(57)【要約】【課題】転送電極間ギャップを変えずに、配線容量を低減させて電荷転送効率を高め、信号電荷転送の高速化を図る。【解決手段】第１電荷転送電極３５と第２電荷転送電極３７とが配置された電荷転送素子の製造方法において、半導体基板のゲート絶縁膜３１上に第１導電体層３２を成膜し、この第１導電体層３２上に酸素拡散性機能膜３３を形成した後に第２導電体層３４を成膜する。酸素拡散性機能膜３３を挟んで積層された第１および第２導電体層３２，３４をパターニングして第１電荷転送電極３５を形成する。第１電荷転送電極３５を熱酸化させることにより、第１および第２導電体層３２，３４のパターニングされた側壁面３５ａから酸素拡散性機能膜３３を中心に窪むくびれ部３５ｂを形成させながら第１電荷転送電極３５を覆う電極間絶縁膜３６を形成する。【選択図】図４
2009117418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷転送チャネルの形成された半導体基板のゲート絶縁膜上に、信号電荷転送用の第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが配置された電荷転送素子の製造方法であって、
前記半導体基板のゲート絶縁膜上に第１導電体層を成膜する第１のステップと、
前記第１導電体層上に酸素拡散性機能膜を形成し、該酸素拡散性機能膜上に第２導電体層を成膜することを少なくとも１回行う第２のステップと、
前記酸素拡散性機能膜を挟んで積層された前記第１および第２導電体層をパターニングして前記第１電荷転送電極を形成する第３のステップと、
前記第１電荷転送電極を熱酸化させることにより、前記第１および第２導電体層のパターニングされた側壁面が窪むくびれ部を形成させながら前記第１電荷転送電極を覆う電極間絶縁膜を形成する第４のステップと、
前記第１電荷転送電極に隣接するように前記第２電荷転送電極を形成する第５のステップと、を含む電荷転送電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記第１導電体層と前記第２導電体層の膜厚を略等しく形成する電荷転送電極の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記酸素拡散性機能膜は、自然酸化膜により形成する電荷転送電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記第１転送電極に対する電気接続配線を、前記第１転送電極の前記第１導電体層と前記第２導電体層との界面を貫通するコンタクトホールを開口し、該コンタクトホール内に導電体材料を埋設することで形成する電荷転送素子の製造方法。
【請求項５】
電荷転送チャネルの形成された半導体基板上に信号電荷転送用の第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが配置された電荷転送素子であって、
前記第１電荷転送電極が、導電体層と、該導電体層を高さ方向に分断して介挿される少なくとも一層の酸素拡散性機能膜との積層構造体からなり、
前記第１電荷転送電極は、前記第１および第２電荷転送電極の並び方向に対し、該第１電荷転送電極の側壁面が窪むくびれ部を有し、該くびれ部によって前記電荷転送チャネル側の最下端の電極幅よりも前記酸素拡散性機能膜の高さ位置の電極幅が狭く形成された電荷転送素子。
【請求項６】
請求項５記載の電荷転送素子であって、
前記酸素拡散性機能膜が酸化膜からなる電荷転送素子。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の電荷転送素子であって、
前記第１転送電極の一部に、複数の前記導電体層同士の界面を貫通するコンタクトホールが開口され、該コンタクトホール内に導電体材料が埋設されている電荷転送素子。
【請求項８】
光電変換素子が配列された受光部と、
前記光電変換素子からの信号電荷を受け取って転送する請求項５〜請求項７のいずれか１項記載の電荷転送素子と、
前記電荷転送素子に転送される信号電荷に基づく信号を出力する出力部と、
