(57)【要約】【課題】固体撮像素子のスミアを抑制する。【解決手段】固体撮像素子は、導体基板１上に行列状に複数の画素が配列された固体撮像素子２０において、それぞれの画素は、入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換領域３と、信号電荷を転送するための電荷転送領域７と、光電変換領域３と電荷転送領域７との間に設けられた転送部６と、電荷転送領域７上にゲート絶縁膜８を介して形成されたゲート電極９と、光電変換領域３上に開口部１２を有し、ゲート電極９上を覆う遮光膜１１とを含む。電荷転送領域７は、それぞれの画素における光電変換領域３の間を列方向に繋がって延びるように形成されている。それぞれの画素における光電変換領域３と、当該光電変換領域３に行方向に隣接し且つ他の画素に含まれる電荷転送領域７との間に、絶縁物からなる素子分離部１４が設けられている。遮光膜１１は、素子分離部１４に接触している。【選択図】図１
2011204746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に行列状に複数の画素が配列された固体撮像素子において、
それぞれの前記画素は、
入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換領域と、
前記信号電荷を転送するための電荷転送領域と、
前記光電変換領域と前記電荷転送領域との間に設けられた転送部と、
前記電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記光電変換領域上に開口部を有し、前記ゲート電極上を覆う遮光膜とを含み、
前記電荷転送領域は、それぞれの前記画素における前記光電変換領域の間を列方向に繋がって延びるように形成され、
それぞれの前記画素における前記光電変換領域と、当該光電変換領域に行方向に隣接し且つ他の画素に含まれる前記電荷転送領域との間に、絶縁物からなる素子分離部が設けられ、
前記遮光膜は、前記素子分離部に接触していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１の固体撮像素子において、
前記素子分離部は、列方向に隣接する前記画素における前記光電変換領域同士の間にも形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２の固体撮像素子において、
前記素子分離部は、前記半導体基板に設けられた溝部に前記絶縁物が埋め込まれた溝型素子分離であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３の固体撮像素子において、
前記溝型素子分離は、前記溝部の側面及び底面を覆うように形成された外層と、前記外層の内側に形成された内層とを含む積層構造を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４の固体撮像素子において、
前記外層が窒化シリコン層であり且つ内層が酸化シリコン層であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４の固体撮像素子において、
前記外層が酸化シリコン層であり且つ内層が窒化シリコン層であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
請求項５又は６の固体撮像素子において、
前記外層の厚さは、前記素子分離部の幅の４分の１以下であることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記遮光膜は、タングステン又はアルミニウムを含む材料からなることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記素子分離部に凹部が形成され、
前記凹部に金属材料が埋め込まれていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記素子分離部に凹部が形成され、
前記遮光膜は、前記凹部の内側に達していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１０の固体撮像素子において、
前記凹部内の前記遮光膜の材料と、前記ゲート電極を覆う部分の前記遮光膜の材料とは異なることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項１１の固体撮像素子において、
前記凹部内の前記遮光膜の材料はタングステンであり、前記ゲート電極を覆う部分の前記遮光膜の材料はアルミニウムであることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１３】
請求項１１の固体撮像素子において、
前記凹部内の前記遮光膜の材料はアルミニウムであり、前記ゲート電極を覆う部分の前記遮光膜の材料はタングステンであることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記素子分離部の深さは、前記電荷転送領域の深さの半分よりも深いことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記素子分離部の底部及び側面部の少なくとも一方における前記半導体基板に、前記電荷転送領域とは異なる導電型の不純物が注入されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記遮光膜は、負電位に接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一つの固体撮像素子において、
