(57)【要約】【課題】フォトダイオードの受光領域に斜めに入射する光によるスミア特性の劣化を防止する。【解決手段】半導体基板１１上のゲート絶縁膜１２上に転送電極１３および絶縁膜１４を形成後、フォトダイオードの受光領域に対応した低反射膜１５および平坦化膜１６を形成する。その後、遮光膜材１７Ａを積層し、上面を研磨して平坦化膜１６を露出させ、遮光膜１７を完成する。この際、遮光膜１７の開口部１７Ｂの内周部をエッチングにより形成しないため、下地の保護膜が不要となり、遮光膜１７の下面部と半導体基板１１との間隔が従来例に比べて短縮でき、スミアの原因となる斜めの光の入射を抑えることが可能となる。また、低反射膜１５は開口部１７Ｂの全面にされ、感度を向上できる。【選択図】　　　　　　　図１
2004140309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、
前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、
前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記透明絶縁膜上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第５の工程と、
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２】
前記第５の工程により、前記遮光膜における開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状によって制御されるとともに、前記遮光膜の開口部の内周下面部が前記ゲート絶縁膜に直接接触した状態で配置される遮光構造を形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程は、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に第１の透明絶縁膜である低反射膜を形成する工程と、前記低反射膜上に第２の透明絶縁膜である平坦化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記低反射膜は、窒化シリコン膜よりなり、前記平坦化膜は酸化シリコン膜よりなることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程は、前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜上に第１の透明絶縁膜である低反射膜を形成した後、前記低反射膜上に第２の透明絶縁膜である平坦化膜を形成し、その後、前記光電変換素子の受光領域に対応する領域以外の低反射膜及び平坦化膜を除去することにより、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成することを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記光電変換素子の受光領域に対応する領域以外の低反射膜及び平坦化膜をエッチングによって除去することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記第５の工程では、少なくとも前記透明絶縁膜の上面が露出する位置まで前記遮光膜材を表面研磨することにより、前記遮光膜の上面と透明絶縁膜の上面とで面一の平坦面を形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記転送電極はポリシリコン膜よりなり、前記転送電極の表面の絶縁膜はポリシリコンの熱酸化膜よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、
前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜上に透明絶縁膜を積層した後、前記透明絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域以外の領域に配置される部分を除去することにより、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を残存させ、さらに前記ゲート絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分を除去して溝部を形成する第４の工程と、
前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記透明絶縁膜上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第５の工程と、
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１０】
前記第５の工程により、前記遮光膜における開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状によって制御されるとともに、前記遮光膜の開口部の内周下面部が前記ゲート絶縁膜に形成した溝部を通して前記半導体基板に直接接触した状態で配置される遮光構造を形成することを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第４の工程は、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に第１の透明絶縁膜である低反射膜を形成する工程と、前記低反射膜上に第２の透明絶縁膜である平坦化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記低反射膜は、窒化シリコン膜よりなり、前記平坦化膜は酸化シリコン膜よりな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】
前記第４の工程は、前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜上に第１の透明絶縁膜である低反射膜を形成した後、前記低反射膜上に第２の透明絶縁膜である平坦化膜を形成し、その後、前記光電変換素子の受光領域に対応する領域以外の低反射膜及び平坦化膜と前記ゲート絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分とを除去することにより、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成し、次いで、前記ゲート絶縁膜の溝部を形成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１４】
