(57)【要約】【課題】  スミアの原因となる斜め入射光を防いて、半導体基板へのダメージをも最小限に防ぐ。【解決手段】  Ｓｉ基板１の表面上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部３と、これらのフォトダイオード部３から信号電荷を読み出すトランスファゲート部４と、このトランスファゲート部４を介して読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部であるＣＣＤ部５とが設けられ、これらのトランスファゲート部４とＣＣＤ部５上にゲート絶縁膜８ａ，８ｂを介してゲート電極９Ａが設けられた固体撮像素子２０において、Ｓｉ基板１に溝７Ａを形成し、この溝７Ａが形成されたＳｉ基板１の表面上にフォトダイオード部３、トランスファゲート部４、ＣＣＤ部５、ゲート電極９Ａを形成した後に、ＣＣＤ部５を横方向に覆うように溝７Ａ内に埋め込まれた遮光膜１１Ａを形成している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部から読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部とが設けられた固体撮像素子において、
該画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間の画素部間に該半導体基板表面から所定深さの溝が設けられ、斜め入射光遮断用に該溝を埋め込むと共に、該フォトダイオード部上方を開口しかつ、少なくとも該電荷転送部上方を覆うように遮光膜が設けられた固体撮像素子。
【請求項２】
前記溝の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記溝を埋め込んだ遮光膜は、前記電荷転送部を前記フォトダイオード部側面側から覆っている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光膜は、前記フォトダイオード部上方の開口部からの斜め入射光を遮断するべく前記溝を埋め込んでいる請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記電荷転送部の表面と前記フォトダイオード部の表面とは面一に構成されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記溝の幅は、遮光に必要な前記遮光膜の膜厚寸法と、該遮光膜の膜厚寸法に所定の層間絶縁膜の膜厚の２倍を加えた膜厚寸法とのうちのいずれかである請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間を分離するためのチャンネルストップ部が前記溝の底部から所定深さに設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記チャンネルストップ部の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記該フォトダイオード部と前記電荷転送部との間に、該フォトダイオード部から該電荷転送部に信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部が設けられ、該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
隣接する各ゲート電極間に前記フォトダイオード部および前記溝が設けられている請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
半導体基板の各画素部となる領域間に所定深さの溝を形成し、該溝の底部にチャンネルストップ部を形成する溝およびチャンネルストップ部形成工程と、
入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部、該フォトダイオード部から信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部および、該トランスファゲート部を介して読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部を形成する素子部形成工程と、
該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
該ゲート電極上および、該溝内を埋め込むように遮光膜を成膜して、該フォトダイオード部上の遮光膜を開口する遮光膜形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記溝およびチャンネルストップ部形成工程は、前記溝を所定パターンのマスクを用いてエッチング処理により所定深さに形成し、該マスクを用いて該溝の底部にイオン注入することにより前記チャンネルストップ部を形成する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記溝を形成するエッチング処理は、ドライエッチングにより前記半導体基板を選択的に除去する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記半導体基板の表面に酸化膜が形成されている場合に、前記エッチング条件は、フッ素系のガスを用いて、該酸化膜の材料と該半導体基板の材料との選択比を１以上に設定する請求項１２または１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記溝の所定深さを、前記電荷転送部の深さ位置と同等以上とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記チャンネルストップ部の所定深さを、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記素子部形成工程は、
