(57)【要約】【課題】形状精度の良好な受光開口および転送電極を形成可能で、これにより読み出し電圧が低く保たれると共に転送効率が確保され、かつスミアの発生を防止することができる固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】単層構造の転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、電荷転送方向ｖに沿って犠牲層パターン６を形成し、犠牲層パターン６を露出させた状態で犠牲層パターン間に電極材料層７を埋め込み形成する。その後、電荷転送方向ｖに対して垂直な方向に延設されるストライプ状の分離溝９を、犠牲層パターン６間にわたる状態で電極材料層７に形成し、分離溝９と犠牲層パターン６とで電極材料層７を分離してなる転送電極７ａを形成する。その後、犠牲層パターン６を除去することにより受光領域を露出させた受光開口を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層構造の転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、
電荷転送方向に沿って基板上に犠牲層パターンを形成する第１工程と、
前記犠牲層パターンを露出させた状態で当該犠牲層パターン間に電極材料層を埋め込み形成する第２工程と、
電荷転送方向に対して垂直な方向に延設されるストライプ状の分離溝を、前記犠牲層パターン間にわたる状態で前記電極材料層に形成し、当該分離溝と当該犠牲層パターンとで当該電極材料層を分離してなる転送電極を形成する第３工程とを行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第３工程の後、前記犠牲層パターンを除去することにより前記基板の受光領域を露出させた受光開口を形成する第４工程を行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第３工程の後、前記犠牲層パターンを除去する第４工程と、
酸化処理により前記転送電極の表面層に酸化膜を形成し、前記分離溝内を当該酸化膜によって埋め込む第５工程とを行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置の製造方法に関し、特には単層構造の駆動電極を備えた固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置の小型化および多画素化の要求にともない、画素のサイズの微細化が進展している。画素サイズの微細化による感度の低下を防止するためには、入射光量に対し受光部に入射する光量の割合、すなわち集光率を上げることが重要である。このため、転送電極構造を、２層構造から単層構造とすることが有利になる。すなわち、隣接する転送電極の端部が積層状態となる２層構造では、積層部分における入射光の「けられ」により受光部に入射する光量が低下する。これに対し、積層部のない単層構造では転送電極の高さが低く抑えられるため、入射光のけられが抑えられ、その分だけ受光部への入射光量を増加させて集光率を上げることができるのである。
【０００３】
図７の平面図および、そのＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図には、このような単層構造の転送電極の形成手順を示す。先ず、図７（１）に示すように、ゲート絶縁膜で覆われた基板１０１上に導電層１０２を形成し、次に導電層１０２上にマスクパターン１０３を形成する。その後、このマスクパターン１０３上から導電層１０２をエッチングする。これにより、図７（２）に示すように、導電層１０２に、受光開口１０４と分離溝１０５とを形成する。そして、これらの受光開口１０４と分離溝１０５とによって、導電層１０２を電荷転送方向ｖに分離してなる複数の転送電極１０２ａを形成する。
【０００４】
またこの他にも、図８の平面図および、そのＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図に示すような次の方法が提案されている。先ず、図８（１）に示すように、ゲート絶縁膜で覆われた基板１０１上に導電層１０２を形成し、次にここでの図示を省略したマスクパターン上からのエッチングにより、導電層１０２に分離溝１０５を形成する。その後、図８（２）に示すように、分離溝１０５内に絶縁膜１０６を埋め込んで平坦化し、分離溝１０５内に絶縁膜１０６を埋め込んでなる分離部１０６を形成する。次に、図８（３）に示すように、ここでの図示を省略したマスクパターン上からのエッチングにより、導電層１０２に受光開口１０７を形成し、分離部１０６と受光開口１０７とによって、電荷転送方向ｖに導電層１０２を分離してなる複数の転送電極１０２ａを形成する（以上、下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９９５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述した各製造方法には、次のような課題があった。すなわち、図７を用いて説明したような、転送電極を１回のエッチングで一括形成する方法では、図７（２）に示すように、転送電極１０２ａの凸状角部ａがラウンド形状になり易い。これは、先の図７（１）に示すように、転送電極をエッチングよりパターン形成する場合のマスクパターン１０３をリソグラフィー技術によって形成する際、マスクパターン１０３の凸状角部ａがランド形状になり易いこと、またこのマスクパターン１０３上からのエッチングにおいても凸状角部ａにエッチャントが局所的に過剰供給され易く、これによってもさらに凸状角部ａのラウンド化が進行することに起因している。