を備えた固体撮像素子。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷転送素子の製造方法および電荷転送素子、並びに固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置に関し、特に、転送電極間ギャップを変えずに、配線容量を低減させて電荷転送効率を高める改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子を搭載するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮像画像を高速に取得するため、電荷転送素子における信号電荷の転送速度を速めることが求められる。すなわち、固体撮像素子は、受光部で得た信号電荷を転送電極で高速に転送し、最終段の出力部から信号電荷を画像データ信号として高速に出力する必要がある。転送電極での高速転送を可能にするには、電荷転送効率を向上させることが有効となる。例えば、特許文献１に記載される第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが交互に並設される電荷転送素子では、転送電極間の配線容量を下げることが、電荷転送効率の向上に好ましい。この配線容量は、転送電極間の絶縁膜に依存するところが大きい。
【０００３】
転送電極間に絶縁膜の形成される従来の電荷転送電極の製造手順を説明する。
図８は従来の電荷転送電極の製造手順を（ａ）〜（ｅ）で表した工程説明図である。
図８（ａ）に示すように、従来の電荷転送電極の製造方法は、まず、電荷転送路となるＳｉ基板１上にゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜：シリコン酸化膜ＳｉＯ２／シリコン窒化膜ＳｉＮ／シリコン酸化膜ＳｉＯ２からなる積層膜、またはシリコン窒化膜ＳｉＮ／シリコン酸化膜ＳｉＯ２（ＳｉＮが上側））３を形成する。
そして、図８（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜３上にシリコン系導電性薄膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ，アモルファスＳｉ）５を例えば３００ｎｍ成膜する。図８（ｃ）に示すように、フォトリソ・エッチングにより第１の転送電極７を形成する。
次に、図８（ｄ）に示すように、第１転送電極７を熱酸化し、絶縁膜９を形成する。熱酸化は、例えば９００〜１０００℃のドライ酸化雰囲気中で、絶縁膜９となる熱酸化膜が膜厚８０ｎｍ程度になるまで形成する。
そして、図８（ｅ）に示すように、シリコン系導電性薄膜を成膜し、フォトリソ・エッチングにてパターニングして第２転送電極１１を形成する。
【０００４】
上記の画素部の構成に対して、画素部周辺のコンタクト部においては、図９に示すコンタクト構造を有する。従来の第１転送電極におけるメタル配線接続構造の一例を図９に示した。
図９に示すように、各電荷転送電極７，１１上に絶縁膜９、層間絶縁膜１３を成膜し、絶縁膜９，層間絶縁膜１３を貫通するコンタクトホール１５を開口させ、このコンタクトホール１５内に導電体材料が埋設されるようにメタル層を形成することで、第１転送電極７に対するメタル配線１７を形成する。なお、図示はしないが、第２転送電極１１に対しても同様なメタル配線でコンタクトを形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１００３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、絶縁膜９の配線容量を下げる手段として、この絶縁膜９を誘電率の低いポーラス材料に変更する方法があるが、ＣＣＤの高い駆動電圧を考慮すると耐電圧性能の面から困難である。また、絶縁膜９の膜厚を厚くして配線容量を下げる方法もあるが、転送電極間の間隔（ギャップ）を広げることとなり、電荷転送の高速化には不利となる。そのため、ギャップを広げずに配線容量を下げたいという要請がある。これに対し、近年、微細化に伴ってギャップは益々狭くなる傾向にある。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、転送電極間ギャップを変えずに、配線容量を低減させて電荷転送効率を高めることのできる電荷転送素子の製造方法および電荷転送素子、並びに固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置を提供し、もって、信号電荷転送の高速化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  電荷転送チャネルの形成された半導体基板のゲート絶縁膜上に、信号電荷転送用の第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが配置された電荷転送素子の製造方法であって、
