(57)【要約】【課題】シンター時に水素を通過させるための開口を反射防止膜に形成するフォトリソグラフィ工程を省略することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に形成された複数の光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、光電変換部上に、シンター時に水素を通過させる酸化膜と、酸化膜上に形成された反射防止膜とを有する固体撮像素子の製造方法であって、電荷転送部上に酸化膜を形成し、該酸化膜上に反射防止膜を形成し、反射防止膜及び酸化膜に平坦化処理を行って電荷転送部の少なくとも一部を露呈させるとともに、酸化膜の端面を露呈させることでシンター時の水素の通過する経路を設ける。【選択図】図１
2008124304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された複数の光電変換部と、
前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、
前記光電変換部上に、シンター時に水素を通過させる酸化膜と、
前記酸化膜上に形成された反射防止膜とを有し、
前記酸化膜及び前記反射防止膜とが、平坦化処理によって前記電荷転送部上面を露呈させた状態で除去され、前記酸化膜の端面が露呈していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
半導体基板上に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換部上に、シンター時に水素を通過させる酸化膜と、前記酸化膜上に形成された反射防止膜とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送部上に前記酸化膜を形成し、該酸化膜上に前記反射防止膜を形成し、前記反射防止膜及び前記酸化膜に平坦化処理を行って前記電荷転送部の少なくとも一部を露呈させるとともに、前記酸化膜の端面を露呈させることでシンター時の水素の通過する経路を設けることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記電荷転送部が、第１電荷転送電極と、前記第１電荷転送電極の上に一部が形成された第２電荷転送電極とを有し、平坦化処理によって、前記第１電荷転送電極と第２電荷転送電極の上面が略同一平面とすることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記反射防止膜及び前記酸化膜をＣＭＰによって平坦化することを特徴とする請求項２及び３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記反射防止膜及び前記酸化膜をエッチバックによって平坦化することを特徴とする請求項２及び３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記電荷転送部の少なくとも一部に平坦化処理のストッパ膜が形成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１つに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、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像素子の構成を図８に示す。
固体撮像素子１００は、シリコン基板１０１の上面にフォトダイオード１１１が形成されている。シリコン基板１０１の上面にはゲート絶縁膜１０２が形成され、該ゲート絶縁膜１０２を介して上方に電荷転送電極１０８が形成されている。また、シリコン基板１０１及び電荷転送電極１０８の上面を覆うように酸化膜１０３と、シリコン窒化膜からなる反射防止膜１０４が形成されている。反射防止膜１０４上には、絶縁膜１０５を介して遮光膜１０６が形成されている。遮光膜１０６上には、パッシベーション膜１０７が形成され、該パッシベーション膜１０７上に、平坦化層１０９が形成されている。平坦化層１０９上のフォトダイオード１１１の上方位置に対応する位置には、マイクロレンズ１１０が形成されている。
【０００３】
酸化膜１０３及び反射防止膜１０４は、フォトダイオード１１１に入射する光の反射率を下げる機能を有している。反射防止膜１０４を構成するシリコン窒化膜は、電荷転送電極１０８上の位置する一部が除去され、下方の酸化膜１０３を上方に露呈させる開口１０４ａが設けられている。シンター処理時には、水素が反射防止膜１０４の開口１０４ａから酸化膜１０３へ通過し、電荷転送電極１０８のゲート絶縁膜１０２に到達することで、暗電流を減らすことができる。シリコン窒化膜は水素を通過させないが、シリコン窒化膜の下に酸化膜１０３を形成し、さらにシリコン窒化膜の一部を開口させることで、水素を通過させることができる。また、反射防止膜の一部を開口して水素の通過する経路を確保する構成としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０４２１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、反射防止膜１０４に開口１０４ａを形成するためには、反射防止膜１０４を構成するシリコン窒化膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程によって、開口１０４ａを形成する部位のシリコン窒化膜を除去することが必要がある。