(57)【要約】【課題】単層構造の電荷転送電極間の電気的耐圧が高く、低消費電力で高速駆動可能な固体撮像素子を提供する。製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板表面のゲート酸化膜上に、複数の電荷転送電極が形成された固体撮像素子であって、隣接する前記電荷転送電極の間の前記ゲート酸化膜上に形成され、幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜とを有し、前記電荷転送電極は、前記電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜を覆うように形成された導電性膜を含むことを特徴とする。【選択図】図３
2004047629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面のゲート酸化膜上に、複数の電荷転送電極が形成された固体撮像素子であって、
隣接する前記電荷転送電極の間の前記ゲート酸化膜上に形成され、前記ゲート酸化膜上で、幅がより狭くなるように形成された第１の領域と、前記第１の領域上に、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜を有し、
前記電荷転送電極は、前記電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜を覆うように形成された導電性膜を含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記電極間絶縁膜によって形成される前記電荷転送電極間の間隔は、ゲート酸化膜上で０．１μｍ以下である固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記導電性膜は、前記電極間絶縁膜の側壁及び前記ゲート酸化膜を覆うように形成されたシリコン系導電性膜と、前記シリコン系導電性膜で囲まれた領域に形成された金属を含む導電性膜とを含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は、多結晶シリコン膜である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項３記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は、非晶質シリコン膜である固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記金属を含む導電性膜は、金属シリサイド膜である固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記導電性膜は、タングステンを含むものである固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第１の領域は、シリコン系材料の熱酸化によって形成された膜である固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記電極間絶縁膜は、第２の領域の内部に導電性領域を具備し、前記導電性領域は、電荷転送を容易にするように、前記電荷転送電極と独立して、電位をスイッチング可能に構成したことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
半導体基板表面のゲート酸化膜上に、複数の電荷転送電極が形成された固体撮像素子の製造方法であって、
前記ゲート酸化膜上に、電極間絶縁膜として幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜を形成する電極間絶縁膜形成工程と、
前記電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜上を覆うように、シリコン系導電性膜を形成するシリコン系導電性膜形成工程と、
前記シリコン系導電性膜の上層に、表面が平坦となるように金属を含む導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、
前記電極間絶縁膜の頂面が露出するまで、前記導電性膜および前記シリコン系導電性膜をエッチバックするエッチバック工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の製造方法であって、
前記電極間絶縁膜形成工程は、
前記ゲート酸化膜上に、シリコン系導電性膜と、絶縁膜とを順次積層する工程と、
所定幅を残して前記絶縁膜を選択的に除去し、絶縁膜パターンを形成するパターニング工程と、
前記絶縁膜パターンをマスクとして、前記シリコン系導電性膜を等方的に処理して前記シリコン系導電性膜のパターン幅を前記絶縁膜パターンよりも縮小化する縮小化工程と、
前記シリコン系導電性膜のパターンを酸化し、前記第１の領域としてのパターン幅の狭い絶縁膜パターンを形成し、この幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特にその電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ固体撮像素子は、光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を有する。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】