前記遮光膜は、前記ゲート電極と接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、各種イメージセンサとして用いられる固体撮像素子、特に、スミアを低減するために所定領域に遮光膜が形成された固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の画素が配列された一般的な固体撮像素子１００について、模式的な断面を図９に示す。
【０００３】
固体撮像素子１００は、上部にウェル領域１０２が設けられた半導体基板１０１を用いて形成されている。ウェル領域１０２の表面部に、入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部１０３及び正電荷蓄積層１０５が積層して形成されている。ウェル領域１０２における光電変換部１０３の一方には、転送部１０６を挟んで電荷転送領域１０７が形成されている。光電変換部１０３から転送部１０６を通じて電荷転送領域１０７に転送された信号電荷は、更に電荷転送領域１０７を通じて所定方向に転送される。ウェル領域１０２における光電変換部１０３の他方には、当該光電変換部１０３と、隣の画素の電荷転送領域１０７とを電気的に分離する分離部１０４が設けられている。分離部１０４は、不純物注入により形成され、光電変換部１０３とは反対の導電型を有する領域である。
【０００４】
尚、分離部１０４同士に挟まれた領域が一つの画素に対応する。一つの画素内において、転送部１０６及び電荷転送領域１０７上にわたり、ゲート絶縁膜１０８を介して電荷転送電極１０９が設けられている。
【０００５】
ここで、光電変換部１０３以外の部分、例えば電荷転送領域１０７に入射光が到達すると、偽信号が発生してスミアによる画像劣化の原因となる。これを避けるために、電荷転送電極１０９上方及び光電変換部１０３上方を覆う層間絶縁膜１１０を介して、光電変換部１０３上方に開口部１１２を有すると共に他の部分を覆う遮光膜１１１が設けられている。
【０００６】
更に、開口部１１２上及び遮光膜１１１上を覆うように平坦化膜１１７及びカラーフィルタ１１８が積層され、カラーフィルタ１１８上に、各光電変換部１０３に対応するマイクロレンズ１１９が形成されている。
【０００７】
このような固体撮像素子１００において、光が斜めに入射すると、開口部１１２の端部における半導体基板１０１の上面と遮光膜１１１との間の隙間１１３（層間絶縁膜１１０である部分）から光が侵入し、スミア特性が劣化することが知られている。
【０００８】
そこで、例えば特許文献１には、反射防止膜を半導体基板表面で且つ平面視において開口部の内側に形成し、半導体基板と遮光膜との間に侵入した光を吸収することが記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、遮光膜形成後に反射防止膜を形成することにより、光電変換部上に設けられた開口部の周囲において遮光膜端が反射防止膜上に乗り上げることを防止し、該遮光膜端と半導体基板との間の距離が必要以上に大きくならないようにすることが記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、エッチング工程と成膜工程とを追加することにより、開口部の周囲の遮光膜端と半導体基板との距離を小さくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３１９６７２７号
【特許文献２】特開２００６−４１２１１号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、例示した背景技術のいずれにおいても、半導体基板と遮光膜１１１との間には絶縁膜等が設けられているので、隙間１１３からの光の侵入を十分に防ぐことは難しい。
【００１３】
この点に鑑み、本発明の目的は、固体撮像素子において、半導体基板と遮光膜との隙間が原因となる光の侵入を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本願発明者は、電荷転送領域に光が入射する経路に関して改めて検討した。
【００１５】
一般に、図９に示すように、信号電荷を光電変換部１０３から転送するためには転送部１０６に所定の電圧を印加する必要があるので、転送部１０６上に電荷転送電極１０９を設ける。該電荷転送電極１０９は、電荷転送領域１０７に対する電極としても用いられる。同一の画素中では、光電変換部１０３と電荷転送電極１０７との間に転送部１０６が配置されている。よって、開口部１１２から遮光膜１１１下方の電荷転送領域１０７までの距離を考えると、同じ画素の転送部１０６の側（図９の例では右側）よりも、隣の画素の分離部１０４の側（図９の例では左側）の方が短いようになっている。
【００１６】
この結果、半導体基板と遮光膜１１１との隙間１１３から侵入した光は、開口部１１２からの距離が短い分離部１０４側を通じて電荷転送領域１０７に到達しやすい。従って、分離部１０４側の遮光性を十分に確保することが求められる。
