(57)【要約】【課題】熱酸化による電極の変形を防止でき、電極間のポテンシャル段差を生じさせることなく、良好な電極間耐圧を確保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】基板１１上に、熱酸化膜１２と窒化シリコン膜１３と酸化シリコン膜１４とを順に堆積することでゲート絶縁膜を形成し、熱酸化膜１２をエッチングストッパ膜としてエッチングすることで第１の電極１５を形成し、第１の電極１５と第２の電極１６との間に、少なくとも窒化膜２３と酸化膜２４とを含む層間絶縁膜を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷転送部として第１の電極と第２の電極とを有する固体撮像素子であって、
基板と、
前記基板上に、熱酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを順に堆積することで形成されるゲート絶縁膜と、を有し、
前記第１の電極が前記熱酸化膜をエッチングストッパ膜としてエッチングを行うことで形成され、該第１の電極と前記第２の電極との間に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜が、少なくとも窒化膜と酸化膜とを含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記層間絶縁膜が、第１酸化膜と窒化膜と第２酸化膜とを含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
電荷転送部として第１の電極と第２の電極とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に、熱酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを順に堆積することでゲート絶縁膜を形成し、前記第１の電極を前記熱酸化膜をエッチングストッパ膜としてエッチングすることで形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に、少なくとも窒化膜と酸化膜とを含む層間絶縁膜を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の電極をエッチングで形成した後、該第１の電極下を除く熱酸化膜をウェットエッチングで除去し、第１酸化膜と窒化膜と第２酸化膜とを順に堆積することで前記層間絶縁膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の電極を形成した後、前記第２の電極となるポリシリコン層を堆積し、ＣＭＰによって平坦化する際に、前記層間絶縁膜に含まれる前記窒化シリコン膜をＣＭＰストッパ膜とすることを特徴とする請求項３又は４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】
現在、固体撮像素子としては、電荷転送部として第１の電極と第２の電極からなる２層の電極を用いる構造が一般的に知られている。
図７（ａ），（ｂ）は、従来の固体撮像素子において、２層の電極のうち第１の電極を形成する際の状態を示している。図７（ａ）に示すように、電極を形成するには、先ず、半導体基板１上に酸化シリコン膜２、窒化シリコン膜３、酸化シリコン膜４を堆積させる。そして、ポリシリコン層と該ポリシリコン層上を被覆する窒化シリコン膜とを形成した後、該ポリシリコン層をフォトリソグラフィ工程によってパターン形成し、窒化シリコン膜３をエッチングストッパ膜としてエッチングを行うことで、第１の電極５が形成される。次に、第２の電極を形成する前に、熱酸化を行うことで第１の電極５の側面に層間絶縁膜を成膜している。
【特許文献１】特開平５−３４３４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、図７（ｂ）に示すように、熱酸化を行った際には第１の電極５の幅寸法が縮小してしまうとともに、第１の電極５の半導体基板側の下方端部が細くなる現象が生じることが避けられない。すると、固体撮像素子の電荷転送電極の抵抗増加が生じることや、第１の電極５の形状の丸まりに起因して転送電極間のポテンシャル段差が生じることで転送効率が悪化してしまうことが懸念される。
【０００４】
上記特許文献１では、第１の電極５の形状の変化を防止するため、層間絶縁膜としてＣＶＤで形成した窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜を用いているが、層間絶縁膜が１層構造であるため、層間耐圧が弱い。また、上記特許文献１では、層間絶縁膜を多層構造にすると、第２の電極の下に堆積する絶縁膜が厚くなることが避けられず、電極間のポテンシャル段差が生じることが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、熱酸化による電極の変形を防止でき、電極間のポテンシャル段差を生じさせることなく、良好な電極間耐圧を確保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】
【０００６】
本発明の上記目的は、電荷転送部として第１の電極と第２の電極とを有する固体撮像素子であって、基板と、前記基板上に、熱酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを順に堆積することで形成されるゲート絶縁膜と、を有し、前記第１の電極が前記熱酸化膜をエッチングストッパ膜としてエッチングを行うことで形成され、該第１の電極と前記第２の電極との間に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜が、少なくとも窒化膜と酸化膜とを含むことを特徴とする固体撮像素子によって達成される。
【０００７】