前記トランスファゲート部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、
隣合う溝の一方と該トランスファゲート部間に前記電荷転送部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成する電荷転送部形成工程と、
隣合う溝の他方と該トランスファゲート部間に前記フォトダイオード部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順にまたは順不同に行う請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記溝およびチャンネルストップ部を介して、前記フォトダイオード部と当該フォトダイオード部に隣接する画素部の前記電荷転送部とを形成する請求項１７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記ゲート電極形成工程と前記遮光膜形成工程との間に、前記フォトダイオード部上に層間膜を介して反射防止膜を形成する工程を更に有し、該層間膜を前記溝の側壁にも形成する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮像可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子は、半導体基板の表面に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部（受光部）と、このフォトダイオード部から信号電荷を読み出すトランスファゲート部と、このトランスファゲート部によって読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部（ＣＣＤ部）とが設けられており、そのトランスファゲート部およびＣＣＤ部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。この固体撮像素子では、被写体からの入射光が各フォトダイオード部でそれぞれ光電変換され、光電変換された信号電荷がトランスファゲート部およびＣＣＤ部を介して電荷検出部に順次電荷転送されて検出される。
【０００３】
ここで、フォトダイオード部以外の部分、例えばトランスファゲート部やＣＣＤ部に光が入射されると、信号電荷検出に影響を与えるため、フォトダイオード部上のみを開口させ、このフォトダイオード部以外のトランスファゲート部やＣＣＤ部などを覆うように遮光膜が設けられている。
【０００４】
例えば特許文献１には、Ｓｉ基板に溝部分が設けられ、この溝部分内にポリシリコンからなるゲート電極が埋め込まれ、その上に遮光膜が設けられた固体撮像素子が開示されている。
【０００５】
以下に、この特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子について、図１０〜図１２を参照して説明する。
【０００６】
図１０は、従来の固体撮像素子の要部単位構成例を示す縦断面図である。
【０００７】
図１０において、従来の固体撮像素子１００は、Ｓｉ基板１の表面上に設けられたウェル（ｗｅｌｌ）領域２に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部３と、そのフォトダイオード部３から信号電荷を読み出すトランスファゲート部４と、このトランスファゲート部４によって読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部であるＣＣＤ部５と、この画素部のフォトダイオード部３と隣接する画素部のＣＣＤ部５との間を分離するチャンネルストップ部６とが設けられている。
【０００８】
これらのトランスファゲート部４、ＣＣＤ部５およびチャンネルストップ部６は、Ｓｉ基板１の溝７内に設けられており、これらのトランスファゲート部４およびＣＣＤ部５上にゲート絶縁膜８を介してゲート電極９が設けられている。ゲート電極９上には層間絶縁膜１０が設けられており、その上には、フォトダイオード部３上が開口部Ｂで開口した所定パターンの遮光膜１１が設けられている。この遮光膜１１によってゲート電極９および層間絶縁膜１０上が覆われると共に溝７が埋め込まれている。
【０００９】
上記構成により、以下に、この従来の固体撮像素子１００の製造方法について、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）および図１２（ａ）〜図１２（ｃ）を参照しながら説明する。
【００１０】