【００１７】
そこで、本願発明者は、光電変換部と、当該光電変換部が含まれる画素に隣接する画素の電荷転送領域との間において、遮光膜と基板との間に構成される光の漏れ込み経路を塞ぐことを着想した。但し、単純に遮光膜を基板に接触させた場合、金属等の導電性の材料により形成された遮光膜が余分なインピーダンス成分となるので、信号波形なまり等の動作不良の原因になると考えられる。この点を考慮し、半導体基板に絶縁物を埋め込んだ素子分離部を形成し、当該絶縁物に遮光膜を接触させる構成に想到した。これにより、遮光膜と基板との絶縁を維持しながら、光の漏れ込みを遮ることができる。
【００１８】
具体的に、半導体基板上に行列状に複数の画素が配列された本願に係る固体撮像素子において、それぞれの画素は、入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換領域と、信号電荷を転送するための電荷転送領域と、光電変換領域と電荷転送領域との間に設けられた転送部と、電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、光電変換領域上に開口部を有し、ゲート電極上を覆う遮光膜とを含み、電荷転送領域は、それぞれの画素における光電変換領域の間を列方向に繋がって延びるように形成され、それぞれの画素における光電変換領域と、当該光電変換領域に行方向に隣接し且つ他の画素に含まれる電荷転送領域との間に、絶縁物からなる素子分離部が設けられ、遮光膜は、素子分離部に接触している。
【００１９】
以上のような固体撮像素子によると、各画素における光電変換領域と、その隣の画素における電荷転送領域の間の部分において、遮光膜が半導体基板に設けられた絶縁膜に接している。よって、半導体基板と遮光膜との隙間から電荷転送領域に光が侵入するのを遮ることができ、スミア特性の悪化を抑制することができる。
【００２０】
尚、素子分離部は、列方向に隣接する画素における光電変換領域同士の間にも形成されていても良い。
【００２１】
このようにすると、ある画素の光電変換領域に入射した光が、隣の画素の光電変換領域に侵入するのをより確実に避けることができる。
【００２２】
また、素子分離部は、半導体基板に設けられた溝部に絶縁物が埋め込まれた溝型素子分離であっても良い。絶縁物としては、酸化シリコン層、窒化シリコン層等であっても良い。素子分離の具体的構成として、このようになっていても良い。
【００２３】
また、溝型素子分離は、溝の側面及び底面を覆うように形成された外層と、外層の内側に形成された内層とを含む積層構造を有していてもよい。
【００２４】
このようにすると、外層の屈折率と内層の屈折率とを異ならせることにより、素子分離部に対して入射する光について、積層構造により屈折又は反射させて、電荷転送領域への侵入を抑制することができる。
【００２５】
また、外層が窒化シリコン層であり且つ内層が酸化シリコン層であっても良い。また、外層が酸化シリコン層であり且つ内層が窒化シリコン層であっても良い。外層と内層との屈折率を異ならせるために、このような材料を用いることができる。
【００２６】
また、外層の厚さは、素子分離部の幅の４分の１以下であっても良い。
【００２７】
また、遮光膜は、タングステン又はアルミニウムを含む材料からなっていても良い。
【００２８】
また、素子分離部に凹部が形成され、凹部に金属材料が埋め込まれていても良い。
【００２９】
このようにすると、素子分離部に対して入射する光について、凹部に埋め込まれた光透過性の低い金属材料により遮り、電荷転送領域に侵入するのを抑制することができる。
【００３０】
また、素子分離部に凹部が形成され、遮光膜は、凹部の内側に達していても良い。
【００３１】
このようにすると、素子分離部に対して入射する光について、凹部に入り込んだ部分の遮光膜によって遮り、電荷転送領域に侵入するのを抑制することができる。また、溝部を埋め込む部分と遮光膜とを同時に形成することにより、製造工程の増加を抑制することができる。
【００３２】
また、凹部内の遮光膜の材料と、ゲート電極を覆う部分の遮光膜の材料とは異なっていても良い。
【００３３】
互いに異なる材料を用いてこれらの部分を形成することも可能である。
【００３４】
また、凹部内の遮光膜の材料はタングステンであり、ゲート電極を覆う部分の遮光膜の材料はアルミニウムであっても良い。また、逆に、凹部内の遮光膜の材料はアルミニウムであり、ゲート電極を覆う部分の遮光膜の材料はタングステンであっても良い。
【００３５】
また、素子分離部の深さは、電荷転送領域の深さの半分よりも深くても良い。
【００３６】
このような深さの素子分離部とすると、電荷転送領域に対する光の侵入をより確実に抑えることができる。
【００３７】
また、素子分離部の底部及び側面部の少なくとも一方における半導体基板に、電荷転送領域とは異なる導電型の不純物が注入されていても良い。
【００３８】
このようにすると、絶縁物に加えて注入による不純物によっても素子分離を行なうことができ、より高い能力の素子分離を形成することができる。また、底部に対する不純物の注入は、半導体基板に溝部を形成した後で且つ絶縁物を埋め込む前に、溝部の底部に不純物を注入することにより形成できる。このようにすると、半導体基板の表面から不純物を注入するのに比べ、同じ注入エネルギーであってもより深い位置に不純物を注入することができ、クロストーク等の画像劣化を抑制するために有利である。