固体撮像素子においては、撮像画素数の増加が進んでいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、すなわち電荷転送電極の高速パルスによる駆動が必要となるため、電荷転送電極の低抵抗化が求められている。低抵抗化の方法として、電荷転送電極を多結晶シリコンなどのシリコン系導電性材料と金属シリサイドとの２層構造とすることが提案されている。
【０００４】
一方、撮影画素数の増加により光電変換部領域が狭くなる傾向にあるが、狭い領域で多くの光を集めるためには、光電変換部表面に対して電荷転送電極形成部などの光電変換部周辺の高さをより低くすることが重要である。そのため、電荷転送電極を互いに重なることなく配置したいわゆる単層構造の電荷転送電極が提案されている。電荷転送電極を単層構造とすると、段差が低減され、転送電極部上の遮光膜の被覆性が向上し、より効果的である。
【０００５】
しかし、単層構造の電荷転送電極を高速パルスで駆動する場合、隣接する電荷転送電極の電極間距離（ギャップ）を狭く形成する（０．１μｍ以下）必要がある。この程度のパターンサイズを得るためには平坦な表面でＥＢ直描法を用いるなど、高価なステッパを使用する必要があり、また、電極パターンを得ることができたとしても、微細な電極間領域に絶縁膜を充填するのは極めて困難であり、耐圧劣化の原因ともなり、実用上は充分でなかった。
【０００６】
さらに、電荷転送電極をシリコン系導電性材料と金属シリサイドとの２層構造とした場合、タングステンやタングステンシリサイドなどの高融点金属あるいは高融点金属化合物は酸化するのが困難であり、仮に酸化できたとしても、得られた絶縁膜の（電気的）耐圧は充分でないため、電極間に酸化によって実用可能な絶縁膜を形成することは無理である。
【０００７】
単層構造の電荷転送電極をシリコン系導電性材料と金属シリサイドとの２層構造薄膜で形成したものも提案されている（特開２０００−１９６０６０参照）。しかし、シリコン系導電性材料の表面にのみ金属シリサイドが配置されているだけであり、低抵抗化が不充分である。また、電荷転送電極の電極間距離は、０．２５〜０．５０μｍ程度である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速駆動をはかるために、隣接する電荷転送電極間の電極間距離は、０．１μｍ以下とする必要があり、かつ高い電気的耐圧が要求される。一般的な低抵抗配線材料を酸化することは難しく、仮に酸化が可能であったとしても得られた絶縁膜の電気的耐圧は良好ではない。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、単層構造の電荷転送電極間の電気的耐圧が高く、低消費電力で高速駆動可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
また、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面のゲート酸化膜上に、複数の電荷転送電極が形成された固体撮像素子であって、隣接する前記電荷転送電極の間の前記ゲート酸化膜上に形成され、幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜とを有し、前記電荷転送電極は、前記電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜を覆うように形成された導電性膜を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、電極間絶縁膜が、幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなるため、ゲート酸化膜上で、安定して極めて微細幅の電極間絶縁膜を形成することができ、電荷転送電極の高密度配置が可能となる。
また、この電極間絶縁膜の狭い第１の領域を含めて側壁を覆うように形成された導電性膜によって電極間絶縁膜は隙間なく良好に覆われる。電荷転送電極は第１の領域では電極間絶縁膜の下方に入り込むように形成される。
従って電荷転送電極と電極間絶縁膜との接触面積が増大し、密着性が高められるため、寿命の増大を図ることができる。
また、この電極間絶縁膜はサイドエッチなどの方法で局所的に幅を狭くすることによって形成されるため、解像限界を越えて狭い領域となるように形成することが可能となる。
さらにまた、この電極間絶縁膜は局所的に幅を狭くすることによって形成されるため、絶縁性を確保するとともに膜強度を維持しつつ、電極間距離の微細化をはかることが可能となる。
加えて、この上層に低抵抗の金属を含む導電性膜が形成されているため、電極の低抵抗化を図ることが可能となる。また、表面の平坦化を図ることができ、この上層に配線構造を形成するような場合にも効率よくパターン形成を行うことが可能となる。
【００１１】
この電極間絶縁膜によって形成される電荷転送電極間の間隔は、ゲート酸化膜上で０．１μｍ以下とするのが望ましい。電荷転送電極間の間隔が０．１μｍ以下の場合、電荷転送電極自体のパターニングが極めて困難である上、電極間に絶縁膜を充填するのは極めて困難であるが、電極間絶縁膜をパターニングしこれをサイドエッチングなどの方法でゲート酸化膜上近傍でのみ細くなるように加工すればよい。そして、この電極間絶縁膜を覆うように導電性膜を形成するので、電荷転送電極間の間隔を０．１μｍ以下とすることができ、低抵抗で信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。したがって、電荷転送電極を高速パルスで駆動することができる。
