮光膜をスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成するときは、スパッタ・タングステン膜で層間絶縁膜と良密着性を得、ＣＶＤ・タングステン膜で遮光性を確保でき、密着性且つ遮光性の良い遮光膜を形成することができる。そして、スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入により凹凸面を形成するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜と層間絶縁膜との界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、この界面に凹凸面を形成することができる。また、スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入によりイオン注入領域を形成するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜の直下の所要深さ、好ましくは界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、所望深さ位置にイオン注入領域を形成することができる。
【００２３】
上述の固体撮像素子の製造方法において、イオン注入では、注入するイオン種によって絶縁膜の膜質を変えることができ、上述のように凹凸面を粗す制御や光吸収層となるイオン注入領域の深さ制御も打ち込みエネルギーを変えることで可能である。イオン注入は、遮光膜形成後でも前でも可能であり、製造プロセスの自由度がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態を示す概略構成図である。なお、図１は光電変換を行う受光部と電荷読み出し部と垂直転送レジスタの部分を含む要部の断面構造を示す。
本発明に係る固体撮像素子１は、エピタキシャル半導体基板２０のエピタキシャル層１１に第１のウェル領域１２を形成し、この第１のウェル領域１２内に、不純物拡散領域２と垂直電荷転送部５を構成する電荷転送領域２４、及び素子分離領域２５が形成され、不純物拡散領域２上に電荷蓄積領域（いわゆるｐ＋＋アキュミュレーション領域）１５と、電荷転送領域２４の直下に第２のウェル領域２３が形成される。不純物拡散領域２と第１のウェル領域１２とのｐｎ接合によるフォトダイオード１４によって受光部となるフォトセンサ部（光電変換部）３が構成される。電荷転送領域２４、素子分離領域２５及び読み出し部４上にゲート絶縁膜１６を介して第１及び第２の多結晶シリコンからなる複数の転送電極１７が形成されている。さらに、層間絶縁膜１８を介して各垂直電荷転送部５上を覆うように、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）からなる遮光膜１９が形成される。
特に、本発明に係る固体撮像素子は、遮光膜１９のうち、張り出し部１９ａ及び端部１９ｂの直下に例えば、Ａｒ、Ｂ、Ｐ、Ｃ、シリコン等のイオン種をイオン注入することにより、遮光膜の下面にイオン注入領域３０を設ける。このイオン注入領域３０については、図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、図１の遮光膜及びその直下の要部を示し、本発明に係るＣＣＤ固体撮像素子の実施の形態の各例を示す断面図である。
図２Ａに示すイオン注入領域３０は、遮光膜１９のうち、フォトセンサ部３に張り出す張り出し部１９ａと端部１９ｂの下面、すなわち、端部１９ｂと層間絶縁膜１８との界面に、例えばＡｒ、Ｂ、Ｐ、Ｃ等をイオン注入することで粗さが増加した凹凸面３１を有して形成する。
図２Ｂに示すイオン注入領域３０は、遮光膜１９のうち、フォトセンサ部に張り出す張り出し部１９ａと端部１９ｂの直下の層間絶縁膜１８に、例えばシリコンをイオン種としてイオン注入することにより薄いシリコンリッチ層３２からなる光吸収層を形成する。
図２Ｃに示すイオン注入領域３０は、遮光膜１９の張り出し部１９ａを省略し、遮光膜１９のフォトセンサ部内に位置する端部１９ｂの下面、すなわち端部１９ｂと層間絶縁膜１８との界面に、例えばＡｒ、Ｂ、Ｐ、Ｃ等をイオン注入することで粗さが増加した凹凸面３１を有して形成する。
図２Ｄに示すイオン注入領域３０は、遮光膜１９の張り出し部１９ａを省略し、遮光膜１９のフォトセンサ部内に位置する端部１９ｂの直下の層間絶縁膜１８に、例えばシリコンをイオン注入することにより薄いシリコンリッチ層３２からなる光吸収層を形成する。
【００２７】
