(57)【要約】【課題】光電変換部への水素アニール効果を阻害することなく、遮光膜の受光用開口部において受光感度特性を向上させ、スミアの低減および抑制を図る。【解決手段】光電変換部２上および電荷転送電極７上に第１シリコン酸化膜８ａおよび第２シリコン酸化膜１１を介して遮光膜１２を形成し、さらにその上に第３シリコン酸化膜１３を形成し、その遮光膜１２と第３シリコン酸化膜１３に一括して受光用開口部１４を形成する。遮光膜１２と光電変換部２の間にはシリコン酸化膜１４ａのみがあるため、段差が軽減されてスミアを低減することができる。その上に反射防止膜１５を堆積して、光電変換部２上の受光用開口部１４から電荷転送電極７上の一部を覆うようにパターニングする。【選択図】図１
2007335694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する各画素部毎の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を読み出して電荷転送する電荷転送領域とが隣接して設けられ、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極が設けられた固体撮像素子において、
該光電変換部上および該電荷転送電極上に、第２絶縁膜を介して、該光電変換部上を開口する受光用開口部を有する遮光膜が設けられ、該遮光膜および該受光用開口部上にパターニングされた反射防止膜が設けられている固体撮像素子。
【請求項２】
前記反射防止膜は、水素アニール用の所定パターンにパターニングされている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記反射防止膜は、前記光電変換部上の受光用開口部から前記電荷転送電極の一部上を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するようにパターニングされている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記反射防止膜は、少なくとも前記電荷転送電極上の一部を開口するようにパターニングされている請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記反射防止膜は、シリコン窒化膜である請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記光電変換部と前記遮光膜間には、該光電変換部上に形成された第１絶縁膜と、前記第２絶縁膜と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７】
前記第１絶縁膜は、シリコン酸化膜である請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記電荷転送電極と前記遮光膜間に、前記第２絶縁膜としてシリコン酸化膜が設けられている請求項１または６に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記遮光膜と前記反射防止膜間に第３絶縁膜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】
前記第３絶縁膜は、シリコン酸化膜である請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記光電変換部上の受光用開口部は、少なくとも前記第３絶縁膜および前記遮光膜を貫通して設けられている請求項９または１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記受光用開口部における光電変換部上の前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜のうちの少なくとも該第１絶縁膜の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する各画素部毎の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を読み出して電荷転送する電荷転送領域とを隣接して形成し、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極を形成した固体撮像素子の製造方法において、
該光電変換部上および該電荷転送電極上に第２絶縁膜を介して遮光膜となる材料を堆積し、該遮光膜となる材料に該光電変換部上を開口する受光用開口部を形成する遮光膜形成工程と、
該遮光膜形成工程後の基板部上に反射防止膜となる材料を堆積し、該反射防止膜となる材料を所定パターンにパターニングして反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記反射防止膜形成工程は、その後工程で水素アニールを行うための所定パターンに、前記反射防止膜となる材料をパターニングする請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記反射防止膜形成工程は、前記光電変換部上の受光用開口部から前記電荷転送電極の一部上を覆い、かつ、それ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するように前記反射防止膜となる材料をパターニングする請求項１３または１４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記反射防止膜形成工程は、少なくとも前記電荷転送電極上の一部を開口するように前記反射防止膜となる材料をパターニングする請求項１３〜１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記反射防止膜形成工程は、前記反射防止膜として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形成する請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記遮光膜形成工程の前工程として、前記光電変換部上および前記電荷転送電極上に、熱酸化工程により第１絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する第１絶縁膜形成工程を有する請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により前記第１絶縁膜上に前記第２絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する請求項１８に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
