(57)【要約】【課題】スミアおよび感度ばらつきの少ない固体撮像素子を提供する。【解決手段】シリコン基板１０に電荷転送領域ａを設け、電荷転送領域ａを覆うように電荷転送電極１２と光電変換領域ｂを形成し、遮光膜１４および反射防止膜１５を堆積してから全面エッチバックを行い、電荷転送電極１２の側面に反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’を残す。この反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’上がエッジになるように電荷転送電極１２をレジスト１６で覆ってエッチングし、自己整合で開口部ｃを形成する。この製造方法によれば、位置合わせずれの影響を受けないため、スミアおよび感度のばらつきを低減することができ、さらには解像限界以下の開口部ｃを形成することができる。【選択図】図１
2007311391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に光電変換領域と、該光電変換領域に生じた信号電荷を読み出して転送する電荷転送電極および電荷転送領域を備え、前記光電変換領域以外を覆う遮光膜に開口部を有する固体撮像素子において、前記遮光膜の前記開口部における段差側面に反射防止膜のサイドウォール膜を形成したことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記サイドウォール膜を前記遮光膜よりも反射率の低い膜としたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に遮光膜を堆積する工程と、前記遮光膜上に該遮光膜よりも反射率の低い反射防止膜を堆積する工程と、前記遮光膜に比べて前記反射防止膜の選択比が高い条件でエッチングする工程と、前記遮光膜の段差側面に前記反射防止膜のサイドウォール膜を形成する工程と、前記電荷転送電極の上にレジストパターンを形成する工程と、前記電荷転送電極上に形成された前記レジストパターンと前記サイドウォール膜とで、自己整合により前記遮光膜に開口部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。
【請求項４】
請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に遮光膜を堆積する工程と、前記遮光膜上に該遮光膜よりも反射率の低い膜を、前記電荷転送電極上よりも前記光電変換部上を薄く残してエッチングする工程と、全面をエッチバックして前記電荷転送電極の上面に反射防止膜を形成し、かつ段差側面に前記反射防止膜のサイドウォール膜を形成する工程と、前記遮光膜に比べて前記反射防止膜の選択比が高い条件でエッチングする工程と、前記遮光膜と前記反射防止膜とで自己整合により前記遮光膜に開口部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。
【請求項５】
請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板表面に前記電荷転送領域の電荷転送電極を形成する工程と、全面に第一の遮光膜を堆積する工程と、前記電荷転送電極上のみにレジストパターンにより第一の遮光膜を残す工程と、該第一の遮光膜上を含む全面に反射防止膜としての第二の遮光膜を堆積する工程と、全面をエッチバックして自己整合により前記第一の遮光膜に開口部および前記第二の遮光膜のサイドウォール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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の固体撮像素子の製造方法について、図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【０００３】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０上にシリコン酸化膜，ポリシリコン膜を順次形成し、光電変換領域ｂに隣接する電荷転送領域ａ上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１１およびポリシリコンからなる電荷転送電極１２を周知の技術を用いて形成する。
【０００４】
次に、熱酸化処理を施し、図４（ｂ）に示すように、電荷転送電極１２の外表面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１３を形成し、絶縁膜１３の表面とシリコン基板１０上の露出しているゲート絶縁膜１１に、遮光膜１４ａとしてのアルミニウム，タングステンなどのメタル薄膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法にて堆積する。
【０００５】