【００１２】
望ましくは、前記導電性膜は、前記電極間絶縁膜の側壁及び前記ゲート酸化膜を覆うように形成されたシリコン系導電性膜と、前記シリコン系導電性膜で囲まれた領域に形成された金属を含む導電性膜とを含むことを特徴とする。
かかる構成により、電極間絶縁膜との密着性を高めるとともに、低抵抗化をはかることが可能となる。
望ましくは、このシリコン系導電性膜として、多結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜が利用できる。シリコン系導電性膜は、例えば減圧ＣＶＤ法などにより、段差被覆性の良好な膜を形成するのが容易であり、かつタングステンなどの金属層との密着性も良好である。また、多結晶シリコン膜を利用する場合、ドーピングにより、さらに低抵抗化を図ることができる。
【００１３】
本発明の固体撮像素子における金属を含む導電性膜は、金属シリサイド膜とするのが望ましい。かかる構成によれば、より低抵抗化を図ることが可能となる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子における金属を含む導電性膜は、タングステンを含むものとするのが望ましい。かかる構成によれば、低抵抗化を図ることができるとともに、タングステンによって遮光機能を得ることができる。従って、従来上層に形成する必要があった遮光膜を省略することができ、段差の低減をはかることができ、低コストで信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明の固体撮像素子における前記電極間絶縁膜は、少なくともゲート酸化膜上の第１の領域では、シリコン系材料の熱酸化によって形成された膜であるのが望ましい。また、前記シリコン系材料として、ノンドープシリコンを用いることができる。
【００１６】
かかる構成によれば、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンなどのシリコン系材料を熱酸化することにより、緻密な絶縁膜を得ることが可能となる。また、ノンドープシリコンを用いると、リンなどの不純物が導電に寄与したりすることなく、電極間の絶縁を確実にすることが可能となり、高品質の電極間絶縁膜が形成されているため、耐圧を高めることが可能となる。
【００１７】
また望ましくは、本発明の固体撮像素子における前記電極間絶縁膜は、第２の領域の内部に導電性領域を具備し、前記導電性領域は、電荷転送を容易にするように、前記電荷転送電極と独立して、電位をスイッチング可能に構成される。
かかる構成によれば、この導電性領域に、隣接する配線間のポテンシャルギャップを打ち消すようなバイアスを印加することで電荷転送不良を改善することが可能となる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板表面のゲート酸化膜上に、複数の電荷転送電極が形成された固体撮像素子の製造方法であって、前記ゲート酸化膜上に、電極間絶縁膜としての幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜を形成する電極間絶縁膜形成工程と、前記電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜上を覆うように、シリコン系導電性膜を形成するシリコン系導電性膜形成工程と、前記シリコン系導電性膜の上層に、表面が平坦となるように金属を含む導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、前記電極間絶縁膜の頂面が露出するまで、前記導電性膜および前記シリコン系導電性膜をエッチバックするエッチバック工程とを含むものである。
【００１９】
この方法によれば、１回のフォトリソグラフィ工程を経るのみで、電極間絶縁膜となる絶縁膜のパターンを形成することができる。また、微細な電極間絶縁膜を再現性よくかつ、信頼性よく形成することが可能となる。
【００２０】
望ましくは、本発明の製造方法における前記電極間絶縁膜形成工程は、前記ゲート酸化膜上に、シリコン系導電性膜と、絶縁膜とを順次積層する工程と、前記絶縁膜を所定幅を残して選択的に除去し、絶縁膜パターンを形成するパターニング工程と、前記絶縁膜パターンをマスクとして、前記シリコン系導電性膜を等方的に処理して前記シリコン系導電性膜のパターン幅を前記絶縁膜パターンよりも縮小化する縮小化工程と、前記シリコン系導電性膜のパターンを酸化し、前記第１の領域としてのパターン幅の狭い絶縁膜パターンを形成し、この幅の狭い第１の領域と、前記第１の領域上に形成され、前記第１の領域よりも広がるように形成された第２の領域とからなる電極間絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、エッチングマスクとしてのレジストパターンを解像限界で形成し、これをさらに等方性エッチングを行うことにより、幅を微細化することができ、容易に微細幅の電極間絶縁膜を形成することができるので、微細な電極間絶縁膜を信頼性よく形成することが可能となる。
【００２２】
また、微細幅に形成したシリコン系導電性膜をパタ−ニングした後、酸化することにより、容易に高品質の酸化シリコン膜の微細パターンを得ることが可能となる。
【００２３】
望ましくは、本発明の製造方法における前記エッチバック工程は、化学的研磨法（ＣＭＰ）法によるものである。この方法によれば、ＣＭＰ法により表面平坦性の良好な固体撮像素子を形成知ることができる。
【００２４】