前記反射防止膜のパターニング時に前記遮光膜が削られることを防止するために、前記遮光膜上に第３絶縁膜を形成する請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第３絶縁膜として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する請求項２０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
前記遮光膜形成工程は、前記受光用開口部を形成する際に、一括して少なくとも前記第３絶縁膜および前記遮光膜に開口部を形成する請求項２０または２１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
前記遮光膜形成工程は、前記受光用開口部を形成する際に、前記光電変換部上の前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜のうちの少なくとも該第１絶縁膜の残膜を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下まで減ずる請求項１８または１９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２４】
前記反射防止膜形成工程の後工程に、前記光電変換部の水素アニール処理を行う水素アニール処理工程をさらに有する請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項１３〜２５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子。
【請求項２６】
請求項１〜１２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、被写体光をそれぞれ受光して各信号電荷をそれぞれ発生する複数の受光部が２次元状に配列された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、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では、複数の画素部として複数の受光部が２次元状に配列されており、各マイクロレンズをそれぞれ介して入射された被写体からの被写体光が各受光部である各光電変換部（フォトダイオード）によりそれぞれ受光されて各信号電荷にそれぞれ変換され、この各信号電荷を順次検出することによって各撮像信号が出力されるようになっている。例えば、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、以下「ＣＣＤ」という）が配列された固体撮像素子では、被写体光が各光電変換部でそれぞれ光電変換された各信号電荷を各読み出し部を介して垂直電荷転送部にそれぞれ読み出し、この垂直電荷転送部の電荷転送パルスによる電荷転送駆動によって、この各信号電荷が垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ電荷転送されて水平電荷転送部の端部にある電荷検出部から各撮像信号として外部に出力される。
【０００３】
このような固体撮像素子の信号電荷の検出感度を向上させる方法として、例えば特許文献１および特許文献２には、各光電変換部に入射されてきた被写体光が基板表面によって反射されることを抑制するために、以下のような固体撮像素子が提案されている。
【０００４】
まず、特許文献１および特許文献２のうち、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４を用いて詳細に説明する。
【０００５】
図４は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部縦断面図である。なお、図４では、光電変換部および垂直転送部を含む各画素部毎の縦断面構成を示している。
【０００６】
図４において、従来の固体撮像素子２０は、半導体基板上２１に、入射光を信号電荷に変換する受光部としての画素部を構成する光電変換部２２と、この光電変換部２２からの信号電荷を読み出すための電荷読み出し部２３と、この電荷読み出し部２３により読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するための垂直電荷転送領域２４と、隣接する画素部と電気的に分離するためのチャネルストップ部２５とを有している。
【０００７】
また、この固体撮像素子２０では、垂直電荷転送領域２４上に、ゲート絶縁膜２６を介して電荷転送電極２７が形成されており、この電荷転送電極２７を電荷転送駆動パルスで駆動することによって、電荷読み出し部２３を介して光電変換部２２から垂直電荷転送領域２４に読み出された信号電荷が垂直方向に順次電荷転送されるようになっている。
【０００８】
さらに、固体撮像素子２０では、電荷転送電極２７上および光電変換部２２上には、熱酸化処理により第１シリコン酸化膜２８ａおよび２８ｂが形成されており、光電変換部２２の受光部分上の第１シリコン酸化膜２８ｂ上に反射防止膜２９が形成されている。この基板部上を覆うように第２シリコン酸化膜３１および遮光膜３２がこの順にそれぞれ形成されている。この遮光膜３２には、各光電変換部２２の上方をそれぞれ露出させるように受光用の開口部３２ａが形成されている。なお、上記反射防止膜２９上の第２シリコン酸化膜３１は、遮光膜３２が形成されて受光用の開口部３２ａがドライエッチング法により形成される際に、反射防止膜２９が露出して膜減りすることを防止したり、電荷転送電極２７と遮光膜３２との間の絶縁性を保つために設けられている。
【０００９】
以下に、特許文献１に提案されている従来の固体撮像素子２０の製造方法について説明する。
【００１０】
図５（ａ）〜図５（ｃ）および図６（ｄ）〜図６（ｆ）は、図４の固体撮像素子２０の製造方法の各工程をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【００１１】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板２１への不純物イオン注入処理により、光電変換部２２、電荷読み出し部２３、電荷転送領域２４およびチャネルストップ部２５をそれぞれ横方向にこの順に形成する。この基板部上にＯＮＯ膜などからなるゲート絶縁膜２６を形成する。さらに、この電荷転送領域２４上にゲート絶縁膜２６を介して電荷転送電極２７を形成する。これらの電荷転送電極２７上および光電変換部２２上に、熱酸化工程によりイオン注入の保護膜として第１シリコン酸化膜２８ａおよび２８ｂを形成する。
【００１２】