前記光電変換素子の受光領域に対応する領域以外の低反射膜及び平坦化膜を除去するエッチング工程と、前記ゲート絶縁膜の溝部を形成するエッチング工程とを含むことを特徴とする請求項１３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ゲート絶縁膜の溝部を形成するエッチングは、前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に形成された透明絶縁膜と前記転送電極の表面に形成された絶縁膜とをマスクとして行うことを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第５の工程では、少なくとも前記透明絶縁膜の上面が露出する位置まで前記遮光膜材を表面研磨することにより、前記遮光膜の上面と透明絶縁膜の上面とで面一の平坦面を形成することを特徴とする請求項１０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記転送電極はポリシリコン膜よりなり、前記転送電極の表面の絶縁膜は、前記転送電極上に積層された積層酸化膜と前記ポリシリコンの熱酸化膜との複合膜よりなることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、
前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、
前記透明絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、前記受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して前記半導体基板を露出させる第５の工程と、
前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記光電変換素子の受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第６の工程と、
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１９】
前記第６の工程により、前記遮光膜と前記半導体基板とが前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で直接接触した状態で配置される遮光構造を形成することを特徴とする請求項１８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第４の工程において、前記透明絶縁膜は、前記光電変換素子の受光領域の中央部で膜厚が大きく、受光領域の外周に位置する部分で膜厚が小さいことを特徴とする請求項１８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ４　またはＯ２　ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、
前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、
さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、
前記遮光膜の開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれ、かつ、前記開口部の下面部が前記ゲート絶縁膜に直接接触する状態で配置される、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２３】
前記透明絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に形成された低反射膜と、この低反射膜の上に形成された平坦化膜とを含むことを特徴とする請求項２２記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、
前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、
さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、
前記遮光膜の開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれ、かつ、前記遮光膜の開口部の下面部が前記ゲート絶縁膜に形成された溝部を通して前記半導体基板に直接接触する状態で配置される、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２５】
前記透明絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に形成された低反射膜と、この低反射膜の上に形成された平坦化膜とを含むことを特徴とする請求項２４記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、
前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、
さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、
前記透明絶縁膜が光電変換素子の受光領域の中央部から外周側に向かって徐々に膜厚が小さく形成されるとともに、前記透明絶縁膜及びゲート絶縁膜が光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で除去され、
前記遮光膜の開口部の内周部が前記半導体基板に直接接触した状態で配置される、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２７】
前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ４　またはＯ２　ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする請求項２６記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子の受光領域に反射防止用の低反射膜を設けた固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ固体撮像素子においては、半導体基板に形成した複数のフォトダイオード（光電変換素子）によって入射光量に応じた信号電荷を生成、蓄積し、このフォトダイオードによって生成、蓄積された信号電荷をＣＣＤ構造の電荷転送部によって外部に転送することにより、この信号電荷を電気信号に変換して出力するようになっている。