シリコンリッチ層３２としては、層間絶縁膜１８を例えばシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜として、シリコンをイオン注入して形成することができる。また、このときのシリコンのドーズ量としては、例えば１×１０１４ｃｍ−２以上とすることができる。シリコンリッチ層３２は、短波長の光を吸収する。その他、イオン注入する不純物を選択することにより、特定波長光、例えば可視光を吸収する光吸収層を形成することができる。この可視光を吸収する場合の不純物としては、ＳｉＯ２中の場合、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｎｄ等が知られており、これら不純物単体で用いても良いし、複数種を混合して用いても良い。
【００２８】
本実施の形態の図２Ａ、図２Ｃに係る固体撮像素子によれば、遮光膜１９の張り出し部１９ａや端部１９ｂの直下の界面に、例えばＡｒ、Ｂ、Ｐ、Ｃ等のイオン種をイオン注入し、その界面に粗さ（凹凸）を増加した凹凸面３１を有するイオン注入領域を形成することで、界面での光の散乱効果を増加させることができる。したがって、スミア成分となる入射光ａ（図７参照）が入射したときに、凹凸面３１による散乱効果で半導体基板２０と遮光膜１９の張り出し部１９ａや端部１９ｂとの間での入射光ａの反射成分が抑制される。これによって、垂直電荷転送部５に漏れ込む光が抑制されスミアを低減することができる。また、イオン注入による凹凸面３１であるので、層間絶縁膜１８の膜減りすることなく、凹凸面３１の粗さを均一にすることができる。また、粗さの制御範囲が広く、所望の凹凸面３１の形成を可能にする。
【００２９】
本実施の形態の図２Ｂ、図２Ｄに係る固体撮像素子によれば、遮光膜１９の張り出し部１９ａや端部１９ｂの直下に、例えばシリコンをイオン注入することにより薄いシリコンリッチ層３２を形成することで、スミア成分となる入射光ａ（図７参照）が入射したとき、このシリコンリッチ層３２で光吸収される。これによって、半導体基板２０及び遮光膜１９の張り出し部１９ａや端部１９ｂ間での入射光ａの反射成分が抑制され、垂直電荷転送部３２に漏れ込む光が抑制されて、スミアを低減することができる。このシリコンリッチ層での光吸収により、特に短波長側、例えば青色波長のスミア成分の斜め入射光ａの低減を図れる。さらに、遮光膜１９下の層間絶縁膜１８の膜厚増加なしにスミアを改善することができる。
【００３０】
次に、図３及び図４を用いて、図１に示すＣＣＤ固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を説明する。
【００３１】
先ず、図３Ａに示すように、第１導電型、例えばｎ型のＣＺシリコン基板１０を用意する。このシリコン基板１０は、例えば主面（１００）面、比抵抗１０Ωcm、直径２００ｍｍの基板であり、表面には熱酸化膜（図示せず）を介して，炭素が1×１０１５ｃｍ−２程度、イオン注入されている。このイオン注入後、アニールを施し、熱酸化膜を除去する。次に、基板１０の一主面に、第１導電型であるｎ型シリコンエピタキシャル層１１を成長させて半導体基板５０を形成する。本例では、ＳｉＨＣｌ３ソースガスによる水素還元法を用いて、エピタキシャル成長温度１１１０℃で、ｎ型シリコンエピタキシャル層１１を６μm成長させて，半導体基板５０を形成する。
【００３２】
エピタキシャル層１１の直下に炭素を注入しているのは、ダーク電流や白傷欠陥を低減するためで、いわゆるゲッタリング技術である。一般的にゲッタリング技術としては、シリコン基板中の酸素を基板内部のみに析出させ、これをゲッターシンクとするＩＧ（Intrinsic Gettering）法、基板裏面にポリシリコンや高濃度リン(Phos)領域等を形成し、シリコンとの歪み応力を利用してゲッターシンクを形成するＥＧ（Extrinsic Gettering）法等がある。しかし、炭素イオンを５×１０１３ｃｍ−２以上注入し、ゲッターシンクとするＩＧ法が固体撮像素子のダーク電流や白傷欠陥を低減するには最適である。
【００３３】
次に、図３Ｂに示すように、ｎ型シリコンエピタキシャル層１１に、第２導電型、例えばｐ型の第１の半導体ウェル領域（以下、ｐウエル領域という）１２を形成する。
【００３４】
次に、図３Ｃに示すように、第１のｐウェル領域１２の表面上にゲート絶縁膜１６を形成する。第１のｐウェル領域１２内に、ｎ型及びｐ型不純物を選択的にイオン注入して、垂直電荷転送部５を構成するｎ型電荷転送領域２４、ｐ型の素子分離領域２５、第２のｐウェル領域２３をそれぞれ形成する。
【００３５】
次に、図３Ｄに示すように、垂直転送電極１７をゲート絶縁膜１６を介して全面に形成し、フォトレジストを用いて選択的に垂直転送電極１７をエッチングで除去する。
【００３６】
次に、図４Ａに示すように、受光部となるフォトダイオード部にｎ型不純物拡散領域２を選択的に形成すると共に、その表面側に垂直転送電極１７をマスクにして、例えばボロンを含むイオンを注入し正電荷蓄積領域（ｐ＋＋アキュミュレーション領域）１５を形成する。