【０００７】
そして、このようにラウンド状に整形された凸状角部ａにおいては、転送電極１０２ａ間の間隔が広くなるため、転送電極１０２ａ間が所定間隔に保たれている幅（実質的な転送幅）が狭くなり、転送効率を低下させる要因になる。また、受光開口１０４脇の転送電極１０２ａ部分は、読み出しゲートを兼ねるが、凸状角部ａのラウンド化により読み出しゲートの幅が局所的に狭くなる。これにより、読み出し電圧を低く維持することが困難になる。また、転送電極１０２ａをマスクにしてイオン注入を行う場合には、イオン注入領域にばらつきが生じ、電荷の読み出し特性がばらつくと言った問題も発生する。
【０００８】
一方、図８を用いて説明したように、転送電極１０２ａを分離するための分離部１０６を形成した後に受光開口１０７を形成する方法では、上述したような転送電極１０２ａの凸状角部がラウンド化することは抑えられるものの、分離部１０６と受光開口１０７とによって転送電極１０２ａ間を確実に分離する必要があるため、受光開口１０７内に分離部１０６の端部が突出した状態となる。このため、受光開口１０７の実質的な開口形状が劣化し、受光開口１０７内への分離部１０６の突出端部において入射光のけられが生じ易くなる。また、転送電極１０２ａと分離部１０６とを覆う状態で、受光開口を備えた遮光膜を設けた場合、分離部１０６を覆う遮光膜部分の張り出し幅が少なくなり、この部分から転送電極１０２ａの下方に光が直接入射し易く、スミアを発生させる要因ともなる。
【０００９】
そこで本発明は、形状精度の良好な受光開口および転送電極を形成可能で、これにより読み出し電圧が低く保たれると共に転送効率が確保され、かつスミアの発生を防止することができる固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するための本発明は、単層構造の転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であり、次のように行うことを特徴としている。先ず第１工程では、電荷転送方向に沿って基板上に犠牲層パターンを形成する。次に第２工程では、犠牲層パターンを露出させた状態で当該犠牲層パターン間に電極材料層を埋め込み形成する。その後、第３工程では、電荷転送方向に対して垂直な方向に延設されるストライプ状の分離溝を、犠牲層パターン間にわたる状態で電極材料層に形成し、当該分離溝と犠牲層パターンとで電極材料層を分離してなる転送電極を形成する。
【００１１】
上述した製造方法では、犠牲層パターン間に埋め込み形成された電極材料層にストライブ状の分離溝を形成することで、電極材料層を分離してなる転送電極を得ている。このため、電極材料層に対して、凸状角部を有するマスクを用いたパターンエッチングを施すことなく、当該電極材料層をパターニングしてなる転送電極が得られる。したがって、得られた転送電極には、凸状角部を有するマスクを用いたパターンエッチングで生じる凸状角部のラウンド形状が発生することはない。そして、犠牲層パターンに達する端部まで、隣り合わせた電極間が所定間隔に維持された単層構造の転送電極が得られる。また、転送電極の脇に受光領域が配置されている場合には、転送電極と受光領域と間が、転送電極の端部まで所定間隔に維持される。
【００１２】
さらに、転送電極を形成した後に犠牲層パターンを除去することにより、犠牲層パターンと同一形状の開口が得られる。したがって、受光領域を覆う島状に犠牲層パターンを形成することにより、この犠牲層パターンを除去することで犠牲層パターンの島状と同一形状の受光開口が得られる。これにより、受光開口内に突出部が形成されることはなく、転送電極を覆う状態で受光開口を備えた遮光膜を設けた場合、受光開口の周縁において遮光膜の張りだし幅が均一になる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、隣り合う電極間の間隔が端部にわたって所定間隔に維持された単層構造の転送電極を得ることが可能である。このため、転送電極による電荷の転送効率を確保することができる。また、この転送電極の脇に受光領域が設けられる場合には、転送電極と受光領域と間が転送電極の端部まで所定間隔に維持されるため、受光領域から転送電極への電荷の読み出し電圧を低く保つことが可能である。またさらに、受光領域を覆う島状の犠牲層パターンを除去することによって得られる受光開口が犠牲層パターンの島状と同一形状に形成され、転送電極を覆う遮光膜の張り出し幅が均一になるため、転送電極下への光漏れによるスミアの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、固体撮像装置の基板構成の一例を示す平面図である。以下、この図１を参照しつつ、図２以下の工程図に基づいて実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。尚、図２以下は、図１の拡大部ａの平面図と、そのＡ−Ａ’断面図およびＢ−Ｂ’断面図に相当する。