望ましくは、本発明の製造方法における前記導電性膜形成工程は、減圧ＣＶＤ法によるタングステン膜の形成工程を含むものである。この方法によれば、減圧ＣＶＤ法により段差被覆性の良好なタングステン膜を形成することができ、また同時に遮光効果をもたせるようにすることも可能である。
【００２５】
このように本発明によれば、低抵抗配線材料を電荷転送電極として使用しているためデバイスの高さを低減することができ、フォトリソ工程やエッチング工程での加工マージンが広がり、高価なステッパなどの半導体製造装置を用いることなく高歩留まりの固体撮像素子を得ることが可能となる。また高品質の絶縁膜を電極間絶縁膜として用いているため、電気的耐圧の改善を図ることができ、歩留まりが向上する。さらにまた微細な幅の電極間領域に絶縁材料を埋め込む必要がなく、電気的耐圧の低下を防止することができ、歩留まりの向上を図ることが可能となる。
【００２６】
【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つつ説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１に本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図２（ａ）乃至（ｄ）および図３（ａ）乃至（ｄ）はその製造工程図を示す要部拡大図である。図１（ａ）は、その電荷転送電極までを示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。この固体撮像素子は、隣接する前記電荷転送電極４０間に形成される電極間絶縁膜３が、ゲート酸化膜２上に形成され、幅の狭い第１の領域３ｑと、この第１の領域３ｑ上に形成され、この第１の領域３ｑよりも広がるように形成された第２の領域３ｐとからなる電極間絶縁膜３を有し、この電荷転送電極４０は、電極間絶縁膜の側壁および前記ゲート酸化膜を覆うように形成されたシリコン系導電性膜４ａとこの上層に形成された金属を含む導電性膜４ｂとで構成されたことを特徴とする。
【００２８】
すなわち、この固体撮像素子においては、図１に示すように、シリコン基板１には、複数のフォトダイオード３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送電極４０（図１（ａ）では、４０ａ〜４０ｄと表記してある。）が、フォトダイオード３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送電極４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル３１は、図１（ａ）では図示していないが、電荷転送電極４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。なお、図１（ａ）においては、電極間絶縁膜３の内、フォトダイオード領域と電荷転送電極４０との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード３０、電荷転送チャネル３１、チャネルストップ領域３２、電荷読み出し領域３３が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜３と電荷転送電極４０が形成される。
【００３０】
電荷転送電極４０は、電極間絶縁膜３の側壁およびゲート酸化膜２を覆うように形成されたシリコン系導電性膜４ａと、このシリコン系導電性膜４ａで囲まれた領域に形成された金属を含む導電性膜４ｂとを含む。シリコン系導電性４ａは、例えば高濃度ドープの多結晶シリコンによって形成され、金属を含む導電性膜４ｂは、例えばタングステンシリサイド層よって形成される。電荷転送電極４０の上面には、酸化シリコン膜５が形成される。
【００３１】
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード３０部分を除いて遮光膜５０が設けられ、さらにカラーフィルタ６０、マイクロレンズ７０が設けられる。また、電荷転送電極４０と遮光膜５０との間、および遮光膜５０とカラーフィルタ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等が充填される。電荷転送電極４０および電極間絶縁膜３を除いて従来のものと同様であるので説明を省略する。また、図１では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、インターライン型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００３２】
次に、この固体撮像素子の製造工程について説明する。電荷転送電極に関連する部分以外の製造工程は、通常のものと同様であるので説明を省略する。また、図２（ａ）乃至（ｄ）および図３（ａ）乃至（ｄ）において、シリコン基板内部の素子形成領域の構成については記載を省略している。
【００３３】
まず、ｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚２５〜３５ｎｍ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形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。続いてこのゲート酸化膜２上に、減圧ＣＶＤ法により、膜厚５０ｎｍのノンドープの非晶質シリコン膜３ｓを形成する。そして続いてチャンバー内に酸素を導入し、膜厚０．４μｍの酸化シリコン膜３ｐを形成する。このときの基板温度は５００〜７００℃とする。そしてこの上層にＦＤＵＲと称する東京応化製のレジストを厚さ０．６〜１．０μｍとなるように塗布する。なおこのノンドープの非晶質シリコン膜３ｓおよび酸化シリコン膜３ｐの成膜は減圧ＣＶＤ法の他、スパッタリング法などを用いてもよい。