複数のフォトダイオードは、それぞれ単位画素を構成し、半導体基板に２次元配列で設けられており、電荷転送部は、各フォトダイオードの各列毎に設けられ、各フォトダイオードの信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、各垂直転送部によって転送された信号電荷を水平方向に転送する１つまたは複数の水平転送部とで構成される。
また、水平転送部の出力段には、電荷−電圧（電流）変換機能や増幅機能を有する出力部が設けられ、水平転送部によって転送された信号電荷を順次電気信号に変換して後段の信号処理回路等に出力する。
【０００３】
また、このような各素子が形成された半導体基板上には、電荷転送部に対応した転送電極やフォトダイオードの受光領域以外の領域を遮光する遮光膜等が絶縁膜を介して形成され、その上層には、各種配線層や平坦化膜等が形成され、さらにその上層にオンチップカラーフィルタやオンチップマイクロレンズ等が設けられている。
また、フォトダイオードの受光領域には、この受光領域における反射光の発生を抑制し、反射光の再入射による画質の乱れを防止するための反射防止膜である低反射膜が設けられている。
【０００４】
図４は、以上のような構成を有する従来のＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。以下、この図４に沿って従来のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図４（１）において、半導体基板１には上述したフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）２が設けられ、このゲート絶縁膜２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極３が設けられている。
また、この転送電極３の表面には絶縁膜４が設けられているが、この絶縁膜４は、例えば転送電極３の直接酸化によって形成された酸化シリコン膜である。
【０００５】
次に、図４（２）において、ゲート絶縁膜２上の受光領域に対応する領域に低反射膜（窒化シリコン膜）６が設けられ、その上層に全面にわたって絶縁膜５が形成される。この絶縁膜５は、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）によって酸化シリコン膜を形成したものであり、後述する遮光膜７のエッチング時に下地を保護するためのストッパとして機能する。
この後、図４（３）において、全面に遮光膜材（アルミニウムまたは高融点金属等）を所定の膜厚で積層した後、図４（４）に示すように、受光領域に対応する領域の遮光膜材をフォトレジストとエッチングによって除去し、受光領域に対応した開口部７Ａを有する遮光膜７を完成する。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明で解決しようとする課題とは直接関係しないため説明は省略する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の固体撮像素子においては、図４（４）に示すように、遮光膜７の開口部７Ａの内縁部の下面に、酸化シリコン膜による絶縁膜５が介在する構造であるため、破線αで示すような斜めの入射光が遮光膜７と半導体基板１との隙間から転送電極３の下層に入り込むことにより、スミアと呼ばれる縦筋状のノイズを発生させるという問題がある。
また、このようなスミアを低減させるためには、ＣＶＤ酸化シリコン膜による絶縁膜５を薄くして、遮光膜７の開口端７Ａの内縁部下面を半導体基板１に近付けることが必要である。
しかしながら、この絶縁膜５は、遮光膜７のエッチング時に下地を保護するためのものであり、薄膜化は困難である。
【０００７】
また、低反射膜６は遮光膜７の開口部７Ａ（すなわちフォトダイオードの受光領域）の全面に形成されていることが望ましいが、遮光膜７との重ね合わせズレを許容する必要があるため、開口部７Ａより小さく形成されている。
したがって、仮に低反射膜６が開口部７Ａより大きいために遮光膜７と重なってしまった場合や、低反射膜６が開口部７Ａより小さいながら、位置ずれによって一部が遮光膜７と重なってしまった場合には、その分、スミア特性を悪化させることになる。
【０００８】
なお、この種の固体撮像素子に係る過去の特許出願の明細書や図面等において、ゲート絶縁膜上に遮光膜の端部が直接接触する状態で記載されているものも見られるが、それらは発明の説明を簡潔にすべく、上述したＣＶＤシリコン酸化膜による絶縁膜５を省略しただけであり、実際の製造工程においては、上述のような低反射膜６を設ける場合、特殊なケースを除いて、上述のような絶縁膜５を設けることが必要となり、それに伴う斜め入射光の悪影響を受けざる得ないものとなっていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、斜めの入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記透明絶縁膜上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第５の工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁膜上に透明絶縁膜を積層した後、前記透明絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域以外の領域に配置される部分を除去することにより、前記ゲート絶縁膜上の前記光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を残存させ、さらに前記ゲート絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分を除去して溝部を形成する第４の工程と、前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記透明絶縁膜上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第５の工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、前記透明絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、前記受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して前記半導体基板を露出させる第５の工程と、前