(57)【要約】【課題】スミアや暗電流による画質劣化を招くことなく、転送電極と遮光膜の間の確実な絶縁耐圧を確保する。【解決手段】入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部４１、およびこの光電変換部４１で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、電荷転送チャネルに対向して形成された転送電極と、転送電極上部を覆う遮光膜とが積層された固体撮像素子１００において、遮光膜と転送電極との間に水素遮蔽性を有する第１のシリコン窒化膜を形成し、光電変換部の上に水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜を形成した。第１のシリコン窒化膜はＣＶＤ熱窒化膜で形成することができ、また、第２のシリコン窒化膜は低温プラズマＣＶＤ膜で形成できる。【選択図】図１
2009140996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、前記電荷転送チャネルに対向して形成された転送電極と、該転送電極上部を覆う遮光膜とが積層された固体撮像素子であって、
前記遮光膜と前記転送電極との間に水素遮蔽性を有する第１のシリコン窒化膜が形成され、
前記光電変換部の上に水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜が形成された固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜は、ＣＶＤ熱窒化膜である固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜は、２０〜１００ｎｍの膜厚を有する固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第２のシリコン窒化膜は、低温プラズマＣＶＤ膜である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記第２のシリコン窒化膜は、少なくとも５ｎｍ以上の膜厚を有する固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜と前記第２のシリコン窒化膜が互いに接合され、前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域の全面がシリコン窒化膜で覆われた固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記転送電極は、ポリシリコンで形成された固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記転送電極は、シリサイドで形成された固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第１および第２のシリコン窒化膜下方の前記半導体基板表面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層構造からなるゲート絶縁膜が形成された固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第１および第２のシリコン窒化膜下方の前記半導体基板表面に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜が形成された固体撮像素子。
【請求項１１】
入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層体からなるゲート絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送チャネルに対向する位置に前記転送電極を形成する第２の工程と、
前記電極を囲む電極間絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記電極間絶縁膜上を覆うようにＣＶＤ熱窒化膜からなる第１のシリコン窒化膜を形成する第４の工程と、
前記光電変換部に開口を有する遮光膜を形成する第５の工程と、
前記光電変換部の受光側を該光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去する第６の工程と、
前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域に低温プラズマＣＶＤ膜である第２のシリコン窒化膜を形成する第７の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、シリコン酸化膜の単層からなるゲート絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送チャネルに対向する位置に前記転送電極を形成する第２の工程と、
前記電極を囲む電極間絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記電極間絶縁膜上を覆うようにＣＶＤ熱窒化膜からなる第１のシリコン窒化膜を形成する第４の工程と、
前記光電変換部に開口を有する遮光膜を形成する第５の工程と、
前記光電変換部の受光側を該光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去する第６の工程と、