【００３９】
また、遮光膜は、負電位に接続されていても良い。
【００４０】
このようにすると、遮光膜を介して分離部に逆バイアス電圧を印加することができ、分離部の周囲の空乏層を広げることによって素子分離能力を向上させることができる。
【００４１】
また、遮光膜は、ゲート電極と接続されていても良い。
【００４２】
このようにすると、遮光膜を配線層としても利用することができ、製造工程を簡略化できると共に、撮像素子における光電変換領域上の距離を短縮できるので感度向上に効果がある。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、遮光膜を半導体基板表面に形成されたトレンチ部内の絶縁物に接触させることによって、電荷転送領域への光の進入を抑えてスミアを抑制することがきる。しかも、開口側に近い分離部側からの光の進入を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る例示的固体撮像素子を説明するための図であり、要部断面構造を示している。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本開示の例示的固体撮像素子を説明するための図であり、それぞれ平面図としてトレンチ部の配置例を示している。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本開示の例示的固体撮像素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、図３（ｃ）に続いて、例示的固体撮像素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】図５は、本開示の例示的固体撮像素子について第１の変形例を説明するための図であり、要部断面構造を示している。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本開示の例示的固体撮像素子について第２の変形例を説明するための図であり、要部断面構造及び製造工程の一つを示している。
【図７】図７は、本開示の例示的固体撮像素子について第３の変形例を説明するための図であり、要部断面構造を示している。
【図８】図８は、本開示の例示的固体撮像素子について第４の変形例を説明するための図であり、要部断面構造を示している。
【図９】図９は、技術的背景としての固体撮像素子を説明するための図であり、要部断面構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本開示の一実施形態に係る固体撮像素子及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。尚、信号電荷としては電子の場合を説明するが、Ｐ型とＮ型との不純物を入れ替えることにより、信号電荷が正孔の場合にも同様に適用できる。また、図面はそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、細かな形状、寸法等については必ずしも正確ではない。
【００４６】
図１は、本実施形態に係る例示的固体撮像素子２０の要部構成例を模式的に示す断面図である。
【００４７】
固体撮像素子２０は、例えばＮ型シリコンからなる半導体基板１を用いて形成されている。半導体基板１の表面部に設けられたＰ型ウェル領域２の表面部には、Ｎ型領域からなり、入射光を信号電荷に変換する光電変換部３が複数設けられている。Ｐ型ウェル領域２の表面部における光電変換部３の一方には、Ｐ型領域である転送部６を挟んで、Ｎ型領域からなる電荷転送領域７が形成されている。光電変換部３から転送部６を通じて電荷転送領域７に転送された信号電荷は、更に、電荷転送領域７を通じて所定の方向に転送される。転送部６及び電荷転送領域７上には、ゲート絶縁膜８を介して電荷転送電極９が設けられている。光電変換部３の表面には、暗電流抑制のための正電荷蓄積層５が設けられている。
【００４８】
Ｐ型ウェル領域２の表面部において、光電変換部３に対して転送部６の反対側には、当該光電変換部３と、隣の画素の電荷転送領域７とを電気的に分離するためのトレンチ素子分離部１４が設けられている。トレンチ素子分離部１４は、半導体基板１の表面部にエッチング等によりトレンチ１４ａを形成し、当該トレンチ内に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等からなる絶縁物１４ｂが充填された構成である。また、トレンチ素子分離部１４の下方には、Ｐ型領域からなる分離領域４が設けられている。
【００４９】
各光電変換部３は、転送部６を挟んで設けられた電荷転送領域７と対になって一つの画素に含まれており、トレンチ素子分離部１４を挟んで反対側に位置する電荷転送領域７とは異なる画素に含まれている。また、電荷転送領域７は、各画素における光電変換部３同士の間を列方向に延びるように、列方向に並ぶ各画素に亘って繋がって形成されている（後に説明する図２（ａ）〜（ｃ）を参照）。
【００５０】
また、層間絶縁膜１０を介して電荷転送電極９を覆い且つ光電変換部３上方に開口部１２を有する遮光膜１１が設けられている。遮光膜１１は、例えばタングステン等の金属材料からなる。更に、開口部１２上及び遮光膜１１上を覆うように平坦化膜１７及びカラーフィルタ１８が積層され、カラーフィルタ１８上に、各光電変換部３に対応するマイクロレンズ１９が形成されている。