前記半導体基板のゲート絶縁膜上に第１導電体層を成膜する第１のステップと、
前記第１導電体層上に酸素拡散性機能膜を形成し、該酸素拡散性機能膜上に第２導電体層を成膜することを少なくとも１回行う第２のステップと、
前記酸素拡散性機能膜を挟んで積層された前記第１および第２導電体層をパターニングして前記第１電荷転送電極を形成する第３のステップと、
前記第１電荷転送電極を熱酸化させることにより、前記第１および第２導電体層のパターニングされた側壁面が窪むくびれ部を形成させながら前記第１電荷転送電極を覆う電極間絶縁膜を形成する第４のステップと、
前記第１電荷転送電極に隣接するように前記第２電荷転送電極を形成する第５のステップと、を含む電荷転送電極の製造方法。
【０００８】
この電荷転送電極の製造方法によれば、第１導電体層と、酸素拡散性機能膜と、第２導電体層とを順次成膜し、これらをパターニングして積層構造体としての第１電荷転送電極を形成しておくことで、第１電荷転送電極の酸化時、第１導電体層と第２導電体層との界面の酸素拡散性機能膜中に酸素が拡散し、電極側壁面から界面に沿って（シリコン薄膜方向に）酸化が進むことでくびれが生じる。つまり酸素拡散性機能膜を中心にくびれ部が形成される。このくびれ部により酸素拡散性機能膜の高さ位置では電極間絶縁膜の膜厚が厚くなる。また、電極底部にはくびれが生じないので絶縁膜厚は従来と変わらず、電極間隔も電極底部で従来と同じになる。これにより、電極底部の転送電極間の間隔を広げることなく、しかも耐電圧性能が高く、電極配線間容量の低い電荷転送電極が製作可能となる。
【０００９】
（２）  請求項１記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記第１導電体層と前記第２導電体層の膜厚を略等しく形成する電荷転送電極の製造方法。
【００１０】
この電荷転送電極の製造方法によれば、酸素拡散性機能膜による界面が、積層構造体となった第１電荷転送電極の中腹部（積層高さ方向の中腹部）に配設されることとなり、酸化後の電極線幅の全体がやせ細ることなく、且つ、電極底部の転送電極間の間隔を広げることなく形成できる。
【００１１】
（３）  請求項１または請求項２記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記酸素拡散性機能膜は、自然酸化膜により形成する電荷転送電極の製造方法。
【００１２】
この電荷転送電極の製造方法によれば、特別な成膜工程、設備を必要とせずに、酸素拡散性機能膜が簡単に形成可能となる。
【００１３】
（４）  請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電荷転送電極の製造方法であって、
前記第１転送電極に対する電気接続配線を、前記第１転送電極の前記第１導電体層と前記第２導電体層との界面を貫通するコンタクトホールを開口し、該コンタクトホール内に導電体材料を埋設することで形成する電荷転送素子の製造方法。
【００１４】
この電荷転送電極の製造方法によれば、第１導電体層と第２導電体層との界面を貫通するコンタクトホールに、導電体材料が埋設され、酸素拡散性機能膜によって絶縁される第１導電体層と第２導電体層とが導電体材料を介して導通され、第１転送電極が１層目と２層目界面で電気的に分離されなくなる。
【００１５】
（５）  電荷転送チャネルの形成された半導体基板上に信号電荷転送用の第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが配置された電荷転送素子であって、
前記第１電荷転送電極が、導電体層と、該導電体層を高さ方向に分断して介挿される少なくとも一層の酸素拡散性機能膜との積層構造体からなり、
前記第１電荷転送電極は、前記第１および第２電荷転送電極の並び方向に対し、該第１電荷転送電極の側壁面が窪むくびれ部を有し、該くびれ部によって前記電荷転送チャネル側の最下端の電極幅よりも前記酸素拡散性機能膜の高さ位置の電極幅が狭く形成された電荷転送素子。
【００１６】
この電荷転送素子によれば、第１導電体層と、酸素拡散性機能膜と、第２導電体層とを順次成膜した積層構造体としての第１電荷転送電極の側壁面に、酸素拡散性機能膜を中心に窪むくびれ部が形成される。このくびれ部によって電荷転送チャネル側の最下端の電極幅よりも酸素拡散性機能膜の高さ位置の電極幅が狭くなり、絶縁膜が厚くなる。これにより、単に絶縁膜全体の膜厚を厚くするのではなく、電極中腹部のみを部分的に厚くし、転送電極間の間隔を広げることなく、配線の静電容量（配線容量）を小さくできる。