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記光電変換素子の受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第６の工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、前記遮光膜の開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれ、かつ、前記開口部の下面部が前記ゲート絶縁膜に直接接触する状態で配置されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、前記遮光膜の開口部の内周形状が前記透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれ、かつ、前記遮光膜の開口部の下面部が前記ゲート絶縁膜に形成された溝部を通して前記半導体基板に直接接触する状態で配置されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、前記透明絶縁膜が光電変換素子の受光領域の中央部から外周側に向かって徐々に膜厚が小さく形成されるとともに、前記透明絶縁膜及びゲート絶縁膜が光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で除去され、前記遮光膜の開口部の内周部が前記半導体基板に直接接触した状態で配置されることを特徴とする。
【００１６】
本発明による固体撮像素子の製造方法では、半導体基板のゲート絶縁膜上に転送電極等とともに、光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成した後、その略全面に遮光膜材を積層し、透明絶縁膜上の遮光膜材を除去して遮光膜を形成することにより、遮光膜における開口部の内周形状を透明絶縁膜の外周形状によって制御できることから、アルミニウムや高融点金属等による遮光膜の開口部をエッチングによらずに形成できる。
したがって、このような遮光膜のエッチングに対して下地の保護を行う絶縁膜を設ける必要がなくなり、遮光膜の開口部の内周下面部がゲート絶縁膜に直接当接した状態で形成できる。
このため、遮光膜の下面部と半導体基板との間に配置される絶縁膜の膜厚が小さくなるため、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
【００１７】
また、本発明による固体撮像素子の製造方法では、上述した透明絶縁膜の形成工程において、透明絶縁膜の膜材を積層後に、この透明絶縁膜の光電変換素子の受光領域以外の領域に配置される部分を除去するような工程を採用した場合に、その透明絶縁膜の除去の際にゲート絶縁膜の光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分を除去して溝部を形成し、この溝部を通して遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接接触した状態で配置することができる。
このため、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００１８】
本発明による固体撮像素子の製造方法では、半導体基板に形成したゲート絶縁膜上の少なくとも光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して半導体基板を露出させ、その後、半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成することから、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜を適正かつ容易に配置でき、さらに遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接接触した状態で配置することができる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００１９】
また、本発明による固体撮像素子では、半導体基板のゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、遮光膜の開口部の内周形状が透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれていることから、アルミニウムや高融点金属等による遮光膜の開口部をエッチングによらず、透明絶縁膜をガイドとして埋め込み形成できる構造となっている。
したがって、このような遮光膜のエッチングに対して下地の保護を行う絶縁膜を設ける必要がなくなり、遮光膜の開口部の内周下面部がゲート絶縁膜に直接当接した構造となる。
このため、遮光膜の下面部と半導体基板との間に配置される絶縁膜の膜厚が小さくなるため、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な固体撮像素子の遮光構造を提供できる。
また、本発明による固体撮像素子では、遮光膜の開口部の下面部がゲート絶縁膜に形成された溝部を通して半導体基板に直接当接する状態で配置されることにより、遮光膜と半導体基板の電気的に安定した状態を得ることができる。
【００２０】
また、本発明による固体撮像素子では、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜が適正に配置され、かつ、遮光膜の開口部の下面部が半導体基板に直接接触した状態で配置される遮光構造となっている。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図１はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図１に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
なお、ＣＣＤ固体撮像素子の全体構成については上記従来の技術で説明したものと同様であるので説明は省略する。
まず、図１（１）において、半導体基板１１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板１１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）１２が設けられ、このゲート絶縁膜１２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極１３が設けられている。
また、この転送電極１３の表面には絶縁膜１４が設けられているが、この絶縁膜１４は、例えば転送電極１３の直接酸化によって形成された酸化シリコン膜である。