前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域に低温プラズマＣＶＤ膜である第２のシリコン窒化膜を形成する第７の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第５の工程の遮光膜の開口は、前記第６の工程のエッチングにより形成されるものである固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１または請求項１２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第６の工程と前記第７の工程との間に、前記シリコン酸化膜をリフロー処理する第８の工程を有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し、特に、暗電流レベル、スミアレベルを増加させることなく、電極と遮光膜の間の絶縁耐圧を充分に保つ改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の固体撮像素子における受光部近傍の断面図である。
固体撮像素子の転送電極１下のゲート絶縁膜は、高耐圧である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜３を酸化シリコン（ＳｉＯ）膜５，７で挟む、所謂ＯＮＯ構造をとっている。昨今の微細化が進んだ固体撮像素子においては、このような構造を有するゲート絶縁膜は、ゲートの薄膜化や絶縁強度をもたせるために広く採用されている。また、転送電極１の上方には遮光膜９が形成されている。そして、光電変換部（ＰＤ）表面の酸化膜５上には入射光の反射損失を減らすために、反射防止熱窒化膜１１が形成されている。
【０００３】
また、固体撮像素子のノイズにはＳｉ／ＳｉＯ2界面準位（ダングリングボンド等）を介して生成する暗電流がある。この暗電流の消去に有効な手段としては、Ｓｉ／ＳｉＯ2界面準位を減少させ安定化させる水素アニールというダングリングボンド（未結合手）の水素終端を処理する方法がある。このダングリングボンドの終端処理法では、低圧熱窒化膜（ＬＰＣＶＤ窒化膜）が水素を通さないため、水素経路を確保するために、例えば図９に示すように、低圧熱窒化膜１１に水素の通路１３を開けてやらなければならない。
【０００４】
この他、スミア、暗電流の解消を図るものとして下記特許文献１〜３の固体撮像素子がある。
特許文献１に開示される固体撮像素子は、遮光膜としてのＡｌ膜が、パッシベーション膜であるＳｉＯ膜に覆われており、このＳｉＯ膜の上にＳｉＮ膜が、段差部における光の屈折による光路ずれが無視できる程度にまで膜厚を薄くして積層され、２層構造のパッシベーション膜が形成される。ＳｉＯ膜は、屈折率が低いので、段差部へ入射した光を垂直転送レジスタ側へ屈折させるレンズ作用が小さく、スミアが少ない。また、ＳｉＮ膜は水素を多量に含んでおり、この水素が界面準位を減らすので暗電流も抑制する。
【０００５】
特許文献２に開示される固体撮像装置は、転送電極の形成前に、レジスト膜をマスクとしたエッチングにより、酸化膜−窒化膜−酸化膜の三層構造のゲート絶縁膜のうち、上部酸化膜と窒化膜を除去する。これにより、水素雰囲気中で熱処理したときに、電荷蓄積部の表面準位を水素で終端させ、電荷蓄積部の暗電流を低減する。
【０００６】
特許文献３に記載の固体撮像装置は、水素含有気体分子を含む雰囲気中でプラズマ化学気相法により成膜されたシリコン窒化膜と、シリコン窒化膜よりも低い屈折率を有するシリコン酸化膜とが積層された多層膜を、シリコン基板に水素を供給する保護膜として形成している。つまり、保護膜を暗電流抑制のための水素供給源として利用している。
【特許文献１】特開平６−１３２５１５号公報
【特許文献２】特開平６−７７４５７号公報
【特許文献３】特開２０００−２５２４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、読み出しおよび転送電極１にはポリシリコンが使われ、遮光膜９にはタングステンが使われる場合が多い。タングステンは金属であり電極として作用することから、不安定なフローティング状態を避けるために一般に０Ｖ（ＧＮＤ）に固定される。読み出しおよび転送電極１には、ＶＨ，ＶＭ，ＶＬと３値電圧のパルスがかけられ、典型的な値としては、ＶＨ＝１５Ｖ，ＶＭ＝０Ｖ，ＶＬ＝−８Ｖなどが使用される。したがって、ポリシリコン電極１と遮光膜９の間には高い絶縁耐圧（具体的にはＶＨ−ＧＮＤ電位差以上の電位差）が要求される。ポリシリコン電極１と遮光膜９間の高い絶縁耐圧は、ポリシリコン電極１と遮光膜９間の絶縁膜（酸化膜７）で確保されている。
【０００８】
一方、素子の微細化により不純物拡散層の拡がりを抑え、ポリシリコン電極自身のバーズビークを減少させるためプロセスは低温化される傾向にある。プロセスが低温化されると、酸化時の粘性流動が落ちるため、図１０のＡ部に示すように、転送電極１の形状は角１ａが凸形状になりやすく、遮光膜９との絶縁距離が短くなり絶縁耐圧が低くなる。さらに、ポリシリコン電極自身の低抵抗化も要求されることから、今後シリサイド化が行われるとポリシリコンの酸化自体が困難であるために絶縁耐圧により深刻な問題が生じる。
このように、微細化とセンサ基本特性である感度や飽和等は、原理的にはトレードオフの関係にあるが、感度および飽和等の基本特性を維持又は向上させつつ微細化は進行している。上記のように、原理的なトレードオフを回避する技術はいくつかあるが、一般的に微細化に対しては使用電圧を低下させない電圧一定スケーリングが採用される。その結果、さまざまな箇所で電界が大きくなるという問題点を包含している。
【０００９】
耐電圧確保のための他の試みとしては、層間絶縁膜を熱酸化ではなく熱ＣＶＤ酸化膜にする方法が挙げられるが、この方法では、ピンホール等の発生による絶縁リークを起こす可能性がより高くなる。ポリシリコン電極と遮光タングステン電極の間には、ポリシリコン熱酸化膜の他に反射防止窒化膜や、ＣＶＤ酸化膜が挟まれる。このうち、反射防止窒化膜は、通常、ゲート絶縁膜としても使用可能な絶縁性および均一性の高い低圧熱窒化膜（ＬＰＣＶＤ窒化膜）が用いられる。しかし、その低圧熱窒化膜は、暗電流源となるシリコンと酸化膜界面の未結合手水素終端のための水素をほとんど通さないため、画素部に水素の通路１３を開けてやらねばならない。このためポリシリコン電極と遮光タングステン電極間絶縁耐圧を確保する絶縁膜としての機能は期待できない。