そして、図４（ｃ）に示すように、遮光膜１４ａの上にレジスト１６を全面に塗布する。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いてレジストエッチバックを行い、図４（ｄ）に示すように、絶縁膜１３の段差側面にサイドウォール状に遮光膜１４ａの一部を残す。
【０００６】
次に、サイドウォール状の遮光膜１４ａ側面のレジスト１６を除去した後、全面にＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass）からなるリフロー膜１８を形成し、熱処理を施してなだらかにする。その後、スパッタ法を用いてアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム膜をパターニングして、電荷転送電極１２の上に遮光膜１９を形成する（図４（ｅ））。
【０００７】
以上の製造方法によって従来の固体撮像素子は形成される。この固体撮像素子において、電荷転送電極１２が、サイドウォール状の遮光膜１４ａおよびアルミニウム膜の遮光膜１９とにより覆われているが、これは不要な光が開口部ｃから電荷転送領域ａに入らないようにして、スミアを防止するためである（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１６７０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の固体撮像素子では、図４（ｃ）に示すレジスト１６の塗布時に、電荷転送電極ａ上と光電変換領域ｂ上の開口部ｃとなる段差が異なる部位においても同レジスト膜厚が求められ、電荷転送電極１２側面の遮光膜１４ａの幅がレジスト１６の形状に依存するなど制御性が難しい。
【０００９】
また、図４（ｅ）に示すように、光電変換領域ｂ上に遮光膜１４ａが張り出す構造になっているため、斜め入射光Ｌは反射率の高い遮光膜１４ａで反射されやすく、反射された光Ｌが撮像装置内で散乱され、再びある確率で撮像素子内に入射して疑似信号を発生する恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、前記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、リソグラフィー工程における加工ばらつき、および位置合わせばらつきをなくして、ウェハ面内でのスミアおよび感度のばらつきを抑制し、また、遮光膜上の反射による擬似信号発生も抑制することができる固体撮像素子の提供、およびそ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】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、半導体基板に光電変換領域と、該光電変換領域に生じた信号電荷を読み出して転送する電荷転送電極および電荷転送領域を備え、前記光電変換領域以外を覆う遮光膜に開口部を有する固体撮像素子において、前記遮光膜の前記開口部における段差側面に反射防止膜のサイドウォール膜を形成したものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の固体撮像素子において、サイドウォール膜を遮光膜よりも反射率の低い膜としたものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に遮光膜を堆積する工程と、前記遮光膜上に該遮光膜よりも反射率の低い反射防止膜を堆積する工程と、前記遮光膜に比べて前記反射防止膜の選択比が高い条件でエッチングする工程と、前記遮光膜の段差側面に前記反射防止膜のサイドウォール膜を形成する工程と、前記電荷転送電極の上にレジストパターンを形成する工程と、前記電荷転送電極上に形成された前記レジストパターンと前記サイドウォール膜とで、自己整合により前記遮光膜に開口部を形成する工程とを含むものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に遮光膜を堆積する工程と、前記遮光膜上に該遮光膜よりも反射率の低い膜を、前記電荷転送電極上よりも前記光電変換部上を薄く残してエッチングする工程と、全面をエッチバックして前記電荷転送電極の上面に反射防止膜を形成し、かつ段差側面に前記反射防止膜のサイドウォール膜を形成する工程と、前記遮光膜に比べて前記反射防止膜の選択比が高い条件でエッチングする工程と、前記遮光膜と前記反射防止膜とで自己整合により前記遮光膜に開口部を形成する工程とを含むものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板表面に前記電荷転送領域の電荷転送電極を形成する工程と、全面に第一の遮光膜を堆積する工程と、前記電荷転送電極上のみにレジストパターンにより第一の遮光膜を残す工程と、該第一の遮光膜上を含む全面に反射防止膜としての第二の遮光膜を堆積する工程と、全面をエッチバックして自己整合により前記第一の遮光膜に開口部および前記第二の遮光膜のサイドウォール膜を形成する工程とを含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る固体撮像素子によれば、光電変換領域上に形成された一定の幅を有するサイドウォール膜を遮光膜とするため、対応する部位の開口部面積が一定となり、ウェハ面内のスミアおよび感度のばらつきを低減することができる。さらに、自己整合で開口部を形成するため、リソグラフィー技術の解像限界以下の微細な光電変換領域に対応する開口部を形成することができる。