【００２３】
次に、図１（２）では、全面に低反射膜材料１５Ａを所定の膜厚で積層し、その上層全面に平坦化膜材料１６Ａを積層する。ここで低反射膜材料１５Ａとしては窒化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層し、平坦化膜材料１６Ａとしては酸化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層した後、その上面を平坦化する。なお、この場合の平坦化方法には、ＣＭＰ（化学機械研磨）等を用いることができる。
次に、図１（３）では、フォトレジストおよびエッチング工程により、フォトダイオードの受光領域を残して低反射膜材料１５Ａと平坦化膜材料１６Ａを除去する。これにより、図１（３）に示すように、フォトダイオードの受光領域のパターン形状に対応した低反射膜１５および平坦化膜１６が形成される。これにより、低反射膜１５および平坦化膜１６と転送電極１３および絶縁膜１４との間の間隙部には、ゲート絶縁膜１２が露出された状態となる。なお、この場合のエッチングは、低反射膜１５および平坦化膜１６がシリコン系の材料であるので深さの制御は容易に行うことができる。
【００２４】
次に、図１（４）では、その上面全体にアルミニウムや高融点金属等の遮光膜材１７ＡをＣＶＤ等によって積層する。これにより、低反射膜１５および平坦化膜１６と転送電極１３および絶縁膜１４との間の間隙部に遮光膜材１７Ａが充填され、フォトダイオードの受光領域に対応した低反射膜１５および平坦化膜１６の外周部にガイドされた状態で、遮光膜１７の開口部１７Ｂとなる部分が形成されるとともに、開口部１７Ｂの内周下面部がゲート絶縁膜１２に直接当接した状態で配置される。
次に、図１（５）では、遮光膜材１７Ａおよび平坦化膜１６の上面をＣＭＰによって研磨し、平坦化膜１６の上面が完全に露出するように遮光膜材１７Ａを除去して遮光膜１７を完成する。これにより、遮光膜１７および平坦化膜１６の上面は、面一の平坦面に仕上げられる。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明と職接関係しないため説明は省略する。
【００２５】
以上のような工程によって作製されたＣＣＤ固体撮像素子においては、遮光膜１７の開口部１７Ｂの内周部がエッチングにより形成されるものではないため、下地を保護するための膜が必要なく、従来例におけるＣＶＤシリコン絶縁膜５が必要ない。
そのため、遮光膜１７の開口部１７Ｂの下面部と半導体基板１１との間隔が従来例に比べて短縮でき、スミアの原因となる斜めの光の入射を抑えることが可能となる。
さらに、低反射膜１５は開口部１７Ｂの全面に配置されており、低反射膜１５の効果を最大限に発揮することができるため、反射光の再入射量を抑制でき、感度を向上することが可能である。また、この低反射膜１５は、遮光膜１７の開口内周部と重なることもなく、スミア特性を悪化させることはない。
【００２６】
したがって、本実施の形態では、遮光膜１７の開口部１７Ｂの下面部と半導体基板１１との間隔を縮小して、斜めの光の電荷転送部への入射を抑えることでき、スミアの発生を低減することができる。
また、フォトダイオードの受光領域に形成される低反射膜１５の外縁部を遮光膜１７の開口部内縁部と重なることなく配置でき、かつ、低反射膜１５を開口部１７Ｂの全面に形成することができ、フォトダイオードの受光面における乱反射を有効に防止して、スミア特性を悪化させることなく、感度を向上することができる。
【００２７】
なお、上述のようにゲート絶縁膜上に遮光膜の端部が直接接触する状態で記載されているものについては、過去の特許出願の明細書や図面等において記載されたものも存在するが、実際に製造される固体撮像素子では、遮光膜のエッチング工程に伴い、低反射膜の上に絶縁膜を設けることが必要となるため、図１（Ｚ）に示す固体撮像素子を得るためには、本発明に固有の製造方法を用いることが必要となる。
したがって、本発明は固体撮像素子の製造方法に加えて、このような製造方法によって形成される固体撮像素子の構造も本発明に特有のものであり、本発明に含まれるものとする。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図２はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図２に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図２（１）において、半導体基板２１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板２１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）２２が設けられ、このゲート絶縁膜２２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極２３が設けられている。
また、この転送電極２３の上面には、ＣＶＤ等によって積層されたシリコン酸化膜等の絶縁膜２４が設けられている。この絶縁膜２４は、後述するエッチバックによるコンタクト形成時のエッチング保護膜となるものである。
次に、図２（２）において、転送電極２３及び絶縁膜２４の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜による絶縁膜２５を形成する。すなわち、本例では、ＣＶＤシリコン酸化膜による絶縁膜２４と熱酸化シリコン膜による絶縁膜２５の複合絶縁膜で転送電極２３を包囲している。
【００２９】
次に、図２（３）では、全面に低反射膜材料２６Ａを所定の膜厚で積層し、その上層全面に平坦化膜材料２７Ａを積層する。ここで低反射膜材料２６Ａとしては窒化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層し、平坦化膜材料２７Ａとしては酸化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層した後、その上面を平坦化する。なお、この場合の平坦化方法には、ＣＭＰ（化学機械研磨）等を用いることができる。
次に、図２（４）では、フォトレジストおよびエッチング工程により、フォトダイオードの受光領域を残して平坦化膜材料２７Ａを除去し、次いで図２（５）では、フォトダイオードの受光領域を残して低反射膜材料２６Ａを除去する。これにより、フォトダイオードの受光領域のパターン形状に対応した低反射膜２６および平坦化膜２７が形成される。