次に、図５（ｂ）の反射防止膜形成用のレジストパターン形成工程に示すように、この基板部上に、反射防止膜２９となる膜材料のシリコン窒化膜２９ａ（ＳｉＮ膜）をＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いて、光電変換部２２の受光部分上に対応するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）上に、反射防止膜２９を形成するためのレジストパターン３０をパターニングする。
【００１３】
その後、図５（ｃ）の反射防止膜形成工程に示すように、ドライエッチング法により、レジストパターン３０が覆われていないシリコン窒化膜２９ａ（ＳｉＮ膜）がエッチング除去されて、各光電変換部２２の受光部分上に対応する位置に反射防止膜２９が形成される。
【００１４】
さらに、図６（ｄ）の遮光膜材料堆積工程に示すように、基板部全面に、ＬＰＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜３１を堆積し、続いて、この第２シリコン酸化膜３１上にタングステン（Ｗ）などからなる遮光膜材料３２ｂを堆積する。
【００１５】
続いて、図６（ｅ）の遮光膜形成用のレジストパターン形成工程に示すように、タングステン（Ｗ）などからなる遮光膜材料３２ｂ上にレジストパターン材料を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いて、各光電変換部２２の受光部分上方が開口した開口部３３ａを有するようにレジストパターン３３をパターニングする。
【００１６】
さらに、図６（ｆ）の遮光膜形成工程に示すように、レジストパターン３３の開口部３３ａに対応した遮光膜材料３２ｂがドライエッチング法によりエッチング除去されて、遮光膜材料３２ｂに受光用の開口部３２ａを形成する。これにより、各光電変換部２２の受光部分上方が開口した遮光膜３２を形成する。その後で遮光膜３２上のレジストパターン３３が除去される。
【００１７】
その後の工程は、図示を省略するが、一般的な手法および工程に準じた製造方法により、固体撮像素子２０が作製される。
【００１８】
上記特許文献１に提案されているような構造の固体撮像素子２０では、半導体基板２１上の受光用開口部３２ａにおける膜の積層構造が、第１シリコン酸化膜２８ｂ、反射防止膜２９および第２シリコン酸化膜３１となっている。この反射防止膜２９は、低反射性を有し、マイクロレンズで集光されて入射されてきた被写体光が半導体基板２１の表面（光電変換部２２）から反射されることを抑制することができるため、光電変換部２２における受光感度を向上させることができるという利点がある。
【００１９】
次に、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子について図７を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図７は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子の要部縦断面図である。なお、図７でも、光電変換部および垂直転送部を含む各画素部毎の縦断面構成を示している。
【００２１】
図７において、従来の固体撮像素子４０は、半導体基板上４１に、入射光を信号電荷に変換する受光部としての画素部を構成する光電変換部４２と、この光電変換部４２からの信号電荷を読み出すための電荷読み出し部４３と、この電荷読み出し部４３により読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するための垂直電荷転送領域４４と、隣接する画素部と電気的に分離するためのチャネルストップ部４５とを有している。
【００２２】
また、この固体撮像素子４０では、垂直電荷転送領域４４上に、ゲート絶縁膜４６を介して電荷転送電極４７が形成されており、この電荷転送電極４７を電荷転送駆動パルスで駆動することによって、電荷読み出し部４３を介して光電変換部４２から垂直電荷転送領域４４に読み出された信号電荷が垂直方向に順次電荷転送されるようになっている。
【００２３】
さらに、固体撮像素子４０では、電荷転送電極４７上および光電変換部４２上には、熱酸化処理により第１シリコン酸化膜４８ａおよび４８ｂが形成されている。この基板部全面を覆うように第２シリコン酸化膜５１および遮光膜５２がこの順にそれぞれ形成されている。これらの第２シリコン酸化膜５１および遮光膜５２には、各光電変換部４２の上方をそれぞれ露出させるように受光用の開口部５３が形成されている。なお、上記第２シリコン酸化膜５１は、電荷転送電極４７とその上層の遮光膜５２との層間配線間を絶縁するために設けられている。さらに、上記受光用の開口部５３を含む基板部全面には反射防止膜５４が設けられている。
【００２４】
以下に、特許文献２に提案されている従来の固体撮像素子４０の製造方法について説明する。
【００２５】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、図７の固体撮像素子４０の製造方法の各工程をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【００２６】
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板４１上の不純物イオン注入処理により、光電変換部４２、電荷読み出し部４３、電荷転送領域４４およびチャネルストップ部４５をそれぞれ横方向にこの順に形成する。この基板部上にＯＮＯ膜などからなるゲート絶縁膜４６を形成する。さらに、この電荷転送領域４４上にゲート絶縁膜４６を介して電荷転送電極４７を形成する。これらの電荷転送電極４７上および光電変換部４２上に、熱酸化工程によりイオン注入の保護膜として第１シリコン酸化膜２８ａおよび２８ｂを形成する。
【００２７】
次に、図８（ｂ）の遮光膜形成用のレジストパターン形成工程に示すように、この基板部全面に、ＬＰＣＶＤ法により例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で第２シリコン酸化膜５１を堆積する。続いて、この第２シリコン酸化膜５１上にタングステン（Ｗ）などからなる遮光膜材料５２ａを例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で堆積する。フォトリソグラフィー技術を用いて、各光電変換部４２の受光部分上に対応する遮光膜材料５２ａ上に受光用の開口部５０ａを有するようにレジストパターン５０をパターニングする。
【００２８】
さらに、図８（ｃ）の遮光膜形成工程に示すように、レジストパターン５０の開口部５０ａに対応した第２シリコン酸化膜５１および遮光膜材料５２ａがドライエッチング法によりエッチング除去されて、第２シリコン酸化膜５１および遮光膜材料５２ａに受光用の開口部５３を形成する。これにより、光電変換部４２の受光部分上が開口された遮光膜５２を所定パターンに形成する。その後で遮光膜５２上のレジストパターン５０が除去される。