【００１７】
（６）  請求項５記載の電荷転送素子であって、
前記酸素拡散性機能膜が酸化膜からなる電荷転送素子。
【００１８】
この電荷転送素子によれば、酸素拡散性機能膜が自然酸化膜により形成可能となり、成膜のための特別な工程、設備が不要となる。また、成膜工程中に酸素雰囲気に晒す簡単な処理によって形成可能となる。
【００１９】
（７）  請求項５または請求項６記載の電荷転送素子であって、
前記第１転送電極の一部に、複数の前記導電体層同士の界面を貫通するコンタクトホールが開口され、該コンタクトホール内に導電体材料が埋設されている電荷転送素子。
【００２０】
この電荷転送素子によれば、酸素拡散性機能膜によって絶縁される第１電荷転送電極の第１導電体層と第２導電体層とが、界面（酸素拡散性機能膜）を貫通して配設された導電体材料によって導通され、第１電荷転送電極が界面を挟んで上下層で分離されることがない。
【００２１】
（８）  光電変換素子が配列された受光部と、
前記光電変換素子からの信号電荷を受け取って転送する（５）〜（７）のいずれか１項記載の電荷転送素子と、
前記電荷転送素子に転送される信号電荷に基づく信号を出力する出力部と、
を備えた固体撮像素子。
【００２２】
この固体撮像素子によれば、複数の光電変換素子の配列された受光部に、光が入射することで、光電変換素子に電荷が発生し、この発生電荷が信号電荷として電荷転送素子の転送電極で高速転送され、電荷転送素子の最終段に設けられた出力部から高速に画像データ信号として出力される。
【００２３】
（９）  （８）記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
を備えた撮像装置。
【００２４】
この撮像装置によれば、光学系を通過した撮像光は固体撮像素子の受光部に光学像を結像し、上記の作用により、受光部での発生電荷が信号電荷として転送電極で高速転送され、電荷転送素子の最終段に設けられた出力部から画像データとして高速に出力され、撮像画像の高速取得が可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る電荷転送電極の製造方法によれば、ゲート絶縁膜上に、第１導電体層と、酸素拡散性機能膜と、第２導電体層とを順次成膜し、これらをパターニングして積層構造体としての第１電荷転送電極を形成した後、熱酸化させることにより、この第１電荷転送電極の側壁面に、酸素拡散性機能膜を中心に窪むくびれ部を形成させながら第１電荷転送電極を覆う電極間絶縁膜を形成する。これにより、転送電極間の間隔を広げることなく、耐電圧性能を向上させ、電極配線間容量を低下させることができることから、微細化の実現と同時に、電荷転送効率を向上させることができる。
【００２６】
本発明に係る電荷転送素子によれば、導電体層からなる第１電荷転送電極を、この導電体層を高さ方向に分断する少なくとも一層の酸素拡散性機能膜を介挿して積層構造体に形成し、その積層構造体の側壁面には、上記の酸素拡散性機能膜を中心に窪むくびれ部を形成し、このくびれ部によって電荷転送チャネル側の最下端の電極幅よりも酸素拡散性機能膜の高さ位置の電極幅を狭く形成する。これにより、単に絶縁膜の膜厚を均等に厚くするのではなく、くびれ部を形成して局所的に絶縁膜を厚くすることから、転送電極間の間隔を広げることなく、配線の静電容量（配線容量）を小さくして、信号電荷の転送を高速化できる。
【００２７】
本発明に係る固体撮像素子によれば、光電変換素子が配列された受光部と、光電変換素子からの信号電荷を受け取って転送する上記電荷転送素子と、電荷転送素子に転送される信号電荷に基づく信号を出力する出力部とを備えている。そのため、受光部での受光量に応じた信号電荷を転送電極で高速に転送し、最終段の出力部から信号電荷を高速に画像データ信号として出力することができる。
【００２８】
本発明に係る撮像装置によれば、上記固体撮像素子と、固体撮像素子に光学像を結像させる光学系とを備えたので、転送効率の高い固体撮像素子により、撮像画像を高速に取得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る電荷転送素子の製造方法および電荷転送素子、並びに固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る体撮像素子の基本構成を示すブロック図である。