現在、固体撮像素子はより一層微細化が図られており、フォトリソグラフィに用いるマスクの位置合わせに高い精度が必要となり、製造の難易度が困難となってしまうことが懸念されている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、シンター時に水素を通過させるための開口を反射防止膜に形成するフォトリソグラフィ工程を省略することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板上に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換部上に、シンター時に水素を通過させる酸化膜と、前記酸化膜上に形成された反射防止膜とを有し、前記酸化膜及び前記反射防止膜とが、平坦化処理によって前記電荷転送部上面を露呈させた状態で除去され、前記酸化膜の端面が露呈していることを特徴とする固体撮像素子。
（２）半導体基板上に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、前記光電変換部上に、シンター時に水素を通過させる酸化膜と、前記酸化膜上に形成された反射防止膜とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記電荷転送部上に前記酸化膜を形成し、該酸化膜上に前記反射防止膜を形成し、前記反射防止膜及び前記酸化膜に平坦化処理を行って前記電荷転送部の少なくとも一部を露呈させるとともに、前記酸化膜の端面を露呈させることでシンター時の水素の通過する経路を設けることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
（３）前記電荷転送部が、第１電荷転送電極と、前記第１電荷転送電極の上に一部が形成された第２電荷転送電極とを有し、平坦化処理によって、前記第１電荷転送電極と第２電荷転送電極の上面が略同一平面とすることを特徴とする上記（２）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（４）前記反射防止膜及び前記酸化膜をＣＭＰによって平坦化することを特徴とする上記（２）及び（３）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（５）前記反射防止膜及び前記酸化膜をエッチバックによって平坦化することを特徴とする上記（２）及び（３）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（６）前記電荷転送部の少なくとも一部に平坦化処理のストッパ膜が形成されていることを特徴とする上記（２）から（５）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【０００８】
本発明は、電荷転送部を覆うように形成された酸化膜及び反射防止膜とが、平坦化処理によって電荷転送部の上面を露呈させた状態で除去されており、水素を通過させることができる酸化膜の端面が反射防止膜の上方に露呈されている。このため、シンター処理時に、水素が、酸化膜の端面から進入して該酸化膜を通過し、電荷転送部へ通過する経路が確保されるため、暗電流の発生を防止することができる。このとき、従来のように、反射防止膜にフォトリソグラフィ工程によって水素が通過するための開口を形成する工程を省略することができる。また、固体撮像素子の微細化に応じて、フォトリソグラフィに用いるマスクの位置合わせに高い精度が必要となる場合でも、シンター時の水素を通過するための経路を容易に確保することが可能となる。
また、電荷転送部の上面が露呈する際には、それ以外の部分が酸化膜及び反射防止膜によって覆われている状態で、電荷転送部の上面に酸化膜を形成してから反射防止膜を形成することができるため、スミアを悪化させることなく、電荷転送部と反射防止膜との間の耐圧を確保することができる。
さらに、電荷転送部を低抵抗化する場合に、電荷転送部の上面のみが露呈した状態で、Ｔｉ等をスパッタし、電荷転送部側部のサイドウォールを熱処理によって形成し、残ったＴｉをＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ等で除去することで、光電変換部上などをシリサイド化することなく、電荷転送部の上面にのみシリサイドを形成できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シンター時に水素を通過させるための開口を反射防止膜に形成するフォトリソグラフィ工程を省略することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる固体撮像素子の構成を示す断面図である。シリコンからなる半導体基板１１における上面側には、フォトダイオードなどの光電変換部１２が形成されている。
【００１１】
半導体基板１１の上面には、３層の絶縁膜からなるゲート絶縁膜１４を介して、第１電荷転送電極３２と、第２電荷転送電極３４とが形成されている。本実施形態のゲート絶縁膜１４は、半導体基板１１上に、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）の順に形成された、いわゆるＯＮＯ膜構造を有している。しかし、ゲート絶縁膜１４は、特に限定されない。
【００１２】