まず、図１１（ａ）に示すように、ウェル（ｗｅｌｌ）領域２が設けられたシリコン（Ｓｉ）基板１に溝７を形成する。この溝７は、エッチングによる加工や、Ｓｉ基板１を酸化した後に酸化膜を除去する方法などによって形成できる。ここでは、溝７となる基板部分上が開口した所定パターンのレジスト膜７ａをマスクとして用いてエッチング処理を行うことにより溝７を形成する。
【００１１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ウェル（ｗｅｌｌ）領域２の表面上を覆うように酸化膜（ゲート絶縁膜８）を形成し、この酸化膜（ゲート絶縁膜８）を介してウェル（ｗｅｌｌ）領域２内にイオン注入を行って、図１１（ｃ）に示すようにフォトダイオード部３、トランスファゲート部４、ＣＣＤ部５およびチャンネルストップ部６を横方向に配列して形成する。このとき、トランスファゲート部４、ＣＣＤ部５およびチャンネルストップ部６は溝７内に形成する。
【００１２】
さらに、図１２（ａ）に示すように、トランスファゲート部４およびＣＣＤ部５上にわたって、ゲート絶縁膜８として用いられる酸化膜を介して、ポリシリコンなどからなるゲート電極９を形成する。このとき、ゲート電極９は、溝７の端とゲート電極９との間に隙間ができるように加工する。
【００１３】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、ゲート電極９上を覆うように層間絶縁膜１０を成膜する。このとき、層間絶縁膜１０は、上記ゲート電極９の場合と同様に、溝７の端と層間絶縁膜１０との間に隙間ができるように成膜する。
【００１４】
その後、図１２（ｃ）に示すように、ウエハ表面上に遮光膜１１となる遮光膜材料を成膜する。このとき、遮光膜１１となる遮光膜材料は、溝７の端と層間絶縁膜１０との間に隙間内に埋め込まれている。エッチングによりフォトダイオード部３上の遮光膜材料を選択的に除去して開口部Ｂを形成する。このようにして、遮光膜１１を所定パターンに加工する。これにより、フォトダイオード部２上の遮光膜１１の開口部Ｂを通してフォトダイオード部２のみに光を入射させることができる。
【特許文献１】特開平２００４−３１９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の固体撮像素子１００では、遮光膜１１の開口部Ｂから斜めに入射された光（以下、斜め入射光という）が、フォトダイオード部３のみではなく、チャンネルストップ部６の下に潜り込んで、隣接する画素部のＣＣＤ部５に不正に電荷を発生させることがある。これをスミアと言い、このスミアは遮光膜１１の開口部Ｂに依存している。
【００１６】
特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子１００では、ゲート電極９および遮光膜１１を埋め込むことによって、斜め入射光を緩和させる効果は得られるが、チャンネルストップ部６下側に入射される光によるスミアを防ぐためには不十分であった。
【００１７】
さらに、ゲート電極９および遮光膜１１を埋め込むために、広い範囲でＳｉ基板１に溝７を形成しなければならないため、Ｓｉ基板１への負担も大きく、これによって、結晶欠陥などを発生させる危険性が大きい。この結晶欠陥などによって、ＣＣＤ特有の不良である白傷不良が増加する可能性が大きくなっている。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、スミアの原因となる斜め入射光を防ぎ、半導体基板へのダメージを最小限に防ぐことができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００１９】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板に、入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部から読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部とが設けられた固体撮像素子において、該画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間の画素部間に該半導体基板表面から所定深さの溝が設けられ、斜め入射光遮断用に該溝を埋め込むと共に、該フォトダイオード部上方を開口しかつ、少なくとも該電荷転送部上方を覆うように遮光膜が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝を埋め込んだ遮光膜は、前記電荷転送部を前記フォトダイオード部側面側から覆っている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜は、前記フォトダイオード部上方の開口部からの斜め入射光を遮断するべく前記溝を埋め込んでいる。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記電荷転送部の表面と前記フォトダイオード部の表面とは面一に構成されている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝の幅は、遮光に必要な前記遮光膜の膜厚寸法と、該遮光膜の膜厚寸法に所定の層間絶縁膜の膜厚の２倍を加えた膜厚寸法とのうちのいずれかである。