【００１７】
また、開口部周辺の遮光膜上に反射防止膜が形成されていることによって、一部の斜め光は光電変換領域へ反射させ、他の斜め光は吸収して遮光膜上での反射による擬似信号の発生を抑制する効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る固体撮像素子の実施形態１の製造工程を説明するための断面図である。
【００２０】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０上にシリコン酸化膜，ポリシリコン膜を順次形成し、光電変換領域ｂに隣接する電荷転送領域ａ上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１１およびポリシリコンからなる電荷転送電極１２を周知の技術を用いて形成する。
【００２１】
次に、熱酸化処理を施し、図１（ｂ）に示すように、電荷転送電極１２の外表面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１３を形成し、絶縁膜１３の表面に、ＣＶＤ法を用いて遮光膜１４となる金属膜を全面に堆積させる。この金属膜は、アルミニウム，タングステンなどのＣＶＤ法にて成膜することができる各種金属が適応可能である。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、金属膜からなる遮光膜１４上に、ＣＶＤ法を用い遮光膜１４よりも反射率の低い反射防止膜１５を全面に堆積する。反射防止膜１５は、シリコンなど下地金属膜よりも反射率が低ければよく、チタンナイトライドあるいはチタン膜などの膜を用いることができる。
【００２３】
さらに、ＲＩＥ装置を用いて遮光膜１４を全面エッチングし、図１（ｄ）に示すように、電荷転送電極１２の後述する開口部ｃとなる部位の段差側面に、一定の幅を有する反射防止膜１５の一部をサイドウォール膜１５’として残す。サイドウォール膜１５’を形成するエッチングの選択比は、開口部ｃを形成するエッチングの選択比より高くする。例えば、完全に光を遮光できる遮光膜１４の膜厚を１５０ｎｍとし、反射防止膜１５の膜厚を５０ｎｍとした場合、サイドウォール膜１５’を形成するエッチングの選択比は“３”より大きくなくてはならない。
【００２４】
次に、レジスト１６を全面に塗布し、図１（ｅ）に示すように、レジスト１６のエッジ１６ａが、反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’上にあるようにパターンニングする。
【００２５】
このレジスト１６および反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’をマスクとし、図１（ｆ）のように、遮光膜１４をエッチングし自己整合で開口部ｃを形成する。このようにしたことにより、反射防止膜１５のサイドウォールエッジＥ１と遮光膜１４の開口部エッジＥ２とが揃い、開口部ｃの周辺部の遮光膜１４上を、反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’が完全に覆うようにすることができる。
【００２６】
以上の製造方法により、本実施形態の固体撮像素子は形成される。なお、本実施形態では、レジストは電荷転送電極と完全に重なり、サイドウォールを完全には覆わないように形成されるのがよい。この重なり量と、覆わない量とは設計上の位置合わせマージン以上が望ましい。
【００２７】
前記のように、本実施形態では反射防止膜１５のサイドウォールエッジＥ１と遮光膜１４の開口部エッジＥ２とが揃って、開口部ｃの面積が一定となり、開口部ｃ周辺の遮光膜１４上を反射防止膜１５が完全に覆うようにすることができるため、開口部ｃの状態が安定し、斜め光Ｌにおける一部は光電変換領域ｂへ反射させ、また他の斜め光は吸収できて、遮光膜１４上での反射による擬似信号の発生を抑制することができ、ウェハ面内のスミアおよび感度のばらつきを低減することができる。
【００２８】
また加工精度は、通常、遮光膜種および反射防止膜種あるいは膜厚や露光光線によって決まり、例えばフォトリソグラフィーによる重ね合わせ、および寸法ばらつきは１００ｎｍ以上であるのに対し、成膜ばらつきは１０ｎｍ以下と小さいため、プロセスが安定し、各画素を適格に形成することができる。したがって、本実施形態のように、自己整合で開口部ｃを形成することにより、リソグラフィー技術の解像限界以下の微細な光電変換部の開口部ｃを形成することができる。
【００２９】
（実施形態２）