【００５１】
固体撮像素子２０の特徴の一つとして、遮光膜１１は、絶縁物１４ｂの表面に接している。これにより、開口部１２側から電荷転送領域７に光が漏れ込む経路となってしまう半導体基板１と遮光膜１１との間の隙間（図９の固体撮像素子２０における隙間１１３）は塞がれ、遮光膜１１の下から当該隙間を経路として漏れ込む光をより確実に遮ることができる。この結果、スミアを抑制することができる。また、入射光によるスミアを抑制することができるので、開口部１２の幅を広げて光をより多く取り込むようにし、感度特性を向上させることもできる。
【００５２】
ここで、仮に、導電性である金属材料により形成された遮光膜１１が半導体基板１に直に接触していた場合、遮光膜１１が余分なインピーダンス成分となり、信号波形なまり等の動作不良の原因になると考えられる。しかしながら、本実施形態の構成において、遮光膜１１は半導体基板１に埋め込んだ絶縁物１４ｂに接しており、半導体基板１とは絶縁されている。よって、前記のような動作不良は避けられている。
【００５３】
また、絶縁物１４ｂについて、単一の材料膜からなる前記の構成に代えて、屈折率の異なる複数種類の材料膜により形成しても良い。例えば、トレンチ１４ａの内壁に沿って酸化シリコン膜を形成し、更にその内部を窒化シリコン膜により充填しても良い。このとき、外側の膜である酸化シリコン膜の膜厚はトレンチ１４ａの最小幅の４分の１以下にするのが望ましい。また、逆に、トレンチ１４ａの内壁に沿って窒化シリコン膜を形成し、更にその内部を酸化シリコン膜により充填しても良い。このとき、外側の膜である窒化シリコン膜の膜厚はトレンチ１４ａの最小幅の４分の１以下にするのが望ましい。
【００５４】
このように、屈折率の異なる膜を積層することにより、トレンチ素子分離部１４内に入射した光を反射又は屈折させて、電荷転送領域７に到達するのを抑制することができる。
【００５５】
つまり、前記のように遮光膜１１と半導体基板１との隙間から電荷転送領域７に光が侵入することに加えて、トレンチ素子分離部１４を斜めに通って電荷転送領域７に光が侵入することについても抑制できる。これにより、より確実にスミアを抑制することができる。
【００５６】
尚、２層のうちの外側になる膜が厚くなりすぎると、その内側に残される空間が狭くなり、内側になる膜の充填が難しくなる。また、２層の界面が内側・上側に寄ってしまい、斜めの入射光を反射・屈折させる効果を得にくくなる。よって、前記のように、外側になる膜の膜厚について、トレンチ１４ａの最小幅の４分の１以下とするのが良い。
【００５７】
また、トレンチ素子分離部１４の深さは、電荷転送領域７の半分又はそれよりも深くするのが良い。このようにすると、トレンチ素子分離部１４に対して斜めに入射する光をより確実に遮ることができる。また、分離領域４の深さは、その下端部が電荷転送領域７の深さと同じか又はそれよりも深くするのが良い。このようにすると、光電変換部３と電荷転送電極９との間をより確実に電気的に分離することができる。
【００５８】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）は、いずれも固体撮像素子２０の要部構成例を模式的に示す平面図である。但し、光電変換部３、転送部６、電荷転送領域７及びトレンチ素子分離部１４のみを示している。
【００５９】
図２（ａ）に示すように、光電変換部３は行列状に配列されている。各光電変換部３に対し、一方には転送部６を挟んで電荷転送領域７が形成され、他方にはトレンチ素子分離部１４が形成されている。トレンチ素子分離部１４は、一つの画素における光電変換部３と、当該画素に隣接する他の画素における電荷転送領域７との間に位置することになる。また、図２（ａ）の構成において、トレンチ素子分離部１４は、列方向に繋がって延びる電荷転送領域７に沿って溝状に形成されている。
【００６０】
トレンチ素子分離部１４の他の平面構成として、図２（ｂ）に示すように、光電変換部３と同等の長さを持つ島状としても良い。更に、図２（ｃ）に示すように、列方向に並ぶ光電変換部３同士の間にも延び、転送部６を避けた櫛状に形成しても良い。
【００６１】
少なくとも図２（ｂ）のような平面形状にトレンチ素子分離部１４が配置されていれば、遮光膜１１に開口部１２から、隣の画素の電荷転送領域７に光が侵入するのを抑制する効果は得られる。図２（ｃ）のようにすると、開口部１２から、列方向に隣り合う画素の光電変換部３に光が侵入することも抑制することができる。また、図２（ａ）及び（ｃ）のように、複数画素に亘って列方向に繋がったトレンチ素子分離部１４とすると、島状の場合よりも埋め込み性が良いので好ましい。
【００６２】
次に、固体撮像素子２０の製造方法について、各工程を示す図３（ａ）〜（ｃ）と図４（ａ）及び（ｂ）とを参照しながら説明する。尚、ここでは固体撮像素子２０における特徴的な構成についての製造工程を詳しく説明する。他の部分については、従来の方法により形成することができる。
【００６３】
まず、図３（ａ）に示す構成までの工程を説明する。初めに、例えばＮ型シリコンからなる半導体基板１に対し、不純物注入によってＰ型ウェル領域２を形成する。次に、Ｐ型ウェル領域２に対する不純物注入により、いずれもＮ型領域からなる光電変換部３及び電荷転送領域７を形成する。更に、光電変換部３上部に、不純物注入を行なって正電荷蓄積層５を形成する。