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間を分離するためのチャンネルストップ部が前記溝の底部から所定深さに設けられている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるチャンネルストップ部の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記該フォトダイオード部と前記電荷転送部との間に、該フォトダイオード部から該電荷転送部に信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部が設けられ、該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、隣接する各ゲート電極間に前記フォトダイオード部および前記溝が設けられている。
【００２９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の各画素部となる領域間に所定深さの溝を形成し、該溝の底部にチャンネルストップ部を形成する溝およびチャンネルストップ部形成工程と、入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部、該フォトダイオード部から信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部および、該トランスファゲート部を介して読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部を形成する素子部形成工程と、該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極上および、該溝内を埋め込むように遮光膜を成膜して、該フォトダイオード部上の遮光膜を開口する遮光膜形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝およびチャンネルストップ部形成工程は、前記溝を所定パターンのマスクを用いてエッチング処理により所定深さに形成し、該マスクを用いて該溝の底部にイオン注入することにより前記チャンネルストップ部を形成する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝を形成するエッチング処理は、ドライエッチングにより前記半導体基板を選択的に除去する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における前記半導体基板の表面に酸化膜が形成されている場合に、前記エッチング条件は、フッ素系のガスを用いて、該酸化膜の材料と該半導体基板の材料との選択比を１以上に設定する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝の所定深さを、前記電荷転送部の深さ位置と同等以上とする。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるチャンネルストップ部の所定深さを、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における素子部形成工程は、前記トランスファゲート部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、隣合う溝の一方と該トランスファゲート部間に前記電荷転送部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成する電荷転送部形成工程と、  隣合う溝の他方と該トランスファゲート部間に前記フォトダイオード部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順にまたは順不同に行う。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記溝およびチャンネルストップ部を介して、前記フォトダイオード部と当該フォトダイオード部に隣接する画素部の前記電荷転送部とを形成する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ゲート電極形成工程と前記遮光膜形成工程との間に、前記フォトダイオード部上に層間膜を介して反射防止膜を形成する工程を更に有し、該層間膜を前記溝の側壁にも形成する。
【００３８】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４０】
従来では、ゲート電極および遮光膜を埋め込むための広い範囲で溝を形成し、特に、溝の底部の半導体基板中にイオン注入を行ってトランスファゲート部、電荷転送部（ＣＣＤ部）およびチャンネルストップ部を形成するとともに、溝の底部以外の半導体基板中にフォトダイオード部を形成している。その後、その溝内に、ゲート電極を埋め込むと共に、フォトダイオード部上が開口した遮光膜を埋め込んでいる。
【００４１】
これに対して、本発明にあっては、半導体基板中にイオン注入を行ってフォトダイオード部、トランスファゲート部、電荷転送部およびチャンネルストップ部を形成する前に、遮光膜だけを埋め込むための幅の狭い溝を形成し、この溝の底部にチャンネルストップ部を形成する。その後、半導体基板中にフォトダイオード部、トランスファゲート部および電荷転送部を形成し、これらのトランスファゲート部および電荷転送部上にゲート電極を形成した後に、その溝内にフォトダイオード部上が開口した遮光膜を埋め込む。