また、本発明の上記目的は、電荷転送部として第１の電極と第２の電極とを有する固体撮像素子の製造方法であって、基板上に、熱酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを順に堆積することでゲート絶縁膜を形成し、前記第１の電極を前記熱酸化膜をエッチングストッパ膜としてエッチングすることで形成し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に、少なくとも窒化膜と酸化膜とを含む層間絶縁膜を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。
【０００８】
本発明は、第１の電極に酸化膜と窒化膜とを含む層間絶縁膜が形成されている。このため、第１の電極に熱酸化（層間酸化）を行うことに起因して電極の形状が変化することを防止することができるため、固体撮像素子の電荷転送電極の抵抗増加が生じることや、電極の形状の丸まりに起因して転送電極間のポテンシャル段差が生じることで転送効率が悪化してしまうことを防止することができる。また、層間絶縁膜が、酸化膜と窒化膜との少なくとも２層構造を有していることから良好な電極間耐圧を確保することができる。
【０００９】
また、上記固体撮像素子は、前記層間絶縁膜が、第１酸化膜と窒化膜と第２酸化膜とを含むことが好ましい。こうすれば、第１の電極と第２の電極との間に形成される層間絶縁膜が３層構造となり、第１の電極を形成した後で熱酸化（層間酸化）を行う必要がなく、電極の形状の変化をより確実に防止することができ、また、より良好な電極間耐圧を得ることができる。
【００１０】
さらに、第１の電極を形成した後、第２の電極となるポリシリコン層を堆積し、ＣＭＰによって平坦化する際に、層間絶縁膜に含まれる窒化膜をＣＭＰストッパ膜とすることが好ましい。こうすれば、第１の電極上に別途ＣＭＰストッパ膜を成膜する必要がないため、製造工程の数の増加を回避できる。      
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱酸化による電極の変形を防止でき、電極間のポテンシャル段差を生じさせることなく、良好な電極間耐圧を確保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】
【００１２】
以下、本発明にかかる固体撮像素子の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、固体撮像素子の第１実施形態を示す平面図である。図１に示すように、固体撮像素子は、シリコン基板等の半導体基板（以下、単に基板という。）１１上に、フォトダイオード等からなる複数の光電変換部３０と、光電変換部３０が受光することで生じた電荷を転送する電荷転送部４０とが形成されている。本実施形態の固体撮像素子１０は、複数の光電変換部３０が、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長に対応する光を電荷に変換する構成であって、平面視でハニカム状に配置されている。
【００１３】
電荷転送部４０には、第１の電極１５と第２の電極１６とが形成されている。
【００１４】
次に、固体撮像素子の製造方法の手順を説明する。
図２及び図３は、製造方法の手順を説明する断面図である。図２（ａ）に示すように、基板１１の表面に熱酸化を行うことで熱酸化膜１２を形成する。ここで、基板１１は、ｐ型シリコンの半導体基板状にｎ−型の不純物拡散層を形成してなる。
【００１５】
基板１１の熱酸化膜１２上にＣＶＤ法によって窒化シリコン膜１３を形成する。また、窒化シリコン膜１３上に、酸化シリコン膜１４を形成する。本実施形態において、熱酸化膜１２と、窒化シリコン膜１３と、酸化シリコン膜１４とが、３層構造のゲート絶縁膜として機能する。そして、酸化シリコン膜１４上に、ポリシリコン層１５を全面に形成する。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によってマスクパターンを形成し、電極となる領域以外の領域に位置するポリシリコン層１５をエッチングによって除去する。このとき、熱酸化膜１２をエッチングストッパ膜として使用する。こうすることで、熱酸化膜１２上に、第１の電極１５が形成される。ここで、第１の電極１５の下層は、熱酸化膜１２と、窒化シリコン膜１３と、酸化シリコン膜１４とからなる３層構造となる。
【００１７】
第１の電極を形成した後、層間絶縁膜と機能する窒化膜２３をＣＶＤ法によって形成する。窒化膜２３は、窒化シリコン膜１３と同じ材料で形成することができる。窒化膜２３を形成した後、ＨＴＯ膜などの酸化膜２４をＣＶＤ法によって形成する。本実施形態では、窒化膜２３が層間絶縁膜として機能するとともに、酸化膜２４が第２の電極のゲート絶縁膜として機能している。窒化膜２３は、従来の熱酸化ではなくＣＶＤ法によって形成されているため、第１の電極１５の一部が酸化されて該第１の電極１５自身に、下方端部の丸みなどの形状の変化が生じることがない。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、窒化膜２３及び酸化膜２４を形成した後、該酸化膜２４上にポリシリコン層１６を形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、ポリシリコン層１６をＣＭＰによって平坦化する。こうすることで、第２の電極１６を形成する。このとき、窒化膜２３をＣＭＰストッパ膜とすることで、別途にＣＭＰストッパ膜を形成する工程を省くことができるため、製造工程の増加を回避することができる。
【００１９】
なお、本実施形態では、第１の電極１５と第２の電極１６とが単層に並べて形成された、単層型の電極構造とした。しかし、本発明にかかる固体撮像素子の構成としては、第１の電極１５と第２の電極１６とが単層電極構造に限定されず、例えば、図４に示すように、第１の電極１５上に第２の電極２６が形成された、多層型の電極構造としてもよい。