【００６４】
次に、半導体基板１上に、光電変換部３及び電荷転送領域７上を覆うように、酸化膜３１及び窒化シリコン膜３２を下からこの順に積層させる。後に説明する通り、窒化シリコン膜３２は、トレンチ１４ａを形成する際のマスクとして、また、トレンチ１４ａの充填物をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 、化学的機械研磨）により平坦化する際のストッパ膜として用いられる。
【００６５】
更に、トレンチ１４ａを形成する部分に開口を有し、所望の位置、幅（最小寸法が例えば０．１μｍ〜０．３μｍ）に設定されたフォトレジスト３３を形成する。
【００６６】
続いて、図３（ｂ）の工程を説明する。まず、フォトレジスト３３をマスクとしてエッチング処理を行ない、トレンチ１４ａを形成する部分の窒化シリコン膜３２及び酸化膜３１を除去する。この際、ウェットエッチングを用いることも可能であるが、その場合は横方向に対してもエッチングが進みやすい。よって、所定幅に除去を行なうためには、ドライエッチングを用いるのが望ましい。ドライエッチングの条件としては、例えば、フッ素系ガスを用い、酸化膜３１の材料と、シリコンからなる半導体基板１との選択比を１以上とすることが望ましい。
【００６７】
次に、窒化シリコン膜３２及び酸化膜３１を除去した部分の半導体基板１に対してエッチングを行ない、所定幅（最小寸法が例えば０．１μｍ〜０．３μｍ）で且つ所定深さ（例えば０．１μｍ〜１．０μｍ）のトレンチ１４ａを形成する。このエッチングの際のマスクとしては、窒化シリコン膜３２及び酸化膜３１の除去の際に用いた前記のフォトレジスト３３を続けて使用しても良い。また、該フォトレジスト３３をアッシング等の技術により除去した後、露出した窒化シリコン膜３２をマスクとして用いても良い。更には、新たに別のフォトレジスト（個別には図示しない）によりマスクを形成しても良い。
【００６８】
トレンチ１４ａの形成にはウェットエッチングを用いることも可能であるが、横方向にエッチングが進行するのを抑えるためには、ドライエッチングを用いることが望ましい。シリコンからなる半導体基板１は、例えば、ＨＢｒ、Ｃｌ2 及びＯ2 の混合ガスを用いてエッチングすることができる。トレンチ１４ａの深さは、電荷転送領域７の深さの半分と同じかより深いこと、特に、電荷転送領域７と同程度に調整することが望ましい。
【００６９】
次に、トレンチ１４ａの下方に、分離領域４を形成する。本実施形態ではＰ型ウェル領域２が設けられ、Ｎ型シリコンからなる半導体基板１を用いているので、ホウ素等の不純物をイオン注入してＰ型不純物領域とする。
【００７０】
イオン注入の際のマスクとしては、フォトレジスト３３をそのまま用いても良い。また、分離領域４の幅をトレンチ１４ａの幅とは別に設定したい場合等には、フォトレジスト３３を除去した後に別のフォトレジスト（図示省略）を形成してマスクに用いても良い。イオン注入は傾斜を付けて行ない、トレンチ１４ａの側壁部にもＰ型不純物領域を形成しても良い。このようにすると、更に分離能力を高める効果が得られる。この後、マスクとして用いたフォトレジスト３３（又は他のフォトレジスト）を除去する。
【００７１】
続いて、図３（ｃ）の工程を行なう。まず、トレンチ１４ａ内に絶縁物１４ｂを充填しする。この際、トレンチ１４ａ内に空洞ができるのを避けるために、例えば、段差被覆性の良いＣＶＤ法により形成される酸化シリコン、窒化シリコン等を用いることが望ましい。また、構造の説明において述べた通り、屈折率の異なる複数種類の材料膜により形成しても良い。
【００７２】
次に、トレンチ１４ａ以外に形成された余剰の絶縁物１４ｂを除去し、トレンチ１４ａに絶縁物１４ｂが埋め込まれた構造のトレンチ素子分離部１４を得る。例えば、窒化シリコン膜３２をストッパとしてＣＭＰ法を用いるのが望ましい。ウェットエッチング、ドライエッチング等により余剰の絶縁物１４ｂを除去しても良いが、その場合、トレンチ１４ａ内の絶縁物１４ｂが、半導体基板１の表面から窪むのを避け、同一にするのが好ましい。
【００７３】
この後、窒化シリコン膜３２及び酸化膜３１を除去する。
【００７４】
次に、図４（ａ）の工程を行なう。まず、半導体基板１上に、ゲート絶縁膜８となる膜を形成する。これは、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、金属酸化膜等の単層膜又はこれらを組み合わせた積層膜として形成する。
【００７５】
次に、ゲート絶縁膜８となる膜上に、電荷転送電極９の材料からなる膜を形成する。これは、例えば多結晶シリコンからなる膜とする。また、多結晶シリコンに代えて、金属膜、金属シリサイド膜等の単層膜又はこれらを組み合わせた積層膜として形成しても良い。
【００７６】
次に、所望の寸法、位置に開口を有するフォトレジストマスク（図示省略）を用い、ドライエッチングにより、電荷転送電極９及びその下のゲート絶縁膜８を形成する。
【００７７】
次に、電荷転送電極９、光電変換部３等の上を覆うように、層間絶縁膜１０を形成する。層間絶縁膜１０は、段差被覆性の良い膜、例えばＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜を用いるのがよい。また、電荷転送電極９と遮光膜１１とを電気的に絶縁できるだけの膜厚（例えば、３０ｎｍ〜１００ｎｍ）に形成するのが望ましい。