【００３４】
そして図２（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより、所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅０．３５μｍのレジストパターンＲを形成する。このとき解像限界が０．３５μｍであった。ここでより微細なパターンを形成する場合にはＯ２またはＣＦ４をわずかに添加したＯ２との混合ガスを用いた等方性アッシングにより寸法を縮小してもよい。
【００３５】
続いて図２（ｂ）に示すように、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりレジストパターンＲをマスクとして酸化シリコン膜３ｐを選択的にエッチング除去したのち、レジストパターンＲを剥離除去する。ここではＥＣＲあるいはＩＣＰなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００３６】
続いて、図２（ｃ）に示すように、この酸化シリコン膜３ｐをマスクとして、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いた等方性エッチングにより、非晶質晶シリコン膜をパターニングし、酸化シリコン膜３ｐよりも幅の小さい非晶質シリコン膜３ｓのパターンを形成する。
【００３７】
そして図２（ｄ）に示すように、この非晶質シリコン膜３ｓに対しＨＣｌ＋Ｏ２雰囲気中でパイロジェニック酸化を行い、酸化シリコン膜３ｑを形成する。
【００３８】
この後、図３（ａ）に示すように、ＳｉＨ４（Ｈｅ希釈）を用いた減圧ＣＶＤ法により膜厚５０〜１５０ｎｍの多結晶シリコン膜４ａを形成する。
そしてさらに図３（ｂ）に示すように、ＷＦ６とＨ２とを用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚５００〜６００ｎｍのタングステン膜４ｂを形成する。このときの基板温度は４５０℃であった。このとき、基板表面の凹凸はなく平坦な表面となっている。
【００３９】
これを、図３（ｃ）に示すように、基板表面をＣＭＰにより研磨し、さらに化学的エッチングにより、電極間絶縁膜３となる酸化シリコン膜３ｐの上面が露呈するまでエッチングして、多結晶シリコン膜４ａとタングステン膜４ｂとの２層膜からなる電荷転送電極を個々に分離する。
【００４０】
そして、図３（ｄ）に示すように、この上層にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜５を形成し、図１に示したような固体撮像素子を形成する。
【００４１】
この方法によれば、電極間絶縁膜がゲート酸化膜２上でより幅が狭くなるように形成されており、上方でより広がるように形成されているため、ゲート酸化膜上で、安定して極めて微細幅の電極間絶縁膜を形成することができ、電荷転送電極の高密度配置が可能となる。
【００４２】
また、この電極間絶縁膜３の狭い幅の第１の領域３ｓを含めて側壁を覆うように形成された多結晶シリコン膜によって電極間絶縁膜は隙間なく良好に覆われる。ここで電荷転送電極４０はゲート酸化膜上では電極間絶縁膜３（第２の領域３ｑ）の下方に入り込むように形成される。従って電荷転送電極と電極間絶縁膜との接触面積が増大し、密着性が高められるため、寿命の増大を図ることができる。
【００４３】
また、この電極間絶縁膜はゲート酸化膜２上で局所的に幅を狭くすることによって形成されるため、解像限界を越えて狭い領域となるように形成することが可能となる。
【００４４】
さらにまた、この電極間絶縁膜は局所的に幅を狭くすることによって形成されており、かつゲート酸化膜上では、熱酸化による膜質の良好な酸化シリコン膜となっているため、絶縁性を確保するとともに膜強度を維持しつつ、電極間距離の微細化をはかることが可能となる。
【００４５】
加えて、この上層に低抵抗の金属を含む導電性膜が形成されているため、電極の低抵抗化を図ることが可能となる。また、表面の平坦化を図ることができ、この上層に配線構造を形成するような場合にも効率よくパターン形成を行うことが可能となる。
【００４６】
ここで、電荷転送電極間の間隔は、ゲート酸化膜上で０．１μｍ以下とするのが望ましい。
【００４７】
また、電荷転送電極は、前記電極間絶縁膜の側壁及び前記ゲート酸化膜を覆うように形成された多結晶シリコン膜と、この多結晶シリコン膜で囲まれた領域に形成されたタングステン膜で構成されているため、電極間絶縁膜との密着性を高めるとともに、低抵抗化をはかることが可能となる。
【００４８】
なお、前記実施の形態では、電荷転送電極を構成する金属を含む導電性膜としては、タングステンに限定されることなく、タンタル、モリブデン、チタンあるいはこれらの窒化物と、タングステン、タンタルモリブデン、アルミなどの積層膜でもよい。また、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、ニッケルシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイドなどでもよい。
【００４９】