【００２９】
続いて、図８（ｄ）の反射防止膜形成工程に示すように、上記受光用の開口部５３を含む基板部全面に、反射防止膜５４として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により、例えば３０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚のシリコン窒化膜を堆積する。
【００３０】
その後の工程は、図示を省略するが、一般的な手法および工程に準じた製造方法により、固体撮像素子４０が作製される。
【００３１】
上記特許文献２に提案されているような従来構造の固体撮像素子４０では、光電変換部４２上の受光用の開口部５３における膜の積層構造が、第１シリコン酸化膜４８ｂおよび反射防止膜５４の２層構造になっている。この反射防止膜５４は、低反射性を有し、マイクロレンズで集光されて入射されてきた被写体光が半導体基板４１（光電変換部４２）の表面から反射されることを抑制することができるため、光電変換部４２における受光感度を向上させることができるという利点がある。
【特許文献１】特開平１０−２５６５１８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５２０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
上記従来の固体撮像素子２０では、図４に示すように、光電変換部２２への受光感度を向上させるために、光電変換部２２上に第１シリコン酸化膜２８ｂ、反射防止膜２９および第２シリコン酸化膜３１からなる積層構造が設けられて、半導体基板２１（光電変換部２２）からの被写体光の反射が抑制されている。
【００３３】
しかしながら、この積層構造における膜の厚さや反射防止膜２９のパターニング時のアライメントずれによる遮光膜３２の受光用の開口部３２ａの内周縁部下への潜り込みなどによって、光電変換部２２と遮光膜３２との隙間が大きくなる。このため、光量が大きい光が入射された場合には、光電変換部２２と遮光膜３２の間に入射された光がその間で反射して、垂直電荷転送部２４側へ漏れる現象が生じるという問題があった。この現象は、スミア（ｓｍｅａｒ）と呼ばれ、固体撮像素子２０の特性における重要項目であって、このスミアを抑制することが要請されている。さらに、フォトリソグラフィー技術による反射防止膜２９のパターニングにおいて、隣接する電荷転送電極２７間の段差底部へレジストパターン３３を形成する際に、電荷転送電極２７の側面部からの反射によってレジストパターン３３の形成に支障をきたすという問題もある。
【００３４】
また、上記従来の固体撮像素子４０では、上記従来の固体撮像素子２０の問題は解消されているものの、受光用の開口部５３を含む基板部上全面に反射防止膜５４としてシリコン窒化膜を形成する場合に、このシリコン窒化膜には水素透過性がないことから、その基板部全面がシリコン窒化膜に覆われていると、各光電変換部４２への水素アニールの効果を発揮することができないという問題がある。
【００３５】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、各光電変換部への水素アニール効果を阻害することなく、遮光膜の受光用開口部において反射防止膜により受光感度特性を向上させ、かつ、スミアの低減および抑制を図る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、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、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】
【００３６】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する各画素部毎の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を読み出して電荷転送する電荷転送領域とが隣接して設けられ、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極が設けられた固体撮像素子において、該光電変換部上および該電荷転送電極上に、第２絶縁膜を介して、該光電変換部上を開口する受光用開口部を有する遮光膜が設けられ、該遮光膜および該受光用開口部上にパターニングされた反射防止膜が設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における反射防止膜は、水素アニール用の所定パターンにパターニングされている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における反射防止膜は、前記光電変換部上の受光用開口部から前記電荷転送電極の一部上を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するようにパターニングされている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における反射防止膜は、少なくとも前記電荷転送電極上の一部を開口するようにパターニングされている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における反射防止膜は、シリコン窒化膜である。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記光電変換部と前記遮光膜間には、該光電変換部上に形成された第１絶縁膜と、前記第２絶縁膜とが設けられている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第１絶縁膜は、シリコン酸化膜である。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記電荷転送電極と前記遮光膜間に、前記第２絶縁膜としてシリコン酸化膜が設けられている。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記遮光膜と前記反射防止膜間に第３絶縁膜が設けられている。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第３絶縁膜は、シリコン酸化膜である。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における光電変換部上の受光用開口部は、少なくとも前記第３絶縁膜および前記遮光膜を貫通して設けられている。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光用開口部における光電変換部上の前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜のうちの少なくとも該第１絶縁膜の膜厚は１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。