これによって、本発明の電荷転送部（ＣＣＤ部）の形成領域が従来の電荷転送部（ＣＣＤ部）の形成領域よりも浅い位置に形成されることになる。したがって、電荷転送部（ＣＣＤ部）の形成領域の深さに対して、溝に埋め込まれた遮光膜の深さとチャンネルストップ部の深さを相対的に深い位置に形成することが可能となる。このように、電荷転送部に対して遮光膜を従来よりも深い溝内に埋め込むことによって、半導体基板上に入射された斜め入射光を、溝に埋め込まれた基板内の遮光膜で防いで、従来のようにチャンネルストップ部下に斜め入射光が潜り込んで入射されることを防ぐことが可能となる。このため、スミアを抑制することが可能となる。また、遮光膜および半導体基板の酸化膜の隙間の距離が長くなれば、乱反射された光が隣の画素部に到達するまでに減衰されるため、スミアを抑制することが可能となる。
【００４２】
また、溝は遮光膜だけを埋め込むための幅サイズで良いため、従来技術の場合に比べて半導体基板へのダメージを最小限に防いで結晶欠陥を減少させることが可能となって、ＣＣＤ特有の不良である白傷不良が抑制可能となる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、電荷転送部から見て、従来よりも深い位置に、遮光膜を半導体基板の溝内に埋め込むことによって、チャンネルストップ部下に入射される不正な斜め光の侵入を抑えてスミアを抑制することができる。しかも、このように、半導体基板の内部深くに遮光膜が形成されているため、隣の画素部までの距離が長くなり、遮光膜と半導体基板との乱反射による入射光を減衰させて、スミアを抑制することができる。
【００４４】
また、スミアを抑えることができるため、フォトダイオード部上の遮光膜の開口部を広げて光を十分受光させ、感度特性を向上させることができる。
【００４５】
さらに、遮光膜だけを埋め込むだけの溝幅でよく、従来の場合に比べて溝幅を小さくできるため、従来の固体撮像素子よりも半導体基板へのダメージを減らして結晶欠陥を減らすことができる。これによって、ＣＣＤ特有の不良である白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。なお、図１０の従来の固体撮像素子の構成要素と同一の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付している。
【００４８】
図１において、本実施形態の固体撮像素子２０は、Ｓｉ基板１の表面上に設けられたウェル（ｗｅｌｌ）領域２に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部３（受光部）と、このフォトダイオード部３から信号電荷を読み出すトランスファゲート部４と、このトランスファゲート部４によって読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部であるＣＣＤ部５と、この画素部のフォトダイオード部３と隣接する画素部のＣＣＤ部５との間を分離するチャンネルストップ部６とが設けられている。
【００４９】
Ｓｉ基板１の上方には、各画素部のフォトダイオード部３と、これに隣接する画素部のＣＣＤ部５との間に溝７Ａが設けられており、チャンネルストップ部６はこの溝７Ａの底部に設けられている。これらのトランスファゲート部４およびＣＣＤ部５上には、ゲート酸化膜８ａおよびゲート窒化膜８ｂからなるゲート絶縁膜を介してゲート電極９Ａが設けられている。このゲート電極９Ａ上には、層間酸化膜８ｃおよび層間絶縁膜８ｄからなる層間絶縁膜が設けられており、その上にフォトダイオード部３上が開口した遮光膜１１Ａが設けられている。この遮光膜１１Ａは、層間酸化膜８ｃおよび層間絶縁膜８ｄからなる層間絶縁膜上を覆うと共に、フォトダイオード部３の側面側からＣＣＤ部５を横方向からも覆うように溝７Ａ内を埋め込んでいる。フォトダイオード部３上の遮光膜１１Ａの開口部Ａ内には、光が効率よく透過するように反射防止膜１２が設けられている。
【００５０】
この場合に、ＣＣＤ部５とフォトダイオード部３とは面一に構成されている。このＣＣＤ部５とフォトダイオード部３の表面からの溝７Ａの所定深さは、ＣＣＤ部５の領域深さと同等かまたはそれよりも深く形成すればよい。または、チャンネルストップ部６の所定深さは、ＣＣＤ部５の深さと同等かまたは、ＣＣＤ部５の深さよりも深く形成されている。即ち、溝７Ａの所定深さは、後工程で形成されるＣＣＤ部５の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部６の領域下端部が形成される程度に調整すればよい。ここでは、溝７Ａの所定深さは、後工程で形成されるＣＣＤ部５の深さと同等位置に設定しているため、ＣＣＤ部５の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部６の領域下端部が位置している。これによって、溝７Ａ内を埋め込んだ遮光膜１１Ａは、フォトダイオード部３上方の開口部Ａからの斜め入射光がＣＣＤ部５に入射されるのを、より確実に遮光するようになっている。
【００５１】