第１電荷転送電極３２と第２電荷転送電極３４との間には、これら電極間を電気的に絶縁するため、ＳｉＯ２からなる電極間絶縁膜１６ａが形成されている。第１電荷転送電極３２と第２電荷転送電極３４は、電荷転送部として機能する。
【００１３】
半導体基板１１の上面と、第１電荷転送電極３２と第２電荷転送電極３４の上面を除いた側面とを覆うように、ＳｉＯ２からなる酸化膜１６が形成されている。
【００１４】
酸化膜１６上には、該酸化膜１６よりも屈折率が大きく、且つ、シリコンよりも屈折率が小さい、窒化膜からなる反射防止膜１８がプラズマＣＶＤ法などによって形成されている。反射防止膜１８は、酸化膜１６の面にのみ、第１電荷転送電極３２と第２電荷転送電極３４の上面を除いた状態で形成されている。こうすることで、酸化膜１６の端面が反射防止膜１８から上方に露呈している。酸化膜１６と電極間絶縁膜１６ａは、後述するように、同じ酸化膜によって同時に形成することができる。
【００１５】
半導体基板１１の上面に、反射防止膜１８、酸化膜１６の端面、及び、第１電荷転送電極３２と第２電荷転送電極３４の上面を全て覆うように絶縁膜２０が形成されている。
【００１６】
絶縁膜２０上にアルミニウムなどからなる遮光膜２２が形成されている。遮光膜２２は、絶縁膜２０上に形成された後、電荷転送部の上方を覆う位置以外の、光電変換部上の部分を含む不要な領域がエッチングにより除去されたものである。
【００１７】
絶縁膜２０及び遮光膜２２の上面には、パッシベーション膜などを含む平坦化層２４が形成されている。平坦化層２４の上層には、複数の光電変換部１２の上方にＲＧＢのいずれかの光を透過するカラーフィルタがそれぞれパターン配列されたカラーフィルタ層２６が形成されている。
【００１８】
カラーフィルタ層２６の上面には、入射する光を下方に位置する光電変換部１２へ集光するためのマイクロレンズ２８が形成されている。
【００１９】
また、固体撮像素子１０は、本実施形態の構成に限定されず、例えば、マイクロレンズ２８によって集光された入射光を効率よく光電変換部２０に受光させるための層内レンズなどが形成されていてもよい。
【００２０】
本実施形態の固体撮像素子１０は、遮光膜２２を形成した後で、水素によりシンター処理を行う。このとき、水素は、反射防止膜１８と第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４との間に形成され、上方に露呈した酸化膜１６の端面から進入して、酸化膜１６の内部を通過し、シリコン界面に到達する。そして、水素によってシリコン界面のダングリングボンドと終端することで、暗電流を低減させる。
【００２１】
次に、図２及び図３に基づいて、本実施形態の固体撮像素子１０の製造手順を説明する。なお、以下で説明する手順の前後の手順については、従来より行われている工程を用いればよいため、特に説明せずに省略する。
【００２２】
図２に示すように、半導体基板１１に不純物イオンをドーピングして光電変換部などを形成した後、ゲート絶縁膜１４を形成し、該ゲート絶縁膜１４上に電荷転送部として機能する第１電荷転送電極３２と、第２電荷転送電極３４とを形成する。本実施形態では、第１電荷転送電極３２上に、酸化膜１６を介して第２電荷転送電極３４の一部を積層させて形成している。第２電荷転送電極３４を形成した後、半導体基盤１１の上面の全部に、ＣＶＤなどによって酸化膜１６と、反射防止膜１８を形成する。
【００２３】
次に、図３に示すように、反射防止膜１８の上面に、平坦化処理を行う。本実施形態では、平坦化処理としてＣＭＰ（化学機械研磨）を行った。ＣＭＰにより、酸化膜１６及び反射防止膜１８とが、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４の上面を露呈させた状態で除去される。そして、図３において矢印で示すように、酸化膜１６の端面が反射防止膜１８の上方に露呈される。平坦化処理後、図１に示すように、絶縁膜２０、遮光膜２２を形成した後、水素を用いたシンター処理を行う。このとき、水素が、露呈した酸化膜１６の端面から進入して、酸化膜１６の内部を通過し、シリコン界面に到達する。そして、水素によってシリコン界面のダングリングボンドと終端することで、暗電流を低減させる。
【００２４】
本実施形態の固体撮像素子の製造方法によれば、反射防止膜１８にフォトリソグラフィ工程によって水素が通過するための開口を形成する工程を省略することができる。また、固体撮像素子１０の微細化に応じて、フォトリソグラフィに用いるマスクの位置合わせに高い精度が必要となる場合でも、シンター時の水素を通過するための経路を容易に確保することが可能となる。
【００２５】
また、本実施形態によれば、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４の上面が露呈する際には、それ以外の部分が酸化膜１６及び反射防止膜１８によって覆われている状態で、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４の上面に酸化膜１６を形成してから反射防止膜１８を形成することができるため、スミアを悪化させることなく、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４と反射防止膜１８との間の耐圧を確保することができる。
【００２６】