【００３７】
次に、図４Ｂに示すように，層間絶縁膜１８を介して遮光膜１９、例えばタングステン（Ｗ）を全面に形成する。タングステン遮光膜を用いる場合は、密着性の向上と光透過性の両立から、スパッタによって堆積させたタングステン（以下、スパッタ・Ｗと省略する）と、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）によって堆積させたタングステン（以下、ＣＶＤ・Ｗと省略する）との２層構造とする。このスパッタ・Ｗの形成直後にスパッタＷと層間絶縁膜１８の界面にピーク位置Rpが来るようにイオン注入を行い、イオン注入領域３０、この場合は光吸収層となるシリコンリッチ層を形成する。その後にＣＶＤ・Wを形成するのが望ましい。本例では、スパッタＷ：６０ｎｍ形成後に、シリコンのイオン注入をレジストマスクを用いて行い、イオン注入領域３０を形成した後、レジスト剥離し、次いでＣＶＤ・Ｗ膜を１４０ｎｍ形成する。
【００３８】
次に，図４Ｃに示すように、光受光部となるフォトセンサ部３を開口するために、遮光膜１９をフォトレジスト（図示せず）を用いて選択的にエッチングで除去することで、遮光部の張り出し部１９ａ、遮光部の端部１９ｂ下にイオン注入領域３０、すなわちシリコンリッチ層からなる光吸収層を有する目的のＣＣＤ固体撮像素子を得る。
【００３９】
図３及び図４の実施の形態では、遮光膜１９の張り出し部１９ａ及び端部１９ｂの直下に光吸収層となるイオン注入領域３０を形成したＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明したが、その他、遮光膜１９の張り出し部１９ａ及び端部１９ｂの直下の界面に凹凸面３１を有するイオン注入領域３０を形成したＣＤ固体撮像素子についても、同様の製造方法で製造することができる。但し、この場合には、凹凸面３１を形成するために、イオン種として、例えばＡｒ，Ｂ，Ｐ，Ｃ等を用いてイオン注入領域３０を形成するようになす。
【００４０】
ここで、上述のイオン種のイオン注入条件について詳細に説明する。
例えば、以下のイオン注入条件で、遮光部下に所望のイオン注入領域３０を形成できる。
イオン注入は、
（１）スパッタ・Ｗの前
（２）スパッタ・Ｗ（６０ｎｍ）後
（３）ＣＶＤ・Ｗ（１４０ｎｍ）後
のいずれかで行うかは、イオン注入種のＲｐを遮光膜１９と層間絶縁膜１８の界面近傍に形成できる条件で決まる。
Ｒｐが遮光膜下の絶縁膜（膜厚が例えば３０−１００ｎｍ）の膜厚に対して小さければ、（１）のスパッタ・Ｗの前にイオン注入すれば、可能である。また、膜厚に対して大きいときは、（２）のスパッタ・Ｗ（６０ｎｍ）後、もしくは（３）のＣＶＤ・Ｗ（１４０ｎｍ）後、可能である。
また、タングステンを介しての注入は、タングステンのノックオンの影響も考慮してイン注入条件を決める必要がある。例えば、具体的なイオン注入条件は以下が考えられる。
（ａ）スパッタ・Ｗの前にＲｐを絶縁膜の表面からの深さが５０ｎｍ以下にする条件として、例えばＡｒを、１０ＫｅＶ、１×１０１２ｃｍ−２でイオン注入して、Ｒｐを０．０１μｍ程度とする。
（ｂ）スパッタ・Ｗの後にＲｐをスパッタ・Ｗ膜の表面からの深さが１００ｎｍ以下にする条件として、例えばＣ、３０ＫｅＶ、１×１０１２ｃｍ−２でイオン注入して、Ｒｐを０．０９μｍ程度とする。
（ｃ）ＣＶＤ・Ｗの後にＲｐをＣＶＤ・Ｗ膜の表面からの深さが２００ｎｍ以下にする条件として、例えばＳｉ、１５ＫｅＶ、１×１０１２ｃｍ−２でイオン注入して、Ｒｐを０．２μｍ程度とする。
【００４１】
本例のゲート絶縁膜１６は、ＳｉＯ２／ＳｉＮ／ＳｉＯ２（ＯＮＯ膜）構造となっているが、受光部３の下部のみは付け直してＳｉＯ２膜となっている。ゲート絶縁膜１６は、この構造に限定するもではなく、例えば、受光部３のＳｉＯ２膜上の一部あるいは全面に反射防止膜としてＳｉＮ膜を形成する場合にも有効である。
【００４２】
本実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法によれば、遮光膜１９の直下に光吸収層となるイオン注入領域３０、あるいは遮光膜１９の直下の界面に凹凸面３１を有するイオン注入領域３０を形成することにより、入射光ａに起因したスミアを低減することができる固体撮像素子を精度よく製造することができる。
凹凸面３１を形成する場合には、イオン注入であるので、不純物イオンの深さ方向のピーク位置Ｒｐの制御が容易にでき、且つ凹凸面３１の粗さの制御範囲が広く、凹凸面３１の粗さのバラツキも小さく、遮光膜１９下の層間絶縁膜１８の膜減りも少なくできるので、精度よく目的の凹凸面を遮光膜１９の直下の界面に形成することができる。
イオン種にシリコンを用い、シリコンリッチ層でイオン注入領域３０を形成することにより、特に短波長側のスミア成分を低減できる固体撮像素子を製造することができる。