【００１０】
また、ＣＶＤ酸化膜は、ポリシリコン電極と遮光タングステン電極間の絶縁耐圧を確保する絶縁膜として従来より用いられているが、熱ＣＶＤ膜にしても熱ＴＥＯＳ−ＣＶＤ膜にしても、熱酸化膜よりは絶縁耐圧およびピンホール等の発生の点では劣る。このように従来より、ポリシリコン電極と遮光タングステン電極間絶縁耐圧は、ポリシリコン熱酸化膜と層間絶縁ＣＶＤ酸化膜との組み合わせで保たれてきたが、その維持が難しくなってきている。ポリシリコン熱酸化膜の絶縁性が弱くなった分、ＣＶＤ酸化膜を厚くすることが容易な解決手段ではあるが、この方法では、シリコン基板とタングステン遮光膜間の隙間間隔（高さ）が大きくなり、ＣＣＤ特有のノイズであるスミアが大きくなり現実的ではない。
さらに、上記特許文献にはシリコン窒化膜を、シリコン基板に水素を供給する保護膜、すなわち、暗電流抑制のための水素供給源として利用する構成もあるが、基本的には水素遮蔽性のシリコン窒化膜によりシリコン基板が覆われるため、良好な水素終端が期待できない。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、特別な水素終端用のホールを形成せず、スミアや暗電流による画質劣化を招くことなく、転送電極と遮光膜との間の確実な絶縁耐圧を確保できる固体撮像素子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】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、前記電荷転送チャネルに対向して形成された転送電極と、該転送電極上部を覆う遮光膜とが積層された固体撮像素子であって、
前記遮光膜と前記転送電極との間に水素遮蔽性を有する第１のシリコン窒化膜が形成され、
前記光電変換部の上に水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜が形成された固体撮像素子。
【００１２】
この固体撮像素子によれば、遮光膜と転送電極との間に、第１のシリコン窒化膜と第２のシリコン窒化膜が介在し、絶縁耐圧が確保されるとともに、第２のシリコン窒化膜において水素の透過性も確保され、良好な水素終端が実現する。
【００１３】
（２）  （１）の固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜は、ＣＶＤ熱窒化膜である固体撮像素子。
【００１４】
この固体撮像素子によれば、転送電極および遮光膜間絶縁耐圧と、スミア抑制効果とのトレードオフ決定に際しての膜厚コントロールが容易となる。
【００１５】
（３）  （１）または（２）の固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜は、２０〜１００ｎｍの膜厚を有する固体撮像素子。
【００１６】
この固体撮像素子によれば、膜厚が２０ｎｍ未満で生じる電極間絶縁耐圧の低下が抑止されるとともに、膜厚が１００ｎｍを超えて生じるスミア抑制効果の低下が回避される。
【００１７】
（４）  （１）〜（３）のいずれか１つの固体撮像素子であって、
前記第２のシリコン窒化膜は、低温プラズマＣＶＤ膜である固体撮像素子。
【００１８】
この固体撮像素子によれば、窒化膜に、電極間絶縁耐圧を確保しつつ、水素透過性を付与することができる。
【００１９】
（５）  （４）の固体撮像素子であって、
前記第２のシリコン窒化膜は、少なくとも５ｎｍ以上の膜厚を有する固体撮像素子。
【００２０】
この固体撮像素子によれば、第１のシリコン窒化膜の開口部分が、５ｎｍ以上の膜厚の第２のシリコン窒化膜にて埋められ、所定の電極間絶縁耐圧が確保される。
【００２１】
（６）  （１）〜（５）のいずれか１つの固体撮像素子であって、
前記第１のシリコン窒化膜と前記第２のシリコン窒化膜が互いに接合され、前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域の全面がシリコン窒化膜で覆われた固体撮像素子。
【００２２】
この固体撮像素子によれば、遮光膜と転送電極の間で窒化膜が連続することで絶縁耐圧が一層高まる。また、光学的に、余分な方向に反射が生じなくなり、均一性が良好となり、これによってもスミアが改善される。また、光学特性として良好な状態での酸化膜コントロールが可能となる。
【００２３】
（７）  （１）〜（６）のいずれか１つの固体撮像素子であって、
前記転送電極は、ポリシリコンで形成された固体撮像素子。
【００２４】
この固体撮像素子によれば、転送効率の高い垂直電荷転送路を容易に作製することができる。
【００２５】
（８）  請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記転送電極は、シリサイドで形成された固体撮像素子。
【００２６】
この固体撮像素子によれば、転送電極が金属とＳｉの反応により生成されるシリサイドからなることで、転送電極が高温アニール等により容易に低抵抗化可能となる。
【００２７】
（９）  （１）〜（８）のいずれか１つの固体撮像素子であって、
前記第１および第２のシリコン窒化膜下方の前記半導体基板表面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層構造からなるゲート絶縁膜が形成された固体撮像素子。
【００２８】
この固体撮像素子によれば、微細化においての薄膜化が可能となる。
【００２９】
（１０）  （１）〜（８）のいずれか１つの固体撮像素子であって、