これにより、低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３および絶縁膜２５との間の間隙部には、ゲート絶縁膜２２が露出された状態となる。
【００３０】
次に、図２（６）に示すように、エッチバック（全面ドライエッチング）を行い、このエッチバックによってゲート絶縁膜２２の露出部分に溝部２２Ａを形成し、この溝部２２Ａより半導体基板の表面を露出させる。
すなわち、この溝部２２Ａは、受光領域上の低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３の上面の絶縁膜２４、２５をマスクとするエッチングによって形成される。この際、絶縁膜２４、２５の複合膜が転送電極２３の保護膜として有効に機能する。
【００３１】
次に、図２（７）では、その上面全体にアルミニウムや高融点金属等の遮光膜材２８ＡをＣＶＤ等によって積層する。
これにより、低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３および絶縁膜２４、２５との間の間隙部、ならびにゲート絶縁膜２２に形成した溝部２２Ａに遮光膜材２８Ａが充填され、フォトダイオードの受光領域に対応した低反射膜２６および平坦化膜２７の外周部にガイドされた状態で、遮光膜２８の開口部２８Ｂとなる部分が形成されるとともに、開口部２８Ｂの内周下面部が半導体基板２１の表面に直接当接した状態で配置される。
次に、図２（８）では、遮光膜材２８Ａおよび平坦化膜２７の上面をＣＭＰによって研磨し、平坦化膜２７の上面が完全に露出するように遮光膜材２８Ａを除去して遮光膜２８を完成する。これにより、遮光膜２８および平坦化膜２７の上面は、面一の平坦面に仕上げられる。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明と職接関係しないため説明は省略する。
【００３２】
以上のような工程によって作製されたＣＣＤ固体撮像素子においては、遮光膜２８の開口部２８Ｂの内周部がエッチングにより形成されるものではないため、下地を保護するための膜が必要なく、従来例におけるＣＶＤシリコン絶縁膜５が必要ない。
そのため、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部と半導体基板２１との間隔が従来例に比べて短縮でき、スミアの原因となる斜めの光の入射を抑えることが可能となる。
さらに、低反射膜２６は開口部２８Ｂの全面に配置されており、低反射膜２６の効果を最大限に発揮することができるため、反射光の再入射量を抑制でき、感度を向上することが可能である。また、この低反射膜２６は、遮光膜２８の開口内周部と重なることもなく、スミア特性を悪化させることはない。
【００３３】
したがって、本実施の形態では、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部と半導体基板２１との間隔を縮小して、斜めの光の電荷転送部への入射を抑えることでき、スミアの発生を低減することができる。
また、フォトダイオードの受光領域に形成される低反射膜２６の外縁部を遮光膜２８の開口部内縁部と重なることなく配置でき、かつ、低反射膜２６を開口部２８Ｂの全面に形成することができ、フォトダイオードの受光面における乱反射を有効に防止して、スミア特性を悪化させることなく、感度を向上することができる。
さらに、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部を半導体基板２１の表面を直接当接させて導通させたことから、半導体基板２１および遮光膜２８の電位を安定化することが可能となり、読み出し電圧の低減や、飽和信号のムラやニー特性を改善を図ることができる。
【００３４】
図３は、本発明の第３の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図３はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図３に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
本実施の形態は、上述した従来例と同様に、エッチングによって遮光膜に開口部を形成するものであるが、遮光膜の形成に先立って受光領域上の透明絶縁膜を工夫することにより、受光領域の周辺部分で遮光膜の開口部下面部がフォトダイオード（基板）の表面に直接接触した遮光構造を形成できるようにしたものである。
【００３５】
まず、図３（１）において、半導体基板３１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板３１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）３２が設けられ、このゲート絶縁膜３２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極３３が設けられている。
次に、転送電極３３の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜による絶縁膜３４を形成する。
【００３６】
次に、図３（２）において、全面に遮光膜下の層間絶縁膜となる透明絶縁膜３５を形成するが、この透明絶縁膜３５を、ＳｉＨ４　又はＯ２　を反応ガスとする常圧ＣＶＤ法で形成することにより、図示のように、フォトダイオードの上部領域では、中央部で膜厚が大きく、外周側に向かって膜厚が小さくなり、転送電極３３に近接する部分で薄い状態となる。
次に、透明絶縁膜３５に対して全面エッチバックを行う。
図３（３）は、この全面エッチバック後の状態を示している。図示のように、撮像領域全体を均一に異方性を有する条件で、適切な膜厚だけＣＶＤ酸化シリコン膜（透明絶縁膜）３５をエッチバックすることにより、膜厚の薄い転送電極３３に近接する部分（すなわち、受光領域の外周領域）において、ＣＶＤ酸化シリコン膜３５及び、ゲート絶縁膜３２が除去され、フォトダイオード表面のＰ型不純物層を露出させることができる（露出部３１Ａ）。
一方、フォトダイオードの受光領域の中央部にはＣＶＤ酸化シリコン膜３５が残っている（残膜部３５Ａ）。
【００３７】
この後、図３（４）に示すように、全面に遮光膜材３６Ａを形成した後、図３（５）に示すように、開口部３６Ｂを形成する部分の遮光膜材３６Ａをエッチングによって除去し、遮光膜３６を形成する。このとき、開口部３６Ｂとなる部分のフォトダイオードの受光領域の表面には、上述したＣＶＤ酸化シリコン膜３５が残っているため、遮光膜材３６Ａのエッチング時に下地は十分に保護されることになる。