また、層間酸化膜８ｃおよび層間絶縁膜８ｄからなる層間絶縁膜を溝７Ａの側壁にも形成し、溝７Ａ内で層間絶縁膜間に隙間ができるようにする。この溝７Ａの隙間内に遮光膜１１Ａを埋め込むようにしている。よって、溝７Ａの幅サイズ（所定幅）は、遮光に必要な遮光膜１１Ａの膜厚と、層間酸化膜８ｃおよび層間絶縁膜８ｄからなる層間絶縁膜の膜厚の２倍とを加えたものである。なお、溝７Ａの幅サイズ（所定幅）は、遮光に必要な遮光膜１１Ａの膜厚だけでもよい。
【００５２】
上記構成により、以下に、本実施形態の固体撮像素子２０の各製造工程の溝７Ａおよびチャンネルストップ部６の形成工程、トランスファゲート部４の形成工程、ＣＣＤ部５の形成工程、フォトダイオード部３の形成工程、ゲート電極９Ａの形成工程、反射防止膜１２の形成工程、層間絶縁膜８ｄの形成工程および遮光膜１１Ａの形成工程を、図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｄ）、図６（ａ）〜図６（ｆ）、図７（ａ）〜図７（ｅ）、図８および図９（ａ）〜図９（ｄ）を用いて順次説明する。
【００５３】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上に酸化膜１ａを形成した後、Ｐ領域からなるウェル（ｗｅｌｌ）領域２を形成する。
【００５４】
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１に所定幅で所定深さの溝７Ａの形成のためにフォトレジストマスク１３を所定パターンで形成し、図２（ｃ）に示すように、これにエッチング処理を行ってＳｉ基板１に所定幅で所定深さの溝７Ａを形成する。このとき、酸化膜１ａおよびＳｉ基板１をドライエッチングにより選択的に除去することが望ましい。ウエットエッチングで酸化膜１ａを除去することも可能であるが、横方向に対してもエッチングが進むため、ドライエッチングを用いることが望ましい。そのエッチング条件は、フッ素系のガスを用いて、酸化膜１ａの材料とＳｉとの選択比が１以上とすることが望ましい。Ｓｉ基板１は、ＨＢｒ、Ｃｌ２およびＯ２の混合ガスを用いてエッチングすることができる。また、溝７Ａの幅寸法は、後工程で積層される膜（ここでは、層間酸化膜８ｃおよび層間絶縁膜８ｄからなる層間絶縁膜）の特性（カバレジなど）を十分考慮して設定することが望ましい。溝７Ａの所定深さは、後工程で形成されるＣＣＤ部５の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部６が形成される程度に調整することが望ましい。
【００５５】
さらに、図２（ｄ）に示すように、溝７Ａの形成時のエッチング処理で用いたフォトレジストマスク１３を用いてイオン注入を行って溝７Ａの底部にチャンネルストップ部６を形成する。なお、このチャンネルストップ部６の幅を溝７Ａの幅とは別に設定したい場合には、別途フォトレジストマスクを形成してイオン注入を行ってもよい。
【００５６】
さらに、図３（ａ）に示すＳｉ基板１の表面上の酸化膜１ａおよびフォトレジストマスク１３を除去し、図３（ｂ）に示すように再度酸化を行って酸化膜２ｂを形成する。このとき、溝７Ａの部分のみまたはチャンネルストップ部６のみを酸化させてもよい。
【００５７】
さらに、図３（ｃ）に示すように、トランスファゲート部４の形成のためのフォトレジストマスク１４を所定パターンで形成し、図３（ｄ）に示すように、このフォトレジストマスク１４をマスクとして酸化膜２ｂを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部４を形成する。
【００５８】
さらに、図４（ａ）に示すようにトランスファゲート部４の形成用のフォトレジストマスク１４を除去し、図４（ｂ）に示すように、ＣＣＤ部６の形成のためのフォトレジストマスク１５を所定パターンに形成して、図４（ｃ）に示すように、このフォトレジストマスク１５をマスクとして酸化膜２ｂを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部４と、隣接する溝７Ａの一方との間にＣＣＤ部５を形成する。その後、図４（ｄ）に示すようにＣＣＤ部５の形成用のフォトレジストマスク１５を除去する。
【００５９】
さらに、図５（ａ）に示すように、フォトダイオード部３の形成のためのフォトレジストマスク１６を所定パターンに形成して、図５（ｂ）に示すように、このフォトレジストマスク１６をマスクとして酸化膜２ｂを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部４と、隣接する溝７Ａの他方との間にフォトダイオード部３を形成する。その後、図５（ｃ）に示すようにフォトダイオード部３の形成用のフォトレジストマスク１６を除去する。さらに、図５（ｄ）に示すように酸化膜２ｂを一旦除去する。
【００６０】