前記第１および第２のシリコン窒化膜下方の前記半導体基板表面に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜が形成された固体撮像素子。
【００３０】
この固体撮像素子によれば、ＯＮＯ膜の形成に比べ、製造工程の短縮が可能となる。
【００３１】
（１１）  入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の積層体からなるゲート絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送チャネルに対向する位置に前記転送電極を形成する第２の工程と、
前記電極を囲む電極間絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記電極間絶縁膜上を覆うようにＣＶＤ熱窒化膜からなる第１のシリコン窒化膜を形成する第４の工程と、
前記光電変換部に開口を有する遮光膜を形成する第５の工程と、
前記光電変換部の受光側を該光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去する第６の工程と、
前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域に低温プラズマＣＶＤ膜である第２のシリコン窒化膜を形成する第７の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【００３２】
この固体撮像素子の製造方法によれば、電極間絶縁膜上を覆うように第１のシリコン窒化膜が形成され、光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材として第１のシリコン窒化膜がエッチング除去され、この後、光電変換部および電荷転送チャネルを含む画素領域に第２のシリコン窒化膜が形成されることで、エッチング除去された第１のシリコン窒化膜が水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜によって埋められて連続した窒化膜が形成される。
【００３３】
（１２）  入射光に応じた信号電荷を発生する光電変換部、および該光電変換部で蓄積された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルが形成された半導体基板上に、シリコン酸化膜の単層からなるゲート絶縁膜を形成する第１の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送チャネルに対向する位置に前記転送電極を形成する第２の工程と、
前記電極を囲む電極間絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記電極間絶縁膜上を覆うようにＣＶＤ熱窒化膜からなる第１のシリコン窒化膜を形成する第４の工程と、
前記光電変換部に開口を有する遮光膜を形成する第５の工程と、
前記光電変換部の受光側を該光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去する第６の工程と、
前記光電変換部および前記電荷転送チャネルを含む画素領域に低温プラズマＣＶＤ膜である第２のシリコン窒化膜を形成する第７の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【００３４】
この固体撮像素子の製造方法によれば、電極間絶縁膜上を覆うように第１のシリコン窒化膜が形成され、光電変換部に開口を有する遮光膜が形成された後、光電変換部上のシリコン酸化膜をエッチングストップ材として第１のシリコン窒化膜がエッチング除去される。この後、光電変換部および電荷転送チャネルを含む画素領域に第２のシリコン窒化膜が形成されることで、エッチング除去された第１のシリコン窒化膜が水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜によって埋められて連続した窒化膜が形成される。また、エッチング除去された遮光膜の端部が表出する表面に第２のシリコン窒化膜が形成されることで、遮光膜の端部が第２のシリコン窒化膜に接続される。
【００３５】
（１３）  （１１）または（１２）の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第５の工程の遮光膜の開口は、前記第６の工程のエッチングにより形成されるものである固体撮像素子の製造方法。
【００３６】
この固体撮像素子の製造方法によれば、遮光膜と第１のシリコン窒化膜とが同一面にてエッチングされ、後に形成される第２のシリコン窒化膜に共に接続される。
【００３７】
（１４）  （１１）または（１２）の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第６の工程と前記第７の工程との間に、前記シリコン酸化膜をリフロー処理する第８の工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【００３８】
この固体撮像素子の製造方法によれば、光電変換部の受光側がシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去され、その上に形成されたシリコン酸化膜がリフロー処理されることで、開口におけるシリコン酸化膜の隅部がＲ状となり、シリコン酸化膜上に後に形成される第２のシリコン窒化膜に光学特性が付与される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る固体撮像素子によれば、遮光膜と転送電極との間に水素遮蔽性を有する第１のシリコン窒化膜を形成し、光電変換部の上に水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜を形成したので、スミアや暗電流による画質劣化を招くことなく、転送電極と遮光膜の間の確実な絶縁耐圧を確保できる。