【００４３】
上述の固体撮像素子の製造方法において、遮光膜１９をスパッタ・タングステン膜とその上のＣＶＤ・タングステン膜との２層膜で形成するときは、スパッタ・タングステン膜で層間絶縁膜１８と良密着性を得、ＣＶＤ・タングステン膜で遮光性を確保き、密着性且つ遮光性の良い遮光膜１９を形成することができる。そして、スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入により凹凸面３１を形成するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜１９と層間絶縁膜１８との界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、この界面に凹凸面３１を形成することができる。また、スパッタ・タングステン膜の成膜直後にイオン注入により光吸収層となるイオン注入領域を形成するときは、低打ち込みエネルギーで遮光膜１９の直下の所要深さ、好ましくは界面にピーク位置Ｒｐが来るようにイオン注入でき、所望深さ位置にイオン注入領域３０を形成することができる。イオン注入は、遮光膜形成後または前でも可能であり、製造プロセスの自由度がある。
【００４４】
上述した実施の形態では、ｎ型Ｓｉエピタキシャル半導体基板２０上に形成される、第１のウェル領域１２表面にｎ型不純物領域を形成して、第１のｐウェル１２とｎ型拡散領域２とのＰＮ接合によって、フォトダイオード（ＰＤ）１４を形成したＣＣＤ固体撮像素子に適用したが、その他、ｐ型のＳｉエピタキシャル基板にｎ型不純物領域を形成してフォトダイオード１４を作成するＣＣＤ固体撮像素子にも適用できる。さらに、層内レンズ（図示せず）を複数個有するタイプのＣＣＤ固体撮像素子や、縦型オーバーフローバリア形成後にエピタキシャル層を形成し、近赤外線にも感度を持つＣＣＤ固体撮像素子、紫外線に透過性を有する膜のみで受光部を形成するＣＣＤ固体撮像素子にも、当然、適用することができる。
【００４５】
イオン注入の方法は、上記に限定されず、遮光膜１９を形成する前にレジストマスクを形成した後、イオン注入しても良いし、また、スパッタ・Ｗ、ＣＶＤ・Ｗの２層構造からなる遮光膜１９の上からイオン注入しても良い。
【００４６】
上述の実施の形態では、イオン注入領域３０を遮光部１９の張り出し１９ａおよび／または端部１９ｂとしたが、遮光部１９の全体の直下にイオン注入してもよい。この場合には図６の入射光ｄによるスミア成分も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｄ  本発明に係る固体撮像素子の遮光部下のイオン注入領域の各例を示す要部である。
【図３】Ａ〜Ｄ  本発明に係る固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である（その１）。
【図４】Ａ〜Ｃ  本発明に係る固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す工程図である（その２）。
【図５】従来のＣＣＤ固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・固体撮像素子、２・・不純物拡散領域、３・・フォトセンサ部、４・・読み出し部、５・・垂直電荷転送部、１０・・ＣＺシリコン基板、１１・・エピタキシャル層、１２・・第１のウェル領域、１４・・フォトダイオード、１６・・ゲート絶縁膜、１７・・垂直転送電極、１８・・層間絶縁膜、１９・・遮光膜、１９ａ・・張り出し部、１９ｂ・・端部、２０，５０・・半導体基板、２３・・第２のウェル領域、２４・・電荷転送領域、２５・・素子分離領域、３０・・イオン注入領域、３１・・凹凸面、３２・・シリコンリッチ層、３４・・炭素注入領域、５０・・半導体基板、１０２・・単位画素セル、１０３・・フォトセンサ部、１０４・・読み出し部、１０５・・垂直電荷転送部、１０６・・水平電荷転送部、１０７・・素子分離部、１１０・・出力回路、１１１・・ｎ型サブストレイト、１１２・・第１のｐ型ウェル領域、１１３・・低不純物濃度領域、１１４・・フォトダイオード、１１５・・電荷蓄積領域、１１６・・絶縁膜、１１７・・垂直転送電極、１１８・・層間絶縁膜、１１９・・遮光膜、１２０・・半導体基板、１２２・・読み出し領域、１２３・・第２のｐ型ウェル領域、１２４・・ｎ型の電荷転送領域、１２５・・ｐ型の素子分離領域、１３４・・開口
【図１】
2006054373.tif 000003
【図２】
2006054373.tif 000004
【図３】
2006054373.tif 000005
【図４】
2006054373.tif 000006
【図５】
2006054373.tif 000007
【図６】
2006054373.tif 000008