さらに、図６（ａ）に示すように、その基板部上にゲート酸化膜８ａを形成し、その後、図６（ｂ）に示すように、ゲート窒化膜８ｂを形成する。このとき、溝７Ａはゲート酸化膜８ａおよびゲート窒化膜８ｂによって埋め込まれる。さらに、図６（ｃ）に示すように、ゲート電極９ＡとなるＮ＋−Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜９ａを堆積し、図６（ｄ）に示すように、ゲート電極９Ａの形成のためのフォトレジストマスク１７を所定パターンで形成して、図６（ｅ）に示すように、フォトレジストマスク１７をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、トランスファゲート部４およびＣＣＤ部５上にゲート電極９Ａを形成する。このとき、溝７Ａに埋まっているゲート窒化膜８ｂおよびその下のゲート酸化膜８ａも除去する。その後、図６（ｆ）に示すようにゲート電極９Ａの形成用のフォトレジストマスク１７を除去する。
【００６１】
さらに、図７（ａ）に示すように、ゲート電極９Ａ、フォトダイオード部３および溝７Ａ内のトランスファゲート部４上にわたって層間酸化膜８ｃを形成し、その後、図７（ｂ）に示すように層間酸化膜８ｃ上に窒化膜１２ａを形成する。このとき、層間酸化膜８ｃは溝７Ａの側壁にも形成され、後の遮光膜形成工程に影響を及ぼすため、層間酸化膜８ｃの膜厚を考慮する必要がある（溝７Ａ内で層間絶縁膜８ｃ間に隙間ができるようにする）。溝７Ａ内に形成される窒化膜１２ａについては、後の工程でフォトダイオード部３上の反射防止膜１２の加工時に除去されるため、考慮する必要はない。さらに、図７（ｃ）に示すように、反射防止膜１２の形成のためのフォトレジストマスク１８を所定のパターンで形成し、図７（ｄ）に示すように、このフォトレジストマスク１８をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、フォトダイオード部３上に反射防止膜１２を形成する。その後、図７（ｅ）に示すように、反射防止膜１２の形成用のフォトレジストマスク１８を除去する。
【００６２】
さらに、図８に示すように、層間酸化膜８ｃおよび反射防止膜１２上の基板部全面に層間絶縁膜８ｄを形成する。この層間絶縁膜８ｄについても、上記層間酸化膜８ｃの場合と同様に、溝７Ａの側壁にも形成され、後の遮光膜形成工程に影響を及ぼすため、層間絶縁膜８ｄの膜厚を考慮する必要がある。
【００６３】
さらに、図９（ａ）に示すように、層間絶縁膜８ｄ上に遮光膜材料１１ａを成膜する。この遮光膜材料１１ａとしては、一般に、タングステンなどの金属膜材料が使用されているが、遮光性を有する膜材料であれば、金属膜材料でなくてもよい。このとき、溝７Ａは、その側壁に付着した層間絶縁膜８ｄの隙間内が遮光膜材料１１ａによって埋め込まれる。その後、図９（ｂ）に示すように、遮光膜形成のためのフォトレジストマスク１９を、フォトダイオード部３上が開口した所定パターンで形成し、図９（ｃ）に示すように、このフォトレジストマスク１９をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、フォトダイオード部３上の遮光膜材料１１ａを除去して開口部Ａとして遮光膜１１Ａを形成する。さらに、図９（ｄ）に示すように、遮光膜１１Ａの形成用のフォトレジストマスク１９を除去して、本実施形態の固体撮像素子２０の製造を完了する。
【００６４】
以上により、本実施形態では、Ｓｉ基板１の表面上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部３と、これらのフォトダイオード部３から信号電荷を読み出すトランスファゲート部４と、このトランスファゲート部４を介して読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部であるＣＣＤ部５とが設けられ、これらのトランスファゲート部４とＣＣＤ部５上にゲート絶縁膜（ゲート酸化膜８ａおよびゲート窒化膜８ｂ）を介してゲート電極９Ａが設けられた固体撮像素子２０において、Ｓｉ基板１に溝７Ａを形成し、この溝７Ａが形成されたＳｉ基板１の表面上にフォトダイオード部３、トランスファゲート部４、ＣＣＤ部５、ゲート電極９Ａを形成した後に、ＣＣＤ部５を横方向に覆うように溝７Ａ内に埋め込まれる遮光膜１１Ａを形成している。
【００６５】
このように、遮光膜１１ＡをＳｉ基板１の溝７Ａ内に深く埋め込むことによって、Ｓｉ基板１に入った斜め入射光がチャンネルストップ部４側からＣＣＤ部５に入射されるのを防いで、スミアを抑制することができる。また、ＣＣＤ部５を横方向に覆うように半導体基板１の内部深くまで遮光膜１１Ａが形成されているため、隣の画素部までの距離が長くなり、遮光膜１１Ａと半導体基板１との乱反射による入射光をも減衰させてスミアを抑制することができる。
【００６６】
また、スミアを抑えることができるため、フォトダイオード部３の遮光膜１１Ａの開口部Ａを広げて光を十分受光させ、感度特性を向上させることができる。
【００６７】
さらに、従来の固体撮像素子１００よりも、溝７Ａが形成される領域が大幅に狭く、Ｓｉ基板１へのダメージを減らすことができて結晶欠陥を減らすことができる。このため、白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記固体撮像素子２０をカメラ付携帯電話装置、デジタルスチルカメラおよびデジタルムービーカメラなどの電子情報機器の撮像部に用いることができて、遮光膜１１Ａの開口部Ａを通して固体撮像素子２０内のフォトダイオード部３（受光部）に入射される入射光のうち、ＣＣＤ部５に向かう、スミアの原因となる斜め入射光を、溝７Ａを埋め込んだ遮光膜１１Ａにより防ぐことができ、また、溝は斜め入射光遮光用にのみ設けられているので、従来のゲート電極９Ａの埋め込み用の溝の幅に比べて小さく構成できて、半導体基板へのダメージを最小限に防ぐことができる。