【００４０】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、電極間絶縁膜上を覆うようにＣＶＤ熱窒化膜からなる第１のシリコン窒化膜を形成し、光電変換部に開口を有する遮光膜を形成し、光電変換部受光側のシリコン酸化膜をエッチングストップ材としてエッチング除去し、光電変換部および電荷転送チャネルを含む画素領域に低温プラズマＣＶＤ膜である第２のシリコン窒化膜を形成するので、電極間絶縁膜上には水素遮蔽性の第１のシリコン窒化膜が設けられ、光電変換部の開口には水素透過性の第２のシリコン窒化膜が設けられ、スミアや暗電流による画質の劣化を招くことなく、転送電極と遮光膜の間で確実な絶縁耐圧が確保される固体撮像素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明に係る固体撮像素子およびその製造方法の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る固体撮像素子の撮像部における断面図、図２は図１に示した固体撮像素子の主要部の構成例を示す平面図である。
図１に示すように、固体撮像素子１００は、撮像素子形成領域３１に、受光領域３３、水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）３５、アンプ３７、信号出力端子３９が設けられている。受光領域３３には、光電変換部４１と、電荷読み出し部４３と、垂直電荷転送部４５が設けられている。
【００４２】
より具体的には、固体撮像素子１００は、図２に示すように、多数の光電変換部４１が平面上に行方向（矢印Ｘの方向）及び列方向（矢印Ｙの方向）に沿って二次元配置された受光領域３３を有している。各々の光電変換部４１は、半導体で構成されるフォトダイオード（ＰＤ）を備えている。
【００４３】
二次元配置された多数の光電変換部４１のそれぞれが出力する信号電荷を固体撮像素子の出力端子から時系列のフレーム毎の信号として取り出すために、複数の垂直電荷転送部４５と、ラインメモリ４７と、水平電荷転送部３５とが備わっている。
【００４４】
ラインメモリ４７に蓄積された１行分の信号電荷は、ラインメモリ４７上から水平電荷転送部３５に向かって転送され、その結果、水平電荷転送部３５上に１行分の信号電荷が取り込まれる。水平電荷転送部３５は、それ自身が保持している１行分の信号電荷を１画素単位で水平方向（矢印Ｘ方向）に順次に転送する。水平電荷転送部３５を転送される信号電荷は、アンプ３７で増幅されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００４５】
このような読み出し動作を実現するために必要な制御信号、すなわち、垂直転送制御信号φＶ（通常は複数相の信号）と、転送制御信号φＬＭと、水平転送制御信号φＨ（通常は複数相の信号）とがそれぞれ図示しないタイミング信号発生回路によって生成され、固体撮像素子の各垂直電荷転送部４５と、ラインメモリ４７と、水平電荷転送部３５とにそれぞれ印加される。なお、ラインメモリ４７は省略されて構成される場合もある。
【００４６】
固体撮像素子１００は、図２に示すように、多数の光電変換部４１がハニカム状のパターン（光電変換部の配置位置を各行毎で水平方向に半ピッチずらしたパターン）を形成するように配置されている。また、図２中に「Ｇ１」、「Ｇ２」、「Ｂ」、「Ｒ」で示すように、それぞれの光電変換部４１は検出する色成分が予め定められている。すなわち、「Ｇ１」、「Ｇ２」の各光電変換部４１は緑色成分、「Ｂ」の各光電変換部４１は青色成分、「Ｒ」の各光電変換部４１は赤色成分の明るさを検出する。
【００４７】
これらの検出色は、各光電変換部４１の受光面の前面に配置された光学フィルタの分光特性によって設定される。図２に示す例では、光電変換部４１の列毎に区分して、４種類のフィルタ列ＦＣ１、ＦＣ２、ＦＣ３、ＦＣ４が配置してある。それぞれの光学フィルタは、所謂ベイヤー配列を４５゜傾けた配列となっている。
【００４８】
垂直電荷転送部４５は、光電変換部４１の列毎に、各列と隣接する位置に蛇行する形状で形成されている。各々の垂直電荷転送部４５は、半導体基板４９に形成された垂直電荷転送チャネル５１と、半導体基板４９上に電気的絶縁膜（図示せず）を介して配置された電荷転送用の多数本の第１垂直転送電極５３、第２垂直転送電極５５、第１補助転送電極５７、第２補助転送電極５９、第３補助転送電極６１とを備えている。水平電荷転送部３５は、矢印Ｘ方向に向かって帯状に延在する１本の水平電荷転送チャネル６３を有する。
【００４９】
すなわち、各電極５３，５５，５７，５９，６１に所定の電圧を印加して各垂直電荷転送チャネル５１上に所定の電位分布を形成し、各電極に印加する電圧を順次に切り替えることにより、垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）４５において各画素の信号電荷を目的の方向に向けて順次に転送することができる。
【００５０】
第１垂直転送電極５３及び第２垂直転送電極５５は、光電変換部４１の行毎にそれぞれ１つずつ形成されている。なお、各第１垂直転送電極５３は、光電変換部４１から垂直電荷転送部４５の垂直電荷転送チャネル５１への信号電荷の転送を制御するための読出しゲートとしても機能する。
【００５１】