固体撮像素子１００には受光部である画素部２１が形成され、画素部２１は多数の光電変換部である光電変換素子２２が平面上に行方向（矢印Ｘの方向）および列方向（矢印Ｙの方向）に沿って並ぶように二次元配置されている。
【００３０】
また、固体撮像素子１００は、二次元配置された多数の光電変換素子２２のそれぞれが出力する信号電荷を適切な順番にしたがって時系列のフレーム毎の信号として取り出すために、電荷読み出し部２３と、複数の電荷転送部である垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）２４と、水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）２５と、出力部である出力増幅器２６と、信号出力端子２７とを有している。
【００３１】
水平電荷転送部２５は、光電変換素子２２から電荷読み出し部２３を介して垂直電荷転送部２４に取り込んだ信号電荷を受け取り、水平方向（矢印Ｘ方向）に順次に転送する。水平電荷転送部２５から出力される信号電荷は、出力増幅器２６で増幅され、信号出力端子２７から画像データ信号（ＶＯＵＴ）として出力される。
【００３２】
このような読み出し動作を高速に実現するために、本実施の形態による固体撮像素子１００は、電荷転送電極に特徴を有している。
図２は第１電荷転送電極にくびれ部が形成されている電荷転送素子であって図１におけるＡ１−Ａ２断面図ある。
ここに示す電荷転送素子４１は、半導体基板であるシリコン基板の表面にＮ＋型導電体層からなる電荷転送路（電荷転送チャネル）３０が形成され、この電荷転送路３０の上にゲート絶縁膜３１を介して第１電荷転送電極３５および第２電荷転送電極３７からなる電荷転送電極が形成されている。
【００３３】
ゲート絶縁膜３１は、シリコン基板側から順にシリコン酸化膜ＳｉＯ2，シリコン窒化膜ＳｉＮ、シリコン酸化膜ＳｉＯ2の順に積層された３層構造のＯＮＯ膜であるが、これに限らず、シリコン酸化膜ＳｉＯ2，シリコン窒化膜ＳｉＮの２層構造であってもよい。
【００３４】
第１電荷転送電極３５は、一層の酸素拡散性機能膜３３が介挿されることで高さ方向に分断された積層構造体として形成されている。すなわち、第１電荷転送電極３５は、シリコン系導電性薄膜３２、酸素拡散性機能膜３３、シリコン系導電性薄膜３４の３層構造とされている。そして、その積層構造体の側壁面３５ａには、上記の酸素拡散性機能膜３３を中心に窪むくびれ部３５ｂを形成している。
【００３５】
図３に、このくびれ部３５ｂを含むＡ部に対する要部拡大図を示した。図３に示すように、第１電荷転送電極３５は、電荷転送路３０側のシリコン系導電性薄膜３２の最下端の第２電荷転送電極３７との電極間幅Ｌａよりも酸素拡散性機能膜３３の高さ位置の電極間幅Ｌｂを広く形成している。つまり、第１電荷転送電極３５の下側のシリコン系導電性薄膜３２は、電荷転送路３０側で電極幅を広く、酸素拡散性機能膜３３側で狭くした略台形状とされ、第１電荷転送電極の上側のシリコン系導電性薄膜３４は酸素拡散性機能膜３３側で電極幅を狭く、その反対側を広くした略台形状とされている。
【００３６】
第１電荷転送電極３５をこのような台形状層の積層体とすると、第１電荷転送電極を囲んで形成される電極間絶縁膜３６の形状を、積層方向に対して均等な厚みとするのでなく、酸素拡散性機能膜３３の高さ位置で第１電荷転送電極３５側が窪む分、電極間絶縁膜３６の厚みを局所的に増加できる。電極間絶縁膜３６がくびれ部３５ｂに対して局所的に膜厚が増えることで、電荷転送電極の観点からは、電極間距離Ｌａを広げることなく電荷転送効率の低下を抑え、耐電圧性能と配線の静電容量Ｃの観点からは、電極間距離Ｌｂが増えることでいずれも良化される。つまり、第１電荷転送電極３５、第２電荷転送電極３７との間隔を局所的に調整することで、配線の静電容量（配線容量Ｃ）を小さくでき、信号電荷の転送を高速化している。
【００３７】
ここで、固体撮像素子１００に設けられる電荷転送電極の製造方法を説明する。
図４は上記の電荷転送素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