【００２０】
固体撮像素子１０は、第１の電極１５と第２の電極１６との間に、窒化膜２３と酸化膜２４とを含む層間絶縁膜が形成されている。このため、第１の電極１５に熱酸化（層間酸化）を行うことに起因して電極の形状が変化することを防止することができるため、固体撮像素子１０に固体撮像素子の電荷転送電極の抵抗増加が生じることや、電極の形状の丸まりに起因して転送電極間のポテンシャル段差が生じることで転送効率が悪化してしまうことを防止することができる。また、層間絶縁膜が、窒化膜２３と酸化膜２４との少なくとも２層構造を有していることから良好な電極間耐圧を確保することができる。
【００２１】
次に、本発明にかかる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第２実施形態について説明する。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。
【００２２】
最初に、上記実施形態と同様に、基板３１上に熱酸化膜３２と、窒化膜３３と、酸化膜３４とを順に形成し、その後、酸化膜３４上にポリシリコン層３５を堆積させる。熱酸化膜３２と窒化膜３３と酸化膜３４とがゲート絶縁膜として機能する。
【００２３】
そして、図５に示すように、ポリシリコン層３５をフォトリソグラフィ工程によってマスクパターンを形成し、該ポリシリコン層３５のうち電極以外の領域を、熱酸化膜３２をエッチングのストッパ膜として用いてエッチングすることで除去する。こうして、第１の電極３５を形成する。本実施形態では、さらに、ボトムに位置する熱酸化膜３２のうち、第１の電極３５の下層に位置する領域を除く他の領域をウェットエッチングによって除去する（図２（ｂ）参照）。
【００２４】
図６（ａ）に示すように、第１の電極３５を含め、基板３１上の全面にＣＶＤ法によって酸化膜４２を形成し、該酸化膜４２上に、さらに、窒化膜４３と、酸化膜４４とを順にＣＶＤ法によって形成する。本実施形態では、酸化膜４２と、窒化膜４３と、酸化膜４４とが層間絶縁膜として機能する。本実施形態の層間絶縁膜は、ゲート絶縁膜と同様に、酸化膜と窒化膜と酸化膜とからなる３層構造を有している。
【００２５】
本実施形態では、層間絶縁膜を構成する酸化膜４２，窒化膜４３，酸化膜４４がいずれも、従来の熱酸化ではなくＣＶＤ法によって形成されているため、第１の電極３５の一部が酸化されて該第１の電極３５自身に、下方端部の丸みなどの形状の変化が生じることがない。
【００２６】
図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜を形成した後、酸化膜４４上にポリシリコン層３６を形成する。そして、ポリシリコン層３６にＣＭＰを行い、表面を平坦化する。このとき、層間絶縁膜を構成する窒化膜４３をＣＭＰストッパ膜とすることで、別途にＣＭＰストッパ膜を形成する工程を省くことができるため、製造工程の増加を回避することができる。こうして、第１の電極３５に対して層間絶縁膜を介して第２の電極３６を形成することができる。ここで、酸化膜４４を第２の電極３６のゲート絶縁膜として用いている。
【００２７】
本実施形態において、第１の電極３５と、第２の電極３６は、単層型の電極構造としてもよいし、図４に示すように、多層型の電極構造としてもよい。
【００２８】
本実施形態によれば、第１の電極３５に酸化膜４２と窒化膜４３と酸化膜４４とで構成する。層間絶縁膜が形成されている。このため、層間絶縁膜を構成するこれらの膜はＣＶＤ法で形成することができるため、第１の電極３５に熱酸化（層間酸化）を行うことに起因して電極の形状が変化することを防止することができる。このため、固体撮像素子１０に駆動電流を流した際に、電荷転送電極の抵抗増加が生じることや、電極の形状の丸まりに起因して転送電極間のポテンシャル段差が生じることで転送効率が悪化してしまうことを防止することができる。また、層間絶縁膜が、３層構造を有していることから、第１実施形態に比べてより一層良好な電極間耐圧を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかる固体撮像素子の製造方法を用いれば、第２の電極の下層に位置するゲート絶縁膜を、第１の電極のゲート絶縁膜とは別に任意の厚さで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】固体撮像素子の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】第１実施形態の個体撮像素子の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図３】第１実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４】第１実施形態の固体撮像素子における他の電極構造を示す断面図である。
【図５】第２実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図６】第２実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７】従来の固体撮像素子の製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    固体撮像素子
１１，３１    半導体基板（基板）
１２，３２    熱酸化膜
１３，３３    窒化シリコン膜
１４，３４    酸化シリコン膜
１５，３５    第１の電極
１６，３６    第２の電極
２３，３３    窒化膜
２４，３４    酸化膜
３０    光電変換部
３２    酸化膜
４０    電荷転送部
【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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