次に、実施形態１における反射防止膜１５の厚みを、電荷転送電極１２上よりも光電変換部ｂ上の方を薄くし、反射防止膜１５のサイドウォール膜１５’をフォトリソグラフィー工程なくして形成する場合を、本発明の実施形態２として、前記図１（ａ），（ｂ）、および図２（ａ）〜（ｃ）の固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図を参照して説明する。
【００３０】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、前記実施形態１と同様の方法によりシリコン基板１０上にゲート絶縁膜１１，電荷転送電極１２および絶縁膜１３を形成する。次に、絶縁膜１３の表面に、ＣＶＤ法を用いて遮光膜１４となる金属膜を全面に堆積させる。この遮光膜１４の金属膜としては、アルミニウム，タングステンなどのＣＶＤ法にて成膜できる各種金属が適応可能である。
【００３１】
次に、図２（ａ）に示すように、反射防止膜１５ａの厚みを、電荷転送電極１２上よりも光電変換部ｂ上の方を薄くするため、例えばスパッタ法を用いて反射防止膜１５ａを全面に堆積させる。スパッタ条件および電荷転送電極１２の段差や光電変換部ｂの面積にもよるが、画素の高密度化が進むにつれ反射防止膜１５ａの厚みは、電荷転送電極１２上よりも光電変換部ｂ上の方が薄くなる。
【００３２】
次に、ＲＩＥ装置を用いて全面エッチングし、図２（ｂ）に示すように、電荷転送電極１２のみを覆うように反射防止膜１５ａを残す。遮光膜１４に比べ反射防止膜１５ａの選択比の高い条件でエッチングし、図２（ｃ）に示すように、遮光膜１４をエッチングし自己整合でサイドウォール膜１５ａ’を有する開口部ｃを形成する。
【００３３】
（実施形態３）
前記図１（ａ），（ｂ）、および図３（ａ）〜（ｄ）の固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図を参照して本発明の実施形態３を説明する。
【００３４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、前記実施形態１と同様の方法によりシリコン基板１０上にゲート絶縁膜１１，電荷転送電極１２および絶縁膜１３を形成する。次に、絶縁膜１３の表面に、ＣＶＤ法を用いて第一の遮光膜１４となる金属膜を全面に堆積させる。この金属膜は、アルミニウム、タングステンなどのＣＶＤ法にて成膜できる各種金属が適応可能である。
【００３５】
次に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、電荷転送電極１２上にのみ第一の遮光膜１４を残すようにレジストパターニングする。この後、図３（ｃ）に示すように、反射防止膜としての第二の遮光膜１７を全面に堆積させ、ＲＩＥ装置を用いて全面エッチングし、図３（ｄ）に示すように、電荷転送電極１２の段差側面に一定の幅を有する遮光膜１７のサイドウォール膜１７’を形成し、開口部ｃを自己整合で形成する。
【００３６】
なお、成膜ばらつきやエッチングの選択比などの製造要因、あるいは遮光性などの特性要因が許す限り、第一の遮光膜１４と第二の遮光膜１７は同質膜でも異質膜でも用いることができる。
【００３７】
本発明は前記説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲内において各種の設計変更が可能である。また、固体撮像素子の各構成膜の材料も適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、スミアおよび感度ばらつきの少ないことが要求される固体撮像素子、およびその製造方法に実施して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る固体撮像素子の実施形態１〜３の製造工程を説明するための断面図、（ｃ）〜（ｆ）は本発明に係る固体撮像素子の実施形態１の製造工程を説明するための断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る固体撮像素子の実施形態２の製造工程を説明するための断面図
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る固体撮像素子の実施形態３の製造工程を説明するための断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）は従来の固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図
【符号の説明】
【００４０】
ａ  電荷転送領域
ｂ  光電変換領域
ｃ  開口部
Ｌ  斜め入射光
１０  シリコン基板
１１  ゲート酸化膜（シリコン酸化膜）
１２  電荷転送電極（ポリシリコン膜）
１３  絶縁膜
１４，１７  遮光膜
１５，１５ａ  反射防止膜
１５’，１５ａ’，１７’  サイドウォール膜
１６  レジスト
【図１】
2007311391.tif 000003
【図２】
2007311391.tif 000004
【図３】
2007311391.tif 000005
【図４】
2007311391.tif 000006