矢印Ｙ方向に交互に並んでいる第２垂直転送電極５５及び第１垂直転送電極５３のそれぞれには、図２に示すように、４相の垂直転送制御信号（駆動パルスとも称する）φＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４のいずれかが各第２垂直転送電極５５及び第１垂直転送電極５３の配置された位置関係に応じて印加される。同様に、第１補助転送電極５７には垂直転送制御信号φＶ２が印加され、第２補助転送電極５９には垂直転送制御信号φＶ３が印加され、第３補助転送電極６１には垂直転送制御信号φＶ４が印加される。また、転送制御電極ＬＭ１及びＬＭ２には、ラインメモリ４７における信号電荷の転送を制御するために転送制御信号φＬＭが印加される。
【００５２】
図３は図２のＡ１−Ａ２部における断面図である。
固体撮像素子１００の１つの光電変換部４１の断面は、半導体基板４９の中に、光電変換部であるフォトダイオード（ＰＤ）６５と、垂直電荷転送部４５と、電荷読み出し部４３とが形成されている。また、フォトダイオード６５の表面側には薄いＰ型領域６７が形成してある。垂直電荷転送部４５と転送電極６９との間は、高耐圧である窒化シリコン（ＳｉＮ）膜７１を酸化シリコン（ＳｉＯ）膜７３，７５で挟むＯＮＯ構造をとっている。転送電極６９の上方には転送電極６９の上部を覆う遮光膜７７が形成される。
【００５３】
転送電極６９は、ポリシリコンで形成される。これにより、転送効率の高い垂直電荷転送部４５を容易に作製することができる。なお、転送電極６９は、シリサイドで形成されてもよい。転送電極６９が金属とＳｉの反応により生成されるシリサイドからなることで、高温アニール等により容易に低抵抗化できる。
【００５４】
遮光膜７７と転送電極６９との間には第１のシリコン窒化膜７９が形成され、第１のシリコン窒化膜７９は水素遮蔽性を有する。また、フォトダイオード６５の上には第２のシリコン窒化膜８１が形成され、第２のシリコン窒化膜８１は水素透過性を有する。第１のシリコン窒化膜７９と第２のシリコン窒化膜８１とは、遮光膜７７の両端部の下方で接続されている。つまり、半導体基板４９は、連続した第１のシリコン窒化膜７９と第２のシリコン窒化膜８１によって覆われている。図中、８３はフィルタ列ＦＣ２、ＦＣ３、ＦＣ４の上面にセル毎に独立して配置されたマイクロレンズを示す。
【００５５】
第１のシリコン窒化膜７９は、ＣＶＤ熱窒化膜とすることができる。これにより、転送電極６９および遮光膜間絶縁耐圧と、スミア抑制効果とのトレードオフ決定に際しての膜厚コントロールが容易となる。また、第１のシリコン窒化膜７９は、２０〜１００ｎｍの膜厚を有する。これにより、膜厚が２０ｎｍ未満で生じる電極間絶縁耐圧の低下が抑止されるとともに、膜厚が１００ｎｍを超えて生じるスミア抑制効果の低下が回避される。
【００５６】
第２のシリコン窒化膜８１は、低温プラズマＣＶＤ膜とすることにより、窒化膜に、電極間絶縁耐圧を確保しつつ、水素透過性を付与することができる。第２のシリコン窒化膜８１は、少なくとも５ｎｍ以上の膜厚を有し、これにより、第１のシリコン窒化膜７９の開口部分が、５ｎｍ以上の膜厚の第２のシリコン窒化膜８１にて埋められ、所定の電極間絶縁耐圧が確保される。
【００５７】
本実施の形態では、第１のシリコン窒化膜７９と第２のシリコン窒化膜８１が互いに接合され、フォトダイオード６５および電荷転送チャネルを含む画素領域の全面がシリコン窒化膜７９，８１で覆われる。遮光タングステン膜７７と転送電極６９の間でシリコン窒化膜７９，８１が連続することで絶縁耐圧が一層高まる。また、光学的に、余分な方向に反射が生じなくなり、均一性が良好となり、これによってもスミアが改善される。また、光学特性として良好な状態での酸化膜コントロールが可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態では、第１および第２のシリコン窒化膜７９，８１下方の半導体基板表面に、シリコン酸化膜７３、シリコン窒化膜７１、シリコン酸化膜７５の積層構造からなるゲート絶縁膜が形成されている。これにより、微細化においての薄膜化が可能となっている。
【００５９】
なお、固体撮像素子１００の変形例として、図４に示すように、シリコン窒化膜７１を省略した固体撮像素子１００Ａとすることもできる。これにより、ＯＮＯ膜の形成に比べ、製造工程の短縮が可能となる。
【００６０】
したがって、この固体撮像素子１００によれば、遮光膜７７と転送電極６９との間に水素遮蔽性を有する第１のシリコン窒化膜７９を形成し、フォトダイオード６５の上に水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜８１を形成したので、絶縁耐圧が確保されるとともに、第２のシリコン窒化膜８１において水素の透過性も確保され、良好な水素終端が実現する。この結果、スミアや暗電流による画質の劣化を招くことなく、転送電極６９と遮光膜７７の間の確実な絶縁耐圧を確保できる。
【００６１】
次に、上記した固体撮像素子１００の製造方法を説明する。
図５は実施の形態による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
Ｎ型基板上にＮ型エピ層の積層されたＮepi／Ｎ型半導体基板４９に、Ｐｗｅｌｌ領域９１、ＰＤ（Ｐ＋／Ｎ型）６５，ＶＣＣＤ（Ｎ型）４５，読み出しチャンネル（Ｐ型）４３、素子分離（Ｐ型）領域を形成し、ゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜）７１，７３，７５、転送電極６９を形成し、電極層間絶縁酸化膜を形成する。
なお、上記Ｎ型、Ｐ型の表記は、従来より一般的に使用されている電子蓄積転送型ＣＣＤの例であり、ホール蓄積転送型ＣＣＤの場合は全て逆の導電型半導体層が使用される。
ここまでは、従来の画素製造方法と基本的に同一である。
【００６２】
異なる点として、従来のフォトダイオード６５上の酸化膜７３の製造方法と膜厚は、暗電流抑制のための界面安定性や、重金属等不純物を取り込めるようなゲッタリング効果を得るためと、次の堆積層である熱窒化膜との組み合わせで光学感度を上げるため、との主に２つの効果から決められていたが、本実施の形態では、これらの何れかを考慮すればよく、その結果、最大限に薄くすることが可能となる。例えば、従来は２０〜５０ｎｍ程度が使用されているが、本実施の形態では、５ｎｍ厚さ程度の酸化膜７３が使用可能となる。