また、１回のフォトリソグラフィ工程を経るのみで、電極間絶縁膜となる絶縁膜のパターンを形成することができる。また、解像限界に近いレジストパターンを形成しておき、酸化シリコン膜をパターニングした後、この酸化シリコン膜をマスクとして多結晶シリコンを等方的に処理してパターン幅を縮小化するようにしているため、解像限界よりも小さな、微細な電極間絶縁膜を信頼性よく形成することが可能となる。
【００５０】
また、多結晶シリコン膜４ａが電極間絶縁膜３（第１の領域３ｑ、第２の領域３ｐ）の周りに密着性よく形成されており、これにタングステン膜４ｂが形成されているため、極めて低抵抗の電極を得ることができ、高速動作の可能な固体撮像素子を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、この例では、電極間絶縁膜３のうち第１の領域３ｑを形成するに際し、ノンドープの非晶質シリコン膜３ｓを熱酸化することにより酸化シリコン膜３ｑとしたが、ドープされた非晶質シリコンまたは多結晶シリコンを用いてもよい。ノンドープの非晶質シリコン膜３ｓを用いると、不純物を含有しない酸化シリコン膜を得ることができるため、耐圧の向上を図ることが可能となる。ノンドープの非晶質シリコンまたは多結晶シリコンはドープされた非晶質シリコンまたは多結晶シリコンに比べて酸化速度が低く、酸化に時間がかかるが、膜厚が薄いため、酸化時間はあまり長くなくて十分である。
【００５２】
また、表面の平坦化を図ることができ、この上層に配線構造を形成するような場合にも効率よくパターン形成を行うことが可能となる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）および図５（ａ）乃至（ｄ）は、その製造工程図である。第１の実施の形態では、電極間絶縁膜を形成するに際し、非晶質シリコン膜と、酸化シリコン膜との２層構造で形成し、酸化シリコン膜をマスクとして選択エッチングにより、下層側の非晶質シリコン膜をパターニングし、最後に下層側の非晶質シリコン膜を、熱酸化により酸化シリコン膜としたが、第２の実施の形態では、全体を非晶質シリコン膜３ｓで形成しておき、下層側で幅が小さく、上層側で大きくなるようにパターニングした後、熱酸化を行うことにより、酸化シリコン膜３Ｒとしたものである。
【００５４】
ここでは、図５（ｄ）に示すように、幅の大きい領域では中心部が酸化されることなく非晶質シリコン膜３ｓが残留している。なお、図１（ａ）および（ｂ）における電荷転送電極４０および電極間絶縁膜３を除いては、前記第１の実施の形態と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。製造工程についても電荷転送電極４０および電極間絶縁膜３の形成工程を除いては、前記第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚２５〜３５ｎｍ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形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。続いてこのゲート酸化膜２上に、減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．５μｍの非晶質シリコン膜３ｓを形成する。このときの基板温度は５５０℃とする。そしてこの上層にＦＤＵＲと称する東京応化製のレジストパターンを厚さ０．４〜０．６μｍとなるように塗布する。
【００５６】
そしてフォトリソグラフィにより、所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅０．２μｍのレジストパターンＲを形成する。
【００５７】
この後、図４（ｂ）に示すように、Ｃｌ２とＯ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのレジストパターンＲをマスクとして非晶質シリコン膜３ｓをエッチングする。ここでは、この反応性イオンエッチングにより幅０．２μｍのパターンが形成され、後にオーバーエッチングを行うことにより、パターンのボトムがサイドエッチングにより狭小化され、０．０８μｍのパターンとなる。このときの各エッチング条件は以下に示すとおりである。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
そしてこの後、図４（ｃ）に示すように、この非晶質シリコン膜３ｓを熱酸化して酸化シリコン膜３Ｒからなる電極間絶縁膜３とする。このとき、幅の広い領域の内部には非晶質シリコン膜が酸化されずに残留している。
【００６０】
そして図５（ａ）乃至（ｄ）に示すように、このようにして形成された電極間絶縁膜３の側壁に密着するように多結晶シリコン膜４ａとタングステン膜などの金属膜４ｂとからなる電荷転送電極４０が形成される。
この方法によっても、信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。前記第２の実施の形態では、電極間絶縁膜の幅広部の内部に非晶質シリコン膜３ｓが残留した状態で電極間絶縁膜３として用いたが、この例では、内部の非晶質シリコン膜３ｓをエッチング除去するようにした点で第２の実施の形態と異なる。他部については前記第２の実施の形態と同様に形成されている。
【００６２】
すなわち、前記第２の実施の形態における図５（ｂ）に示した工程において、タングステン膜４ｂおよび多結晶シリコン膜４ａをエッチバックする際、電極間絶縁膜３となる酸化シリコン膜３Ｒの上面をもエッチングし、図６（ａ）に示すように、内部の多結晶シリコン膜を露呈せしめる。この後、図６（ｂ）に示すように、前記第２の実施の形態と同様に酸化シリコン膜５を形成する。