また、転送電極３３に近接する部分（すなわち、受光領域の外周領域）においては、遮光膜３６の開口部３６Ｂの下面部分がコンタクトとなってフォトダイオード表面のＰ型半導体層と導通しており、安定した電位に保持することができるので、読み出し電圧の低減や、飽和信号のムラやニー特性の改善を図ることができる。
そして、このようなコンタクト構造は、上述した全面エッチバック処理において、転送電極３３のセルフアラインによって形成することができるので、フォトリソドグラフィによるレジストマスク等を用いることなく形成でき、フォトリソドグラフィの解像度や重ね合わせ精度に依存することなく、高精度のコンタクトを容易に作成できる利点がある。
また、このような遮光膜３６によるコンタクト構造によってフォトダイオードの受光領域の周辺部分が確実に遮光され、斜めの入射光を適正に遮光でき、スミア等を有効に抑制できる。
【００３８】
なお、本発明にかかる固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子は、上記図１〜図３に示す構成のものに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上述した例では、２次元画素配列のＣＣＤ固体撮像素子を前提として説明したが、本発明は、それ以外の固体撮像素子についても同様に適用し得るものである。
また、上述した例では、反射防止用の低反射膜１５を有する場合を説明したが、このような低反射膜１５を設けず、一体の透明絶縁膜を平坦化膜として設けるような構成であってもよい。
さらに、上述した各層の膜種や加工方法等は適宜変形が可能なものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明による固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板のゲート絶縁膜上に転送電極等とともに、光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を形成した後、その略全面に遮光膜材を積層し、透明絶縁膜上の遮光膜材を除去して遮光膜を形成することにより、遮光膜における開口部の内周形状を透明絶縁膜の外周形状によって制御できることから、アルミニウムや高融点金属等による遮光膜の開口部をエッチングによらずに形成でき、このような遮光膜のエッチングに対して下地の保護を行う絶縁膜を設ける必要がなくなり、遮光膜の開口部の内周下面部がゲート絶縁膜に直接当接した状態で形成できる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板との間に配置される絶縁膜の膜厚が小さくなるため、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
【００４０】
また、本発明による固体撮像素子の製造方法によれば、上述した透明絶縁膜の形成工程において、透明絶縁膜の膜材を積層後に、この透明絶縁膜の光電変換素子の受光領域以外の領域に配置される部分を除去するような工程を採用した場合に、その透明絶縁膜の除去の際に前記ゲート絶縁膜の前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分を除去して溝部を形成し、この溝部を通して遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接当接した状態で配置することができる。
したがって、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００４１】
また、本発明による固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板に形成したゲート絶縁膜上の少なくとも光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して半導体基板を露出させ、その後、半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成することから、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜を適正かつ容易に配置でき、さらに遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接接触した状態で配置することができる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の固体撮像素子によれば、半導体基板のゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、遮光膜の開口部の内周形状が透明絶縁膜の外周形状に沿って埋め込まれていることから、アルミニウムや高融点金属等による遮光膜の開口部をエッチングによらず、透明絶縁膜をガイドとして埋め込み形成できる構造となっているため、このような遮光膜のエッチングに対して下地の保護を行う絶縁膜を設ける必要がなくなり、遮光膜の開口部の内周下面部がゲート絶縁膜に直接当接した構造となる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板との間に配置される絶縁膜の膜厚が小さくなるため、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な固体撮像素子の遮光構造を提供できる。
また、本発明の固体撮像素子によれば、遮光膜の開口部の下面部がゲート絶縁膜に形成された溝部を通して半導体基板に直接当接する状態で配置されることにより、遮光膜と半導体基板の電気的に安定した状態を得ることができる。
【００４３】
さらに、本発明による固体撮像素子によれば、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜が適正に配置され、かつ、遮光膜の開口部の下面部が半導体基板に直接接触した状態で配置される遮光構造となる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図４】従来のＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１……半導体基板、１２、２２、３２……ゲート絶縁膜、１３、２３、３３……転送電極、１４、２４、２５、３４……絶縁膜、１５、２６……低反射膜、１６、２７……平坦化膜、１７、２８、３６……遮光膜、１７Ｂ、２８Ｂ、３６Ｂ……開口部、３５……ＣＶＤ酸化シリコン膜。
【図１】
2004140309.tif 000003
【図２】
2004140309.tif 000004
【図３】
2004140309.tif 000005
【図４】
2004140309.tif 000006