【００６３】
次に、ＣＶＤ熱窒化膜７９を堆積する。この工程自体は、従来の画素製造方法と同一であるが、このときの窒化膜膜厚は、従来のように光学感度を上げるための反射防止効果のある膜厚である必要がない。この窒化膜厚は、転送電極６９および遮光タングステン電極間絶縁耐圧と、スミア抑制効果とのトレードオフで決める。電極間絶縁耐圧に対しては、厚くするほど効果的であり、スミア抑制効果に対しては薄くする程効果が高い。
【００６４】
これらのトレードオフから、例えば、２０〜１００ｎｍ程度堆積する。本実施の形態はここで窒化膜のパターニングおよびエッチングを施さないことである。つまり、水素経路を確保することを主目的とした従来技術の反射防止熱窒化膜のみのパターニングおよびエッチングは不要となる。
【００６５】
次に、熱ＣＶＤまたはＴＥＯＳ−ＣＶＤ等の絶縁膜９５を堆積し、さらに、ＣＶＤ又はＰＶＤにて遮光タングステン膜７７を堆積し、遮光タングステン膜に対してパターニングおよびエッチングを行い、ＰＤ開口部９７を形成する。
【００６６】
なお、遮光タングステン膜７７は、ＴｉＮ／Ｗ積層構造でも良いし、その他ＡＬ等遮光性のある導電膜であれば何れでも良く、遮光性と導電性を満たせば、その他の膜であっても良い。
【００６７】
次に、ＢＰＳＧ、熱ＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＳｉＯ、ＳＯＧ等の埋め込み性および平坦性の良い酸化膜９９を堆積する。この酸化膜層は、単層であっても積層であっても、いくつかの堆積方法の組み合わせであってもよい。必要に応じて、次のパターニングおよび光学特性を考慮して、高さ調整や、パターニング精度を保つためのＣＭＰやエッチバックといった平坦化処理をしても良い。逆に、必ずしも平坦にする必要はなく、下凸形状でも良い。以上で、図５（ａ）の構造が出来上がる。
【００６８】
その後、レジスト１０１のパターニングを行い（図５（ｂ））、シリコン窒化膜７９をエッチングストップ材として、酸化膜異方性エッチングを行う（図５（ｃ））。ここで、イメージセンサの光学特性の均一性を制御良く保つため、エッチング形状（すなわち、下凸層内レンズ形状）を安定化させるように、シリコン窒化膜７９をエッチングストップ材として使い、均一なエッチングホール形状を作成する。
【００６９】
次に、ＰＤ６５上の酸化膜７３をエッチングストップ材として、シリコン窒化膜７９の異方性又は等方性エッチングを行い（図５（ｄ））、レジスト１０１の剥離を行う（図５（ｅ））。なお、シリコン窒化膜７９のエッチング時には、酸化膜７３との選択比が高い条件を用いるので、（図５（ｄ））に示す例ではレジスト１０１がある状態でエッチングを行っているが、レジスト剥離後エッチングを行っても良い。
【００７０】
その後、低温窒化膜（プラズマＣＶＤ窒化膜）８１を堆積する（図５（ｆ））。低温窒化膜８１は、埋め込み性を良くするために、例えば、数回に堆積を分けたり、数回、堆積およびエッチバックを繰り返したりして作成しても良い。その後、窒化膜以外の別の膜１０３を堆積して、下凸層内レンズを完成させる。
【００７１】
ここで、例えば２μｍ□以下というような超微細画素構造では、埋め込み用ホールが直径１μｍ程度からそれ以下の円から１辺１μｍ程度からそれ以下の四角形になるため、ホール内部に意図しない鬆、すなわち空孔（エアーギャップ）が形成される問題が生じる。電気的特性もさることながら、イメージセンサの開口の光学特性ばらつきは致命的になるので、意図しない鬆の形成は避けなければならない。このような鬆の形成を回避するためには、図５（ｆ）のように薄く低温窒化膜８１を堆積した後、別のカバレッジの良い膜１０３を堆積、又は充填すればよい。
【００７２】
例えば、塗布系の低温酸化膜（ＳＯＧ等）や、レジスト剤等、光学的に透明で充填性がよく平坦性の良い膜で覆う構造が完成する。その後、平坦化層積層１０５（図３参照）、カラーフィルタ（ＣＦ）形成、マイクロレンズ８３の形成を行うことで、図３に示す本実施の形態に係る構造が完成する。
【００７３】
これらの、平坦化層積層、カラーフィルタＣＦ形成、マイクロレンズ８３の形成、さらには図示していないが上凸層内レンズなどは、必要とするイメージセンサの用途により決められるものであって、本発明に必ずしも必須ではない。なお、ゲート絶縁膜は、ＯＮＯ膜とすることに限らない。ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜７３のみで作成した場合の構造が図４である。
【００７４】
この製造方法では、電極間絶縁膜上を覆うように第１のシリコン窒化膜７９が形成され、フォトダイオード６５上のシリコン酸化膜７３をエッチングストップ材として第１のシリコン窒化膜７９がエッチング除去され、この後、フォトダイオード６５および電荷転送チャネルを含む画素領域に第２のシリコン窒化膜８１が形成されることで、エッチング除去された第１のシリコン窒化膜７９が水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜８１によって埋められて連続した窒化膜が形成される。この結果、スミアや暗電流による画質劣化を招くことなく、転送電極６９と遮光タングステン膜７７の間で確実な絶縁耐圧が確保される固体撮像素子１００を得ることができる。
【００７５】
＜変形例１＞
次に、上記製造方法の変形例について説明する。
図６は変形例１による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