【００４８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する各画素部毎の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を読み出して電荷転送する電荷転送領域とを隣接して形成し、該電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極を形成した固体撮像素子の製造方法において、該光電変換部上および該電荷転送電極上に第２絶縁膜を介して遮光膜となる材料を堆積し、該遮光膜となる材料に該光電変換部上を開口する受光用開口部を形成する遮光膜形成工程と、該遮光膜形成工程後の基板部上に反射防止膜となる材料を堆積し、該反射防止膜となる材料を所定パターンにパターニングして反射防止膜を形成する反射防止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。
【００４９】
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反射防止膜形成工程は、その後工程で水素アニールを行うための所定パターンに、前記反射防止膜となる材料をパターニングする。
【００５０】
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反射防止膜形成工程は、前記光電変換部上の受光用開口部から前記電荷転送電極の一部上を覆い、かつ、それ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するように前記反射防止膜となる材料をパターニングする。
【００５１】
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反射防止膜形成工程は、少なくとも前記電荷転送電極上の一部を開口するように前記反射防止膜となる材料をパターニングする。
【００５２】
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反射防止膜形成工程は、前記反射防止膜として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を形成する。
【００５３】
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遮光膜形成工程の前工程として、前記光電変換部上および前記電荷転送電極上に、熱酸化工程により第１絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する第１絶縁膜形成工程を有する。
【００５４】
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、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により前記第１絶縁膜上に前記第２絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。
【００５５】
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反射防止膜のパターニング時に前記遮光膜が削られることを防止するために、前記遮光膜上に第３絶縁膜を形成する。
【００５６】
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第３絶縁膜として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する。
【００５７】
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遮光膜形成工程は、前記受光用開口部を形成する際に、一括して少なくとも前記第３絶縁膜および前記遮光膜に開口部を形成する。
【００５８】
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遮光膜形成工程は、前記受光用開口部を形成する際に、前記光電変換部上の前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜のうちの少なくとも該第１絶縁膜の残膜を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下まで減ずる。
【００５９】
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反射防止膜形成工程の後工程に、前記光電変換部の水素アニール処理を行う水素アニール処理工程をさらに有する。
【００６０】
本発明の固体撮像素子は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６１】
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。
【００６２】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００６３】
本発明にあっては、半導体基板上に光電変換部および電荷転送領域とが隣接して形成され、電荷転送領域上にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極が選択的に形成された固体撮像素子において、電荷転送電極上および光電変換部上に、例えば、イオン注入防止膜の熱酸化工程などにより形成される第１絶縁膜としてのシリコン酸化膜、および電荷転送電極と遮光膜との間を絶縁するためにＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより形成される第２絶縁膜としてのシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成し、その絶縁膜上に遮光膜を形成する。
【００６４】
光電変換部上の受光用開口部近傍において、光電変換部と遮光膜間には、第１絶縁膜と第２絶縁膜が設けられており、従来のように第１絶縁膜と第２絶縁膜間に反射防止膜が設けられていないため、その分だけ段差を軽減することが可能となる。また、受光用開口部の形成時に、エッチングによる反射防止膜の露出を防止する必要がなく、第２絶縁膜の薄膜化を図ることが可能となる。これによって、光電変換部と遮光膜との間隔をより狭くして、スミアをより抑制することが可能となる。
【００６５】