【００７８】
次に、所望の寸法（最小幅が例えば０．０５μｍ〜０．４０μｍ）、位置に設定されたフォトレジスト３５を形成する。該フォトレジスト３５をマスクとして用い、その開口部分の層間絶縁膜１０を除去して、除去部３６を設ける。
【００７９】
除去部３６には後の工程にて遮光膜１１が成膜されるので、遮光膜１１と半導体基板１とを絶縁させるために、除去部３６をトレンチ素子分離部１４上のみに位置するようにする。つまり、トレンチ素子分離部１４の絶縁物１４ｂ上部分の層間絶縁膜１０のみを除去して除去部３６を設けるように、フォトレジスト３５の位置、寸法を設定する。また、フォトレジスト３５と絶縁物１４ｂとの位置合わせずれを考慮し、フォトレジスト３５の開口幅は、トレンチ１４ａの幅よりも小さくすることが望ましい。
【００８０】
層間絶縁膜１０の除去はウェットエッチングでも可能であるが、横方向に対するエッチングの進行を避けるためには、ドライエッチングを用いることがより望ましい。
【００８１】
また、入射光を遮るために遮光膜１１と半導体基板１との間に隙間ができないようにするには、所定箇所における層間絶縁膜１０を完全に除去して除去部３６を設けることが望ましい。このとき、絶縁物１４ｂの一部もエッチングされることがあるが、トレンチ１４ａの側壁又は底部のＰ型ウェル領域２が露出しない程度であれば、問題はない。
【００８２】
この後、フォトレジスト３５を除去する。
【００８３】
続いて、図４（ｂ）の工程を行なう。まず、スパッタ法、ＣＶＤ法等を用い、層間絶縁膜１０上を覆うように遮光膜１１を成膜する。この際、遮光膜１１は除去部３６についても埋め込むように形成される。遮光膜１１には、タングステン、アルミニウム等の一般的な金属膜材料を用いても良い。但し、遮光性を有するのであれば、金属膜材料には限らない。また、遮光膜１１の厚さは遮光性を確保するために十分な厚さ、例えば、８０ｎｍ〜４００ｎｍとする。
【００８４】
この後、光電変換部３上方の所定の位置に、フォトレジストマスク（図示省略）を用いて開口部１２を形成する。例えば、ドライエッチングによって形成する。その後、フォトレジストマスクを除去する。
【００８５】
続いて、図１に示す固体撮像素子２０を得るために、ＣＶＤ酸化膜等からなる平坦化膜１７を形成した後、リフロー処理、ＣＭＰ、ドライエッチング等により平坦化を行なう。更に、カラーフィルタ１８、マイクロレンズ１９を既知の方法により形成する。
【００８６】
以上のようにして、本実施形態の固体撮像素子２０を製造することができる。
【００８７】
（第１の変形例）
次に、固体撮像素子２０の第１の変形例について説明する。
【００８８】
図５は、第１の変形例の固体撮像素子２０ａを模式的に示す断面図である。図５において、固体撮像素子２０と同様の構成要素については図１と同じ符号を用い、以下には相違点であるトレンチ素子分離部１４の構造について詳しく説明する。
【００８９】
図１の固体撮像素子２０の場合、トレンチ１４ａ内には絶縁物１４ｂのみが埋め込まれてトレンチ素子分離部１４が構成されている。これに対し、第１の変形例では、トレンチ１４ａの側壁及び底面を覆うように絶縁物１４ｂが形成され、その内側には金属材料１４ｃが埋め込まれている。
【００９０】
このような構成とすると、半導体基板１と遮光膜１１との隙間を通る光を遮ることに加え、トレンチ素子分離部１４に対する斜めの入射光についても、金属材料１４ｃによって良好に遮ることができる。電荷転送領域７への入射を抑制してスミアを抑制する効果がより顕著に得られる。
【００９１】
尚、図５の構造を得るためには、固体撮像素子２０の製造方法において、例えば、図３（ｃ）の工程の後に、金属材料１４ｃを埋め込む工程を追加すればよい。具体的には、絶縁物１４ｂに対するエッチングにより凹部を形成し、該凹部を埋め込むように金属材料を成膜した後、余剰の金属材料を除去することにしても良い。
【００９２】
（第２の変形例）
次に、固体撮像素子２０の第２の変形例について説明する。
【００９３】
図６（ａ）は、第２の変形例の固体撮像素子２０ｂを模式的に示す断面図である。図６（ａ）において、固体撮像素子２０と同様の構成要素については図１と同じ符号を用い、以下には相違点であるトレンチ素子分離部１４付近の構造について詳しく説明する。
【００９４】
本変形例の固体撮像素子２０ｂにおいて、トレンチ素子分離部１４を構成する絶縁物１４ｂには凹部が設けられ、遮光膜１１が該凹部内にまで入り込んだ構造となっている。これは、第１の変形例の固体撮像素子２０ａにおいて、トレンチ素子分離部１４の金属材料１４ｃを、遮光膜１１と同時に形成した構造と考えても良い。
【００９５】
このような構造とすることにより、第１の変形例と同様に、トレンチ素子分離部１４に対する斜めの入射光を絶縁物１４ｂに埋め込まれた部分の遮光膜１１により遮ることができ、スミアを抑制することができる。また、個別に金属材料１４ｃを形成する場合に比べて製造工程を簡略化することができ、工程数の削減により歩留りを向上できる。
【００９６】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の固体撮像素子２０ｂの製造工程を説明する図である。固体撮像素子２０ｂを製造するためには、まず、図１の固体撮像素子２０の製造方法における図４（ａ）の工程までを行なう。つまり、フォトレジスト３５の開口部に露出した部分の層間絶縁膜１０をエッチングにより除去して除去部３６を設ける工程までを行なう。