図５と製造手順とは（ａ）〜（ｃ）が異なっている。Ｎepi／Ｎ型半導体基板４９に、Ｐｗｅｌｌ領域９１、ＰＤ（Ｐ＋／Ｎ型）６５，ＶＣＣＤ（Ｎ型）４５，読み出しチャンネル（Ｐ型）４３，素子分離（Ｐ型）領域を形成し、ゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜）７１，７３，７５、ゲート電極（Ｎ＋型ポリシリコン）６９を形成し、ポリシリコン電極層間に絶縁酸化膜を形成する。
【００７６】
次に、ＣＶＤ熱窒化膜７９を堆積する。次に、熱ＣＶＤまたはＴＥＯＳ−ＣＶＤ等の絶縁膜９５を堆積し、さらに、ＣＶＤ又はＰＶＤにて遮光タングステン膜７７を堆積する。ここまでは、図５（ａ）と同様である。次に、埋め込み性および平坦性の良いシリコン酸化膜９９を堆積する。以上で、図６（ａ）の構造が出来上がる。図５（ａ）との違いは、遮光タングステン膜７７に対してパターニングおよびエッチングを行わないことである。
【００７７】
その後、レジスト１０１のパターニングを行い（図６（ｂ））、シリコン窒化膜７９をエッチングストップ材として、異方性エッチングを行う（図６（ｃ））。ここで、被エッチング材料は、上から、シリコン酸化膜９９、遮光タングステン膜７７、シリコン酸化膜という構造になっている。ここのエッチングは、シリコン窒化膜７９をエッチングストップ材料として用い、一括エッチングで仕上げることが望ましいが、膜の積層構造が複雑であるため、数回のエッチングに分けてエッチングホールを形成しても良い。その後の工程は、図５と同様である。
【００７８】
電極間絶縁膜上を覆うように第１のシリコン窒化膜７９が形成され、フォトダイオード６５に開口を有する遮光タングステン膜７７が形成された後、フォトダイオード６５上のシリコン酸化膜７３をエッチングストップ材として第１のシリコン窒化膜７９がエッチング除去される。この後、フォトダイオード６５および電荷転送チャネルを含む画素領域に第２のシリコン窒化膜８１が形成されることで、エッチング除去された第１のシリコン窒化膜７９が水素透過性を有する第２のシリコン窒化膜８１によって埋められて連続した窒化膜が形成される。また、エッチング除去された遮光タングステン膜７７の端部が表出する表面に第２のシリコン窒化膜８１が形成されることで、遮光タングステン膜７７の端部が第２のシリコン窒化膜８１に接続される。
【００７９】
＜変形例２＞
図７は変形例２による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
この変形例の、図５に示した手順とは、最後の図７（ｆ）が異なっている。図７（ｆ）においては、低温窒化膜８１のみで堆積・充填を行っている。低温窒化膜８１は、埋め込み性を良くするために、例えば、数回に堆積を分けたり、数回、堆積およびエッチバッグを繰り返したりして作成しても良い。充填後、必要に応じて、光学特性等を考慮して、高さ調整等のためにＣＭＰやエッチバックといった平坦化処理をしてもよい。
【００８０】
＜変形例３＞
図８は変形例３による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
この変形例の、図７に示した手順とは後半の図８（ｅ），（ｆ）が異なっている。本変形例においては、シリコン窒化膜７９のエッチングを行った後、図８（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜９９のリフロー（メルト）を行い、次に図８（ｆ）に示すように堆積する低温窒化膜８１を、窒化膜下凸レンズ形状に形成している。
【００８１】
この製造方法では、フォトダイオード６５の受光側がシリコン酸化膜７３をエッチングストップ材としてエッチング除去され、その上に形成されたシリコン酸化膜９９がリフロー処理されることで、開口におけるシリコン酸化膜９９の隅部が曲面状となり、シリコン酸化膜９９上に後に形成される第２のシリコン窒化膜８１に凸レンズ形状の光学特性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の撮像部における平面図である。
【図２】図１に示した固体撮像素子の主要部の構成例を示す平面図である。
【図３】図２のＡ１−Ａ２部における断面図である。
【図４】図３に示した構成の変形例の断面図である。
【図５】実施の形態による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
【図６】変形例１による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
【図７】変形例２による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
【図８】変形例３による固体撮像素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
【図９】従来の固体撮像素子における受光部近傍の断面図である。
【図１０】図９に示した転送電極と遮光膜の近接部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
４９  半導体基板
６５  フォトダイオード（光電変換部）
６９  転送電極
７７  遮光タングステン膜
７９  第１のシリコン窒化膜
８１  第２のシリコン窒化膜
９７  開口
１００  固体撮像素子
【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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【図９】
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【図１０】
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