その遮光膜上に、反射防止膜のパターニング時に遮光膜が削れることを防止するために、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法などにより第３絶縁膜を形成し、その第３絶縁膜および遮光膜を一括加工して受光用開口部を形成する。このとき、光電変換部上のシリコン酸化膜を例えば１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下まで減ずることによって、さらに遮光膜と半導体基板（光電変換部）との間隔を狭くして、スミアをより抑制することが可能となる。
【００６６】
その基板部上にＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法などによりシリコン窒化膜などの反射防止膜となる材料を堆積し、所定のパターンで反射防止膜となる材料をパターニングする。この所定のパターンとは、水素アニール用の所定パターンである。即ち、反射防止膜は、光電変換部上の受光用開口部から電荷転送電極の一部上を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するようにパターニングされている。さらに、反射防止膜は、少なくとも電荷転送電極上の一部を開口するようにパターニングされている。
【００６７】
光電変換部上に薄膜化されたシリコン酸化膜と反射防止膜としてのシリコン窒化膜とが設けられているため、マイクロレンズで集光されて入射されてきた被写体光が半導体基板（光電変換部）の表面から反射されることが抑制されて、光電変換部における受光感度を向上させることが可能となる。また、従来のように、受光用開口部を含む基板部全面に反射防止膜としてのシリコン窒化膜が形成されているのではなく、反射防止膜がパターニングされて画素毎に開口部が形成されているため、そのパターニングされた各開口部を介して、各光電変換部への水素アニールの効果を十分に発揮させることが可能となる。
【発明の効果】
【００６８】
以上により、本発明によれば、従来のように第１絶縁膜と第２絶縁膜間に反射防止膜が設けられているのではなく、遮光膜上方に、パターニングされた反射防止膜が設けられているため、受光用開口部から反射防止膜を通して、光電変換部へ入射されてくる被写体光に対して、光電変換部上の受光用開口部近傍で光電変換部と遮光膜との間隔を狭くすることによってスミアをより抑制することができる。また、光電変換部上の反射防止膜によって半導体基板（光電変換部）の表面での反射を抑制し、受光感度の向上を図ることができる。さらに、反射防止膜をパターニングして開口部を設けているため、この各開口部を通して各光電変換部の水素アニール効果を十分に発揮させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
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詳細に説明する。
【００７０】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部縦断面図であり、光電変換部および垂直転送部を含む各画素部毎の縦断面構成を示している。
【００７１】
図１において、本実施形態の固体撮像素子１０は、半導体基板上１に、入射光を信号電荷に変換する受光部としての画素部を構成する光電変換部２と、この光電変換部２からの信号電荷を読み出すための電荷読み出し部３と、この電荷読み出し部３により読み出された信号電荷を一方向としての垂直方向に電荷転送するための垂直電荷転送領域４と、隣接する画素部と電気的に分離するためのチャネルストップ部５とを有している。
【００７２】
また、この固体撮像素子１０では、垂直電荷転送領域４上に、ゲート絶縁膜６を介して電荷転送電極７が形成されており、この電荷転送電極７を電荷転送駆動パルスで駆動することによって、電荷読み出し部３を介して光電変換部２から垂直電荷転送領域４に読み出された信号電荷が垂直方向に順次電荷転送されるようになっている。
【００７３】
さらに、固体撮像素子１０では、電荷転送電極７上および光電変換部２上には、第１絶縁膜としての第１シリコン酸化膜８ａおよび８ｂが形成されている。この基板部上を覆うように第２絶縁膜としての第２シリコン酸化膜１１および遮光膜１２がこの順にそれぞれ形成されている。
【００７４】
この遮光膜１２上には、第３絶縁膜としての第３シリコン酸化膜１３が形成されている。これらの第２シリコン酸化膜１１、遮光膜１２および第３シリコンシリコン膜１３には、各光電変換部２の受光部分上を露出させるように受光用の開口部１４が形成されている。
【００７５】
第３シリコン酸化膜１３上には反射防止膜１５が所定パターンで設けられている。この反射防止膜１５は、その後工程で光電変換部２の水素アニール効果を十分発揮させるために、水素アニール用の所定パターンでパターニングされている。例えば、反射防止膜１５は、光電変換部２上の受光用開口部１４上から電荷転送電極７の一部上を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部に開口部１５ａを有するようにパターニングされている。この場合、反射防止膜１５は、少なくとも電荷転送電極７上の一部（中央部分）を開口部１５ａで開口するようにパターニングされている。
【００７６】
なお、第２シリコン酸化膜１１は、電荷転送電極７とその上層の遮光膜１２との層間配線間を絶縁するために設けられている。また、第３シリコン酸化膜１３は、後工程で反射防止膜１５がパターニングされる際に遮光膜１２が削れるのを防止するために遮光膜１２上に設けられている。
【００７７】
以下に、本実施形態の固体撮像素子１０の製造方法について詳細に説明する。
【００７８】
図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３（ｄ）〜図３（ｆ）は、図１の固体撮像素子１０の製造方法の各工程をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【００７９】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１上への不純物イオン注入処理により、光電変換部２、電荷読み出し部３、電荷転送領域４およびチャネルストップ部５の各半導体領域をそれぞれ横方向にこの順に形成する。この基板部上に例えば５０ｎｍ〜７０ｎｍ程度の膜厚でＯＮＯ膜などからなるゲート絶縁膜６を形成する。さらに、この電荷転送領域４上に、ＯＮＯ膜などからなるゲート絶縁膜６を介して、例えば１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの膜厚でポリシリコン膜などからなる電荷転送電極７を形成する。これらの電荷転送電極７上および光電変換部２上に、熱酸化工程によりイオン注入の保護膜として例えば２５ｎｍ〜４５ｎｍの膜厚で第１シリコン酸化膜８ａおよび８ｂを形成する。