電荷転送電極を製造するには、まず、シリコン基板の電荷転送路３０上にゲート絶縁膜（ＯＮＯ膜）３１を形成する。図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜３１上に第１導電体層であるシリコン系導電性薄膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ，アモルファスＳｉ）３２を例えば１５０ｎｍ成膜する。
【００３８】
シリコン系導電性薄膜３２の成膜の後、このシリコン系導電性薄膜３２上に酸素拡散性機能膜３３を形成する。酸素拡散性機能膜３３としては、酸化膜が好適で、工程を簡略化する上では自然酸化膜で形成することが好ましい。例えば、成膜装置の不活性雰囲気から取り出すことで２ｎｍ程度の自然酸化膜層が生成される。また、シリコン系導電性薄膜３２の成膜シーケンス中に、不活性ガス（窒素など）に酸素を希釈して流しても良い。これにより、特別な成膜工程、設備を必要とせずに、酸素拡散性機能膜３３が簡単に形成可能となる。
【００３９】
このようにして形成された酸素拡散性機能膜３３上に、図４（ｃ）に示すように、第２導電体層であるシリコン系導電性薄膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ，アモルファスＳｉ）３４を例えば１５０ｎｍ成膜する。この酸素拡散性機能膜３３を成膜する工程とシリコン系導電性薄膜３４を成膜する工程は少なくとも１回行う。したがって、１回行う場合には、図４（ｃ）に示すシリコン系導電性薄膜３４，酸素拡散性機能膜３３，シリコン系導電性薄膜３４の３層構造となり、２回行う場合には、さらに酸素拡散性機能膜３３，シリコン系導電性薄膜が積層された５層構造となる。このように各工程は複数回行っても良い。なお、第１導電体層と第２導電体層のシリコン結晶構造は同じであってもよく、異なるシリコン結晶構造としてもよい。異なるシリコン結晶構造とした場合には、酸素拡散性機能膜や絶縁膜の形成方法に応じて膜質・膜厚の制御が容易に行えるようになる。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、酸素拡散性機能膜３３を挟んで積層されたシリコン系導電性薄膜３２およびシリコン系導電性薄膜３４をパターニングして、フォトリソ・エッチングにより第１電荷転送電極３５を形成する。
【００４１】
次いで、図４（ｅ）に示すように、第１電荷転送電極３５を熱酸化させることにより、シリコン系導電性薄膜３２、シリコン系導電性薄膜３４のパターニングされた側壁面３５ａから酸素拡散性機能膜３３を中心に窪むくびれ部３５ｂを形成させながら、第１電荷転送電極３５を覆う電極間絶縁膜３６を形成する。電極間絶縁膜３６は、例えば９００〜１０００℃のドライ酸化雰囲気中で、膜厚８０ｎｍ程度に形成する。
【００４２】
この際、図５（ａ）に示すシリコン系導電性薄膜３２と、酸素拡散性機能膜３３と、シリコン系導電性薄膜３４との積層構造から、図５（ｂ）に示すように電極間絶縁膜３６が成長する。すなわち、第１電荷転送電極３５の酸化時、図５（ｂ）に示すように、シリコン系導電性薄膜３２とシリコン系導電性薄膜３４との界面の酸素拡散性機能膜３３に沿って界面内部に酸素が拡散し、電極側壁面３５ａから界面に沿って、かつ界面を広げる方向に酸化が進行することでくびれが生じる。このくびれ部３５ｂにより第２電荷転送電極との間の電極間絶縁膜３６の膜厚ｔが厚くなる。
【００４３】
次いで、図４（ｆ）に示すように、シリコン系導電性薄膜を成膜し、フォトリソ・エッチングにてパターニングして第１電荷転送電極３５に隣接して第２電荷転送電極３７を形成する。第２電荷転送電極３７は、第１電荷転送電極３５にオーバーラップして形成されても良い。
なお、上記の工程では、適宜、ＣＭＰ等の平坦化プロセスが行われるが、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４４】
以上のように、図１に示す画素部２１の垂直電荷転送部２４は、上記構成の電荷転送素子４１で構成される。そして、画素部２１の外側領域においては、電荷転送素子４１の電荷転送電極３５，３７とのコンタクトが形成される。
図６は第１転送電極におけるメタル配線接続構造を表す断面図である。
図６に示すように、各電荷転送電極３５，３７上に絶縁膜３６、層間絶縁膜３８を成膜し、絶縁膜３６、層間絶縁膜３８を貫通するコンタクトホール３９を開口させ、このコンタクトホール３９内に導電体材料が埋設されるようにメタル層を形成することで、第１転送電極３５に対するメタル配線４０を形成する。なお、図示はしないが、第２電荷転送電極３７に対しても同様なメタル配線でコンタクトを形成する。