かかる構成によれば、前記第１および第２の実施の形態と同様の効果に加え、電極間の絶縁性がより確実となるという効果を奏功する。
【００６３】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。この工程では、電極間絶縁膜の内部に電極とは電位の異なる導電性領域４ｃを形成し、電荷転送電極と独立して、電位をスイッチングすることができ、電荷転送を容易にするようにしたものである。
【００６４】
前記第３の実施の形態では、電極間絶縁膜の幅広部の内部の非晶質シリコン膜３ｓを除去し、そのまま内部に酸化シリコン膜５を充填するようにしたが、この例では、図６（ａ）に示すように、非晶質シリコン膜３ｓを除去した後、表面に導電性膜を形成した後、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜を形成するようにしたことを特徴とする。他部については前記第３の実施の形態と同様に形成されている。
【００６５】
すなわち、前記第３の実施の形態における図６（ａ）に示した工程において、電極間絶縁膜３の幅広部３Ｒ内部の非晶質シリコン膜を除去した後、図７（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により基板表面全体にモリブデン膜４ｃを形成する
【００６６】
そして、このモリブデン膜４ｃをＣＭＰによりエッチバックし、表面を平坦化する。
【００６７】
この後図７（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、酸化シリコン膜５を形成する。
【００６８】
かかる構成によれば、電極間絶縁膜の内部に電極とは電位の異なる導電性領域を形成することができるため、前記電荷転送電極と独立して、電位をスイッチングすることができ、電荷転送を容易にすることが可能となる。すなわち、かかる構成によれば、この導電性領域に、隣接する配線間のポテンシャルギャップを打ち消すようなバイアスを印加することで電荷転送不良を改善することが可能となる。
【００６９】
また、電極領域表面全体を金属膜で被覆するため、配線抵抗も低減される上、この導電性膜の材料を遮光性膜とすることにより、遮光性を高めることが可能となり、誤動作を防ぐことが可能となる。
【００７０】
製造工程についても新たにフォトリソグラフィ工程を経ることなく形成することが可能となる。
【００７１】
なお、前記実施の形態では、電極間絶縁膜として、ノンドープの非晶質シリコンを酸化することによって形成した酸化シリコン膜を用いたが、これに限定されることなく、高濃度にドープされた多結晶シリコンあるいは高濃度にドープされた非晶質シリコンを酸化してもよい。多結晶シリコンの場合、粒界と多結晶部の酸化速度の違いから仕上がり幅のばらつきが生じることがあるが、非晶質シリコンを用いることにより、より微細で高精度のパターンを得ることが可能となる。
【００７２】
また、導電性膜４ｂ、４ｃとしては、相互に異なる材料を用いても良いし、同一材料を用いても良い。またタングステン、モリブデンのほか、タンタル、チタン、コバルト、あるいはこれらのシリサイド、あるいはアルミニウムなどでもよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、単層構造の電荷転送電極間の電気的耐圧が高く、低消費電力で高速駆動可能な固体撮像素子を提供することができる。
また、電荷転送電極の低抵抗化により電極の高さを低くすることができ、かつ表面の平坦化を図ることができるため、色むらなどの段差に起因する光学特性不良を低減することが可能となる。
さらに、高速転送が可能となるためスミアなどの光学特性を改善することができ、高品質で信頼性の高いＣＣＤを得ることが可能となる。
【００７４】
また、単層電極構造で微細な電極間距離を有する固体撮像素子を、再現性よく簡単に製造することができる。
【００７５】
また、高額な設備を導入することなく、安価に製造できることから製造コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図
【図４】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図
【図６】本発明の第３の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図
【図７】本発明の第４の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図
【符号の説明】
１・・・シリコン基板
２・・・ゲート酸化膜
３ｓ・・・非晶質シリコン膜
３ｐ・・・酸化シリコン膜
３ｑ・・・酸化シリコン膜
３・・・電極間絶縁膜
４ａ・・・多結晶シリコン膜（シリコン系導電性膜）
４ｂ・・・金属膜
４ｃ・・・金属膜
５・・・酸化シリコン膜
３０・・・フォトダイオード
３１・・・電荷転送チャネル
３２・・・チャネルストップ領域
３３・・・電荷読み出し領域
４０、４０ａ〜４０ｄ・・・電荷転送電極
５０・・・遮光膜
６０・・・カラーフィルタ
７０・・・マイクロレンズ
【図１】
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【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】
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