また、上記実施形態では、素子部分形成工程として、トランスファゲート部４を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、  隣合う溝７Ａの一方とトランスファゲート部４との間にＣＣＤ部５を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するＣＣＤ部形成工程と、隣合う溝７Ａの他方とトランスファゲート部４との間にフォトダイオード部３を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順行ったが、これに限らず、トランスファゲート部４を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、隣合う溝７Ａの一方とトランスファゲート部４との間にＣＣＤ部５を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するＣＣＤ部形成工程と、  隣合う溝７Ａの他方とトランスファゲート部４との間にフォトダイオード部３を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とを順不同に行ってもよい。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、被写体を撮像可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、遮光膜を半導体基板の溝に埋め込むことによってＣＣＤ部が浅い分だけその側面側から遮光できて、チャンネルストップ部下からＣＣＤ部に入射される不正な斜め光の侵入を抑えてスミアを抑制することができる。また、従来の場合に比べてＣＣＤ部が浅い分だけ、ＣＣＤ部から見て、半導体基板の内部深くに遮光膜が形成されているため、隣の画素部のＣＣＤ部までの距離が長くなり、遮光膜と半導体基板との乱反射による入射光を減衰させてスミアを抑制することができる。
【００６９】
以上のようにスミアを抑えることができるため、フォトダイオード部上の遮光膜の開口部を広げてフォトダイオード部に光を十分受光させることにより、感度特性を向上させることができる。
【００７０】
さらに、従来の固体撮像素子よりも、溝が形成される領域が狭く、半導体基板へのダメージを減らして結晶欠陥を減らすことができるため、白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部単位構成例を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程における溝およびチャンネルストップ部の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程におけるトランスファゲート部の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程におけるＣＣＤ部の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子各の製造工程におけるフォトダイオード部の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程におけるゲート電極の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程における反射防止膜の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程における層間絶縁膜の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程における遮光膜の形成工程を説明するための縦断面図である。
【図１０】従来の固体撮像素子の要部単位構成例を示す縦断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、従来の固体撮像素子の各製造工程（その１）を説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、従来の固体撮像素子の各製造工程（その２）を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  Ｓｉ基板
２  Ｐ−ｗｅｌｌ領域
１ａ、２ｂ  酸化膜
３  フォトダイオード部
４  トランスファゲート部
５  ＣＣＤ部
６  チャンネルストップ部
７Ａ  溝
８ａ  ゲート酸化膜
８ｂ  ゲート窒化膜
８ｃ  層間酸化膜
８ｄ  層間絶縁膜
９ａ  Ｎ＋−Ｐｏｌｙ  Ｓｉ膜
９Ａ  ゲート電極
１１ａ  遮光膜材料
１１Ａ  遮光膜
１２  反射防止膜
１２ａ  窒化膜
１３〜１９  フォトレジストマスク
２０  固体撮像素子
Ａ  遮光膜の開口部
【図１】
2007005493.tif 000003
【図２】
2007005493.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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