【００９７】
この後、更にエッチングを継続し、絶縁物１４ｂの一部を除去して、この部分についても除去部３６とする。この際、除去部３６下方の絶縁物１４ｂが絶縁性を維持できる程度（例えば５０ｎｍ以上）に残してエッチングを終えるのがよい。
【００９８】
この後は、固体撮像素子２０の場合と同様の工程を進めれば良い。図４（ｂ）に対応する工程において、遮光膜１１が絶縁物１４ｂ内の除去部３６にも入り込むように設けられる。
【００９９】
このように、第２の変形例の場合、第１の変形例に比べ、絶縁物１４ｂに設けた凹部の外に形成された余剰の金属材料を除去する工程等は不要となる。これにより、製造工程の簡略化、それに伴う費用の削減、歩留り向上の効果も得られる。
【０１００】
（第３の変形例）
次に、固体撮像素子２０の第３の変形例について説明する。
【０１０１】
図７は、第３の変形例の固体撮像素子２０ｃを模式的に示す断面図である。図７において、第２の変形例の固体撮像素子２０ｂと同様の構成要素については図６（ａ）と同じ符号を用いている。第２の変形例の固体撮像素子２０ｂとの相違点として、本変形例の固体撮像素子２０ｃにおいて、遮光膜１１に負電圧を印加している。
【０１０２】
このようにすると、トレンチ素子分離部１４に逆バイアスが加わって空乏層が広がるので、分離特性を向上できる。遮光膜１１と半導体基板１（Ｐ型ウェル領域２）とは絶縁物１４ｂにより電気的に絶縁されているので、遮光膜１１に負電圧を印加しても、固体撮像素子２０ｃの特性に悪い影響は与えない。つまり、このような絶縁が行なわれていない場合、遮光膜１１に印加した負電圧が半導体基板１にも加わるので、例えば、読み出し電圧の変動、ＣＣＤの電荷転送駆動電圧の変動等が発生するおそれがある。しかしながら、絶縁物１４ｂによって絶縁し、このような問題を避けている。
【０１０３】
（第４の変形例）
次に、固体撮像素子２０の第４の変形例について説明する。
【０１０４】
図８は、第４の変形例の固体撮像素子２０ｄを模式的に示す断面図である。図８において、図１の固体撮像素子２０と同様の構成要素については図１と同じ符号を用いている。図１の固体撮像素子２０との相違点として、金属材料等の導電性材料からなる遮光膜１１を配線層の一つとして利用している。
【０１０５】
このために、遮光膜１１には信号電圧が印加され、且つ、電荷転送電極９と接続されている。
【０１０６】
このようにすると、配線層の数及び製造工程数を削減できる。また、配線層の数が減るので、マイクロレンズ１９から光電変換部３の表面までの距離を短縮することができ、感度の向上にも効果がある。遮光膜１１と半導体基板１（Ｐ型ウェル領域２）とは絶縁物１４ｂにより電気的に絶縁されているので、遮光膜１１を配線層として利用し、信号電圧を印加しても、固体撮像素子２０ｄの特性に悪い影響（第３の変形例にて例示したのと同様の影響）は生じない。
【０１０７】
尚、図１の固体撮像素子２０、図５の固体撮像素子２０ａ、図６（ａ）の固体撮像素子２０ｂのいずれにおいても、遮光膜１１に対し、第３の変形例のように負電圧の印加を行なう構成又は第４の変形例のように信号電圧の印加を行なう構成とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上説明したように、本開示の画像撮像素子は、スミアを抑制した高画質を実現でき、ＣＣＤ型の固体撮像素子等としてデジタルスチルカメラ、ビデオカメラにも有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１          半導体基板
２          Ｐ型ウェル領域
３          光電変換部
４          分離領域
５          正電荷蓄積層
６          転送部
７          電荷転送領域
８          ゲート絶縁膜
９          電荷転送電極
１０          層間絶縁膜
１１          遮光膜
１２          開口部
１４          トレンチ素子分離部
１４ａ        トレンチ
１４ｂ        絶縁物
１４ｃ        金属材料
１７          平坦化膜
１８          カラーフィルタ
１９          マイクロレンズ
２０          固体撮像素子
２０ａ        固体撮像素子
２０ｂ        固体撮像素子
２０ｃ        固体撮像素子
２０ｄ        固体撮像素子
３１          酸化膜
３２          窒化シリコン膜
３３          フォトレジスト
３５          フォトレジスト
３６          除去部
【図１】
2011204746.tif 000003
【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】
2011204746.tif 000009
【図８】
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【図９】
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