【００４５】
シリコン系導電性薄膜３２とシリコン系導電性薄膜３４との界面を貫通するコンタクトホール３９に、導電体材料が埋設されることで、酸素拡散性機能膜３３によって絶縁されるシリコン系導電性薄膜３２とシリコン系導電性薄膜３４とが導電体材料を介して導通され、第１電荷転送電極３５が１層目と２層目界面で電気的に分離されなくなる。
【００４６】
この製造方法によれば、積層構造体としての第１電荷転送電極３５を形成した後、熱酸化させることにより、この第１電荷転送電極３５の側壁面３５ａに、酸素拡散性機能膜３３を中心に窪むくびれ部３５ｂを形成させながら第１電荷転送電極３５を覆う電極間絶縁膜３６を形成するので、実質的に転送電極間の間隔を広げることなく、耐電圧性能を向上させ、電極配線間容量を低下させることができることから、微細化の実現と同時に、電荷転送効率を向上させることができる。
【００４７】
つまり、第１電荷転送電極３５の電極底部にはくびれが生じないので、電極底部の電極間間隔を維持して転送効率の低下を防止できる。しかも、第１電荷転送電極３５の酸素拡散性機能膜３３を中心に窪むくびれ部３５ｂが形成されることで、隣接する第２電荷転送電極３７との絶縁膜厚を維持できる。これにより、電極底部の転送電極間の間隔を広げることなく耐電圧性能が高められる。また、電極配線間容量の低い電荷転送電極にできる。また、酸素拡散性機能膜３３による界面が、積層構造体となった第１電荷転送電極３５の中腹部（積層高さ方向の中腹部）に配設されることとなり、酸化後の電極線幅の全体がやせ細ることなく、且つ、電極底部の転送電極間の間隔を広げることなく形成できる。
【００４８】
そして、上記電荷転送素子４１を用いて構成される固体撮像素子１００によれば、光電変換素子２２が配列された画素部２１と、光電変換素子２２からの信号電荷を受け取って転送する電荷転送素子４１と、電荷転送素子４１に転送される信号電荷に基づく信号を出力する出力増幅器２６とを備えたので、画素部２１での受光量に応じた信号電荷を転送電極間で高速に転送し、最終段の出力増幅器２６から信号電荷を高速に画像データ信号として出力することができる。
【００４９】
次に、上記した実施の形態による固体撮像素子１００を備えた撮像装置であるデジタルカメラについて説明する。
図７は本発明に係る固体撮像素子を搭載した撮像装置であるデジタルカメラのブロック図である。
図示する撮像装置（デジタルカメラ）２００は、撮影レンズ４３と、上記した固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り４４と、赤外線カットフィルタ４５と、光学ローパスフィルタ４７とを備える。撮影レンズ４３、絞り４４、赤外線カットフィルタ４５，光学ローパスフィルタ４７等は光学系を構成する。
デジタルカメラ２００の全体を統括制御するＣＰＵ４９は、フラッシュ発光部５１および受光部５３を制御し、レンズ駆動部５５を制御して撮影レンズ４３の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部５７を介し絞り４４の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００５０】
また、ＣＰＵ４９は、撮像素子駆動部５９を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ４３を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ４９には、操作部６１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ４９はこの指示にしたがって各種制御を行う。
【００５１】
デジタルカメラ２００の電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部６７と、このアナログ信号処理部６７から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路６９とを備え、これらはＣＰＵ４９によって制御される。
【００５２】