【００１５】
先ず、図１に示すように、例えばｎ型の単結晶シリコンからなる半導体基板１を用意する。そして、この半導体基板１の表面層にｐウエル拡散層（図示省略）を形成し、その表面層に不純物を拡散させたｎ型の垂直転送領域２と高濃度ｐ＋型のチャネルストップ拡散層３とを形成する。各垂直転送領域２は、基板１の撮像領域１ａにマトリックス状に設定された受光領域１ｂの脇に、電荷の転送方向（垂直転送方向ｖ）に沿って延設される。また、チャネルストップ拡散層３は、垂直転送領域２の片側に隣接して配置されると共に、その一部が受光領域１ｂ間において対向する垂直転送領域２側に向かって延設されている。尚、このほかにも、必要に応じて、水平転送方向ｈに沿った水平転送領域４や読み出し領域４'の形成を行う。
【００１６】
以上のように、半導体基板１の表面層に各領域を形成した後、図２（１）に示すように、半導体基板１の上部にゲート絶縁膜５を形成する。ゲート絶縁膜５は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜をこの順に積層してなるＯＮＯ（Oxide／Nitride／Oxide）膜からなる。そして、このゲート絶縁膜５上に、犠牲層パターン６を形成する。この犠牲層パターン６は、図１に示した各受光領域１ｂ上を覆う形状にパターン形成され、チャネルストップ拡散層３脇で、かつ垂直転送領域２との間に所定間隔を設けた状態で垂直転送方向ｖに沿って、ゲート絶縁膜５上にマトリックス状に配置される。
【００１７】
この犠牲層パターン６は、例えば酸化シリコン等、次に形成する電極材料層のエッチングにおいて耐性を有する材料膜からなり、この電極材料層で構成される転送電極の膜厚と同程度以上の膜厚を有して形成されることとする。このような犠牲層パターン６の形成は、上述した酸化シリコン等の材料膜を常圧ＣＶＤやプラズマＣＶＤ、さらには適宜選択された他の方法によって成膜した後、レジストパターン（図示省略）をマスクに用いてこの材料膜をエッチングすることによって行うこととする。尚、このエッチングが終了した後には、マスクに用いたレジストパターンを除去する工程を行う。
【００１８】
次に、図２（２）に示すように、犠牲層パターン６間に電極材料層７を埋め込む。この場合、先ず、犠牲層パターン６を覆う状態で、例えばＣＶＤ法によってポリシリコン等からなる電極材料層７を成膜し、犠牲層パターン６が露出するまで電極材料層７を平坦化処理する。電極材料層７の平坦化処理は、例えばＣＭＰ法によって行うこととする。これにより、犠牲層パターン６間に、犠牲層パターン６と同じ高さで電極材料層７を埋め込む。
【００１９】
次いで、図３（１）に示すように、犠牲層パターン６と電極材料層７で構成された平面上に、水平方向に延設された帯状のレジストパターン８を形成する。このレジストパターン８は、垂直転送方向ｖに配列された犠牲層パターン６間の上部に水平方向に延設されたスリットを有し、水平方向に配列された犠牲層パターン６を横切る状態で水平方向に延設されたスリットが設けられた帯状であることとする。
【００２０】
そして、図３（２）に示すように、レジストパターン８をマスクに用い、犠牲層パターン６に対して電極材料層７を選択的にエッチングすることにより、電極材料層７に分離溝９を形成する。このようにして形成された分離溝９は、水平方向に配置される犠牲層パターン６間にわたって配置され、また垂直転送方向ｖに配列された犠牲層パターン６間に配置される。そして、これらの分離溝９と犠牲層パターン６とによって電極材料層７を垂直転送方向ｖに分離してなる転送電極７ａを形成する。尚、エッチング終了後には、レジストパターン８を除去する工程を行う。
【００２１】
その後、図４（１）に示すように、犠牲層パターン６を露出させて分離溝９を覆う形状のレジストパターン１０を転送電極７ａ上に形成する。このレジストパターン１０は、犠牲層パターン６を完全に露出させ、また分離溝９を完全に覆う形状であることが好ましい。
【００２２】
次に、図４（２）に示すように、レジストパターン１０上からのエッチングにより、犠牲層パターン（６）を選択的にエッチング除去する。これにより、レジストパターン１０によって分離溝９の底部のゲート絶縁膜５を保護しつつ、転送電極７ａ脇において受光領域（図１参照）のゲート絶縁膜５を露出させた受光開口１１を形成する。尚、このエッチングにおいては、エッチング対象となる犠牲層パターン（６）が酸化シリコンからなる場合、下地となっているＯＮＯ構造のゲート絶縁膜５の最上層の酸化シリコン膜も同時にエッチング除去される。このため、ＯＮＯ構造のゲート絶縁膜５の中間層を構成する窒化シリコン膜においてエッチングをストップさせる。
【００２３】