【００８０】
次に、図２（ｂ）の遮光膜形成用のレジストパターン形成工程に示すように、この基板部上に、ＬＰＣＶＤ法により例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で第２シリコン酸化膜１１が堆積され、これに続いて、この第２シリコン酸化膜１１上にタングステン（Ｗ）などからなる遮光膜材料１２ａを例えば１００ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で堆積する。さらに、その遮光膜材料１２ａ上に、ＬＰＣＶＤ法により例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で第３シリコン酸化膜１３を堆積する。フォトリソグラフィー技術を用いて、各光電変換部２上方に受光用の開口部１６ａを有するレジストパターン１６をパターニングする。
【００８１】
さらに、図２（ｃ）の遮光膜形成工程に示すように、レジストパターン１６の開口部１６ａに対応した第２シリコン酸化膜１１、遮光膜材料１２ａおよび第３シリコン酸化膜１３がドライエッチング法によりエッチング除去されて、第２シリコン酸化膜１１、遮光膜材料１２ａおよび第３シリコン酸化膜１３に受光用の開口部１４を形成する。このとき、受光用開口部１４における光電変換部２上のシリコン酸化膜（第１シリコン酸化膜８ｂと第２シリコン酸化膜１１）１４ａのエッチング残膜は、例えば１０ｎｍ〜４０ｎｍの厚みとされている（４０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚の第２シリコン酸化膜１１と、２５ｎｍ〜４５ｎｍの膜厚の第１シリコン酸化膜８ｂとから減膜）。即ち、この遮光膜形成工程は、受光用開口部１４を形成する際に、光電変換部２上の第１絶縁膜としての第１シリコン酸化膜８ｂおよび第２絶縁膜としての第２シリコン酸化膜１１のうちの少なくとも第１シリコン酸化膜８ｂの残膜（シリコン酸化膜１４ａ）を１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下まで減ずる。反射防止により受光感度を向上させるという観点からは、光電変換部２上方のエッチング残膜であるシリコン酸化膜１４ａの膜厚を薄くして、反射防止効果を向上させる方が好ましい。このようにして、光電変換部２上の受光部分上が開口された少なくとも第２シリコン酸化膜１１、遮光膜１２および第３シリコン酸化膜１３を所定パターンに形成する。その後で第３シリコン酸化膜１３上のレジストパターン１６が除去される。
【００８２】
その後、図３（ｄ）の反射防止膜材料堆積工程に示すように、各光電変換部２毎の各受光用開口部１４を含む基板部全面に、反射防止膜１５として、ＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により、例えば３０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚でシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を堆積する。
【００８３】
さらに、図３（ｅ）の反射防止膜形成用のレジストパターン形成工程に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、各受光用開口部１４を含む反射防止膜１５上から、電荷転送電極７の上方の一部を覆い他の一部（電荷転送電極７上の中央部分）を開口した開口部１７ａを有するレジストパターン１７をパターニングする。
【００８４】
さらに、図３（ｆ）の反射防止膜形成工程に示すように、レジストパターン１７の開口部１７ａに対応した反射防止膜１５の開口部１５ａとなる部分がドライエッチング法によりエッチング除去されて、受光用開口部１４上から電荷転送電極７上の一部を覆うように開口部１５ａを有した反射防止膜１５が所定のパターンにてパターニングされる。この反射防止膜１５のパターニングについては、シリコン窒化膜に水素透過性がなく、基板部全面が覆われていると水素アニールの効果が発揮できないために行われる。その後で反射防止膜１５上のレジストパターン１７が除去される。
【００８５】
その後の工程は、図示を省略するが、一般的な手法および工程に準じた製造方法により、本実施形態の固体撮像素子１０が作製される。
【００８６】
以上のようにして作製される本実施形態の固体撮像素子１０は、受光用開口部１４の近傍において、光電変換部２と遮光膜１２との間に第１シリコン酸化膜８ａと第２シリコン酸化膜１１などの絶縁膜が設けられており、図４に示した従来の固体撮像素子２０のように第１シリコン酸化膜と第２シリコン酸化膜の間に反射防止膜が設けられていないため、段差を軽減することができる。また、受光用開口部１４の形成時に、エッチングによる反射防止膜の露出を防止する必要がなく、第２シリコン酸化膜１１の薄膜化を図ることができる。これによって、光電変換部２と遮光膜１２との間隔を狭くして、スミアを抑制することができる。
【００８７】
また、光電変換部２上に薄膜化されたシリコン酸化膜１４ａと反射防止膜１５としてのシリコン窒化膜とが設けられているため、マイクロレンズで集光されて入射されてきた被写体光が光電変換部２の表面で反射することが抑制されて、光電変換部２における受光感度を向上させることができる。また、図７に示した固体撮像素子４０のように、受光用開口部を含む基板全面にシリコン窒化膜が形成されているのではなく、反射防止膜１５が開口部１５ａを有するようにパターニングされているため、光電変換部２に対する水素アニールの効果を十分に発揮させることができる。
【００８８】
以上のように、本実施形態によれば、光電変換部２上および電荷転送電極７上に第１シリコン酸化膜８ａおよび第２シリコン酸化膜１１を介して遮光膜１２を形成し、さらにその上に第３シリコン酸化膜１３を形成し、その遮光膜１２と第３シリコン酸化膜１３に一括して受光用開口部１４を形成する。遮光膜１２と光電変換部２の間には、受光用開口部１４の形成後の残膜であるシリコン酸化膜１４ａがあるだけであるため、従来に比べて反射防止膜の分だけ段差が軽減されてスミアを低減することができる。その上に反射防止膜１５となる材料を堆積して、光電変換部２上の受光用開口部１４から電荷転送電極７上の一部を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部（ここでは、電荷転送電極７上の中央部分）に開口部１５ａを有するようにパターニングする。光電変換部２上のシリコン酸化膜１４ａと反射防止膜１５としてのシリコン窒化膜により光電変換部２上での反射が抑制され、反射防止膜１５がパターニングされているために、パターニングされた開口部１５ａを通して光電変換部２への水素アニール効果を十分に発揮させることができる。したがって、従来のように光電変換部２への水素アニール効果を阻害することなく、遮光膜１２の受光用開口部１４において受光感度特性を向上させ、スミアの低減および抑制を図ることができる。