さらに、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４を低抵抗化する場合には、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４の上面のみが露呈した状態で、Ｔｉ等をスパッタし、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４側部のサイドウォールを熱処理によって形成し、残ったＴｉをＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ等で除去することで、光電変換部２０上などをシリサイド化することなく、第１電荷転送電極３２及び第２電荷転送電極３４の上面にのみシリサイドを形成することもできる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００２８】
図４及び図５は、本実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
本実施形態は、上記実施形態と同様に、半導体基板１１上にゲート絶縁膜１４を介して第１電荷転送電極５２と、該第１電荷転送電極５２上に一部積層された第２電荷転送電極５４とが形成されている。本実施形態では、第１電荷転送電極５２の側面及び上面に酸化膜などからなる電極間絶縁膜３７，３９が形成されている。
【００２９】
第１電荷転送電極５２を形成し、該第１電荷転送電極５２上に電極間絶縁膜３９を形成した後、電極間絶縁膜３９の上方に、平坦化処理のストッパ膜として機能するシリコン窒化膜４１を形成する。シリコン窒化膜４１を形成した後で、第２電荷転送電極５４を形成する。第２電荷転送電極５４を形成した後、半導体基盤１１の上面の全部に、ＣＶＤなどによって酸化膜３６と、反射防止膜３８を形成する。
【００３０】
次に、図５に示すように、反射防止膜３８の上面に、平坦化処理を行う。平坦化処理としては、上記実施形態と同様にＣＭＰ（化学機械研磨）を行った。ＣＭＰにより、酸化膜３６及び反射防止膜３８とが、第１電荷転送電極５２及び第２電荷転送電極５４の上面を露呈させた状態で除去される。そして、図５において矢印で示すように、酸化膜３６の端面が反射防止膜３８の上方に露呈される。平坦化処理後、図１に示すように、絶縁膜２０、遮光膜２２を形成した後、水素を用いたシンター処理を行う。このとき、露呈した酸化膜３６の端面によって水素の通過する経路が確保されるため、暗電流を低減させることができる。また、シンター時の水素を通過するための経路を容易に確保することが可能となるとともに、ストッパ膜によって、平坦化処理をより一層正確に行うことができ、処理の精度を向上させることができる。
【００３１】
次に、図６及び図７に基づいて、第３実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する。
本実施形態は、半導体基板１１上にゲート絶縁膜１４を介して第１電荷転送電極６２と第２電荷転送電極６４とを、積層させることなく、同一の層に形成する。第１電荷転送電極６２と第２電荷転送電極６４とを覆うように固体撮像素子上面全体に、酸化膜５６をＣＶＤなどによって形成する。第１電荷転送電極６２と第２電荷転送電極６４とは互いに、酸化膜５６によって電気的に絶縁されている。酸化膜５６の上面に、反射防止膜５８を形成する。
【００３２】
本実施形態では、反射防止膜５８を形成した後、該反射防止膜５８上にエッチバック用のレジスト層Ｒを形成する。そして、レジスト層Ｒをエッチバックすることで平坦化処理を行い、図７に示すように、反射防止膜５８の端面と、酸化膜５６の端面と、第１電荷転送電極６２及び第２電荷転送電極６４の上面とが略同一の面とする。こうすることで、酸化膜５６の端面が、反射防止膜５８の上方に露呈する。
【００３３】
エッチバックによる平坦化処理の後、残ったレジスト層Ｒを除去し、図１に示すように、絶縁膜２０、遮光膜２２を形成する。
【００３４】
本実施形態によれば、シンター処理を行う際に、露呈した酸化膜５６の端面によって水素の通過する経路が確保されるため、暗電流を低減させることができる。また、シンター時の水素を通過するための経路を容易に確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図３】第１実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図４】第２実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図５】第２実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図６】第３実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図７】第３実施形態の固体撮像素子の製造手順を説明する図である。
【図８】従来の固体撮像素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    固体撮像素子
１１    半導体基板
１２    光電変換部
３２，５２，６２    第１電荷転送電極（電荷転送部）
３４，５４，６４    第２電荷転送電極（電荷転送部）
１６，３６，３６    酸化膜
１８，３８，５８    反射防止膜
【図１】
2008124304.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】
2008124304.tif 000009
【図８】
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