さらに、このデジタルカメラ２００の電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）７１に接続されたメモリ制御部７３と、ガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，画像合成処理等の画像処理を行うデジタル信号処理部７５と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部７７と、測光データを積算しデジタル信号処理部７５が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部７９と、着脱自在の記録媒体８１が接続される外部メモリ制御部８３と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部８５が接続される表示制御部８７とを備え、これらは、制御バス８９およびデータバス９１によって相互に接続され、ＣＰＵ４９からの指令によって制御される。
【００５３】
本実施の形態によるデジタルカメラ２００で被写体画像を撮像する場合、図１に示す各光電変換素子２２が受光量に応じた信号電荷を蓄積し、この信号電荷を先ず垂直電荷転送部２４に読み出し、垂直電荷転送部２４に沿って水平電荷転送部２５の方向に転送する。
【００５４】
各信号電荷を垂直電荷転送部２４に読み出す直前のタイミングでは、各垂直電荷転送部２４や水平電荷転送部２５は掃き出し動作によって空の状態になっている。注入された所定電荷量の上記読出処理後に、各画素の受光量に応じた信号電荷を固体撮像素子１００から読み出し、デジタル信号処理部７５は、被写体画像データを生成する。
【００５５】
このデジタルカメラ２００によれば、光学系を通過した撮像光は固体撮像素子１００の画素部２１で光学像を結像し、上記の作用により、画素部２１での発生電荷が信号電荷として転送電極で高速転送され、固体撮像素子１００の最終段に設けられた出力増幅器２６から画像データとして高速に出力され、撮像画像の高速取得が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像素子で、特には、電荷転送チャネルの形成された半導体基板のゲート絶縁膜上に、信号電荷転送用の第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とが配置された電荷転送素子を有する固体撮像素子に対し、電極間絶縁膜の配線容量を改善して、転送効率を高めることができ、例えば、電子カメラやビデオカメラ、或いは携帯端末などへの利用に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る体撮像素子の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１電荷転送電極にくびれ部が形成されている電荷転送素子であって図１におけるＡ１−Ａ２断面図ある。
【図３】くびれ部を含む図２のＡ部に対する要部拡大図である。
【図４】電荷転送素子の製造手順を（ａ）〜（ｆ）で表した工程説明図である。
【図５】第１電荷転送電極にくびれ部が形成される様子を示す説明図（ａ）、（ｂ）である。
【図６】第１転送電極におけるメタル配線接続構造を表す断面図である。
【図７】本発明に係る固体撮像素子を搭載した撮像装置であるデジタルカメラのブロック図である。
【図８】従来の電荷転送電極の製造手順を（ａ）〜（ｅ）で表した工程説明図である。
【図９】従来の第１転送電極におけるメタル配線接続構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２１  画素部（受光部）
２６  出力増幅器（出力部）
３０  シリコン基板（半導体基板）
３１  ゲート絶縁膜
３２  第１導電体層
３３  酸素拡散性機能膜
３４  第２導電体層
３５  第１電荷転送電極
３５ａ  側壁面
３５ｂ  くびれ部
３６  電極間絶縁膜
３７  第２電荷転送電極
３９  コンタクトホール
４０  メタル配線（電気接続配線）
４１  電荷転送素子
４３  撮影レンズ（光学系）
１００  固体撮像素子
２００  デジタルカメラ（撮像装置）
【図１】
2009117418.tif 000003
【図２】
2009117418.tif 000004
【図３】
2009117418.tif 000005
【図４】
2009117418.tif 000006
【図５】
2009117418.tif 000007
【図６】
2009117418.tif 000008
【図７】
2009117418.tif 000009
【図８】
2009117418.tif 000010
【図９】
2009117418.tif 000011