【００８９】
なお、上記実施形態では、反射防止膜１５は、光電変換部２上の受光用開口部１４から電荷転送電極７上の一部を覆いかつそれ以外の電荷転送電極７上の中央部分に開口部１５ａを有するようにパターニングしたが、これに限らず、光電変換部２上の受光用開口部１４から電荷転送電極７の一部上を覆いかつそれ以外の部分の少なくとも一部に開口部を有するようにパターニングされていてもよい。また、電荷転送電極７上の中央部に限らず、少なくとも電荷転送電極７上の一部を開口するようにパターニングされていてもよい。要は、反射防止膜１５は、水素アニール用の所定パターンにパターニングされていればよく、遮光膜１２および受光用開口部１４上に所定パターンでパターニングされた反射防止膜が設けられていればよい。
【００９０】
また、本発明の固体撮像素子は、上記実施形態の固体撮像素子１０の構成に限らず、光電変換部２上および電荷転送電極７上に、第２絶縁膜を介して、光電変換部２上を開口する受光用開口部１４を有する遮光膜１２が設けられ、この遮光膜１２および受光用開口部１４上にパターニングされた反射防止膜１５が設けられていればよい。これによって、各光電変換部２への水素アニール効果を阻害することなく、遮光膜１２の受光用開口部１４において反射防止膜１５により受光感度特性を向上させ、かつ、スミアの低減および抑制を図ることができる。
【００９１】
これと同様に、本発明の固体撮像素子の製造方法は、上記実施形態の固体撮像素子１０の製造方法の構成に限らず、光電変換部２上および電荷転送電極７上に第２絶縁膜を介して遮光膜１２となる材料を堆積し、この遮光膜１２となる材料に光電変換部２上を開口する受光用開口部１４を形成する遮光膜形成工程と、この遮光膜形成工程後の基板部上に反射防止膜１５となる材料を堆積し、この反射防止膜１５となる材料を所定パターンにパターニングして反射防止膜１５を形成する反射防止膜形成工程とを有していればよい。これによって、各光電変換部２への水素アニール効果を阻害することなく、遮光膜１２の受光用開口部１４において反射防止膜１５により受光感度特性を向上させ、かつ、スミアの低減および抑制を図ることができる。
【００９２】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像素子１０を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置１０を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００９３】
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よう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】
【００９４】
本発明は、被写体光をそれぞれ受光して各信号電荷をそれぞれ発生する複数の受光部が２次元状に配列された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、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、従来のように第１絶縁膜と第２絶縁膜間に反射防止膜が設けられているのではなく、遮光膜上方に、パターニングされた反射防止膜が設けられているため、受光用開口部から反射防止膜を通して、光電変換部へ入射されてくる被写体光に対して、光電変換部上の受光用開口部近傍で光電変換部と遮光膜との間隔を狭くすることによってスミアをより抑制することができる。また、光電変換部上の反射防止膜によって半導体基板（光電変換部）の表面での反射を抑制し、受光感度の向上を図ることができる。さらに、反射防止膜をパターニングして開口部を設けているため、この各開口部を通して各光電変換部の水素アニール効果を十分に発揮させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の固体撮像素子の製造方法の各工程（その１）をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【図３】（ｄ）〜（ｆ）は、図１の固体撮像素子の製造方法の各工程（その２）をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【図４】特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図４の固体撮像素子の製造方法の各工程（その１）をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【図６】（ｄ）〜（ｆ）は、図４の固体撮像素子の製造方法の各工程（その２）をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【図７】特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子の要部縦断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図７の固体撮像素子の製造方法の各工程をそれぞれ説明するための要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  半導体基板
２  光電変換部
３  電荷読み出し部
４  電荷転送領域、
５  チャネルストップ部、
６  ゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜）
７  電荷転送電極
８ａ、８ｂ  第１シリコン酸化膜（第１絶縁膜）
１０  固体撮像素子
１１  第２シリコン酸化膜（第２絶縁膜）
１２  遮光膜
１２ａ  遮光膜となる材料（材料層）
１３  第３シリコン酸化膜（第３絶縁膜）
１４  受光用開口部（受光領域）
１４ａ  受光用開口部エッチング時に残されたシリコン酸化膜（残膜）
１５  反射防止膜
１５ａ  反射防止膜の開口部
１６，１７  レジストパターン
１６ａ  レジストパターン１６の開口部
１７ａ  レジストパターン１７の開口部
【図１】
2007335694.tif 000003
【図２】
2007335694.tif 000004
【図３】
2007335694.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007335694.tif 000009
【図８】
2007335694.tif 000010