尚、上述した犠牲層パターン（６）のエッチング除去は、ゲート絶縁膜５に対して影響を与えることなく犠牲層パターン（６）のみを選択的にエッチング除去可能であれば、レジストパターン１０を形成することなく実施しても良い。この場合、特に転送電極７ａ間における分離溝９の底部のゲート絶縁膜５の膜厚（構成）を、転送電極７ａ下におけるゲート絶縁膜５の膜厚（構成）と同一に維持すように、犠牲層パターン（６）のエッチング除去を行うことが好ましい。
【００２４】
以上の後、図５に示すように、酸化処理（例えば熱酸化法）により転送電極７ａの表面層に酸化膜１２を形成し、分離溝９内を酸化膜１２によって埋め込む。また、受光開口１１の底面に露出しているゲート絶縁膜５の表面を構成する窒化シリコン膜の表面層にも、ここでの図示を省略した酸化膜を形成する。尚、この工程では、酸化処理によらず、ＣＶＤ法などでによって分離溝９内が埋め込まれる程度に酸化シリコンや窒化シリコンからなる絶縁膜を形成しても良い。
【００２５】
次に、図６に示すように、酸化膜１２で覆われた転送電極７ａをマスクに用いたイオン注入により、受光開口１１の底部における半導体基板１の表面層に、センサ部１３を形成する。このセンサ部１３は、例えばｎ型拡散層上に高濃度のｐ＋型拡散層を備えた構成であることとする。そして、平面図におけるＣ−Ｃ’断面図（水平方向断面図）に示すように、このようにして形成されたセンサ部１３は、ｎ型の垂直転送領域２との間に、読み出し領域となる間隔が保たれると共に高濃度ｐ＋型のチャネルストップ拡散層３を介して設けられる。
【００２６】
以上の後、ここでの図示は省略したが、酸化膜１２を介して転送電極１７ａを覆い、かつ受光開口１１ａを露出させた開口部を有する遮光膜を形成し、さらに必要に応じてオンチップレンズやカラーフィルタを形成することによって固体撮像装置を完成させる。
【００２７】
以上説明した製造方法によれば、図３（２）を用いて説明したように、受光領域を覆う犠牲層パターン６間に埋め込み形成された電極材料層７にストライプ状の分離溝９を形成することで、電極材料層７を垂直転送方向ｖに分離してなる転送電極７ａを得ている。このため、電極材料層７に対して、凸状角部を有するマスクを用いたパターンエッチングを施すことなく、電極材料層７をパターニングしてなる転送電極７ａが得られる。したがって、得られた転送電極７ａには、凸状角部を有するマスクを用いたパターンエッチングで生じる凸状角部のラウンド形状が発生することはない。
【００２８】
この結果、犠牲層パターン６に達する端部まで、隣り合わせた転送電極７ａ間が所定間隔に維持された単層構造の転送電極７ａが得られる。これにより、転送電極７ａによる電荷の転送効率を確保することが可能になる。また、転送電極７ａとその脇の受光領域と間が、転送電極７ａの端部まで所定間隔に維持される。受光領域から転送電極への電荷の読み出し電圧を低く保つことが可能である。
【００２９】
さらに、図４（２）を用いて説明したように、犠牲層パターン６を除去することにより、犠牲層パターン６の島状と同一形状の受光開口１１が得られる。これにより、受光開口１１内に突出部が形成されることはなく、後の工程で転送電極７ａを覆う状態で開口部を備えた遮光膜を設けた場合、受光開口１１の周縁において遮光膜の張りだし幅を均一にすることが可能である。この結果、転送電極７ａ下への光漏れによるスミアの発生を防止することができる。
【００３０】
尚、以上の実施形態においては、パターエッチングのマスクとしてレジストパターンを用いた場合を説明した。しかしながら、エッチングのマスクには、レジストパターンをマスクに形成した無機マスクを用いても良い。さらに、センサ部１３の形成は、転送電極７ａをマスクにしたイオン注入によって行うこととしたが、転送電極７ａの形成前にセンサ部を形成する構成であっても良い。
【００３１】
また、以上の実施形態においては、撮像領域に配置される転送電極（垂直転送電極）の形成工程を中心に本発明の製造手順を説明したが、本発明は、水平転送電極の形成に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態の製造方法を示す図（その１）である。
【図２】実施形態の製造方法を示す図（その２）である。
【図３】実施形態の製造方法を示す図（その３）である。
【図４】実施形態の製造方法を示す図（その４）である。
【図５】実施形態の製造方法を示す図（その５）である。
【図６】実施形態の製造方法を示す図（その６）である。
【図７】従来の転送電極形成の一例を示す図である。
【図８】従来の転送電極形成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…半導体基板、１ｂ…受光領域、５…ゲート絶縁膜、６…犠牲層パターン、７…電極材料層、７ａ…転送電極、９…分離溝、１１…受光開口、１２…酸化膜、２０・固体撮像装置、ｈ…水平転送方向（電荷転送方向）、ｖ…垂直転送方向（電荷転送方向）
【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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【図８】
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