(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、
上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、
上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、
上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクとして用いて上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、
上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
上記エッチングストップ膜にシリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
上記層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜を用い、加熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
上記溝内のエッチングストップ膜除去後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した後、上記遮光膜を形成することを有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
上記溝内のエッチングストップ膜除去後、上記エッチングストップ膜の下層の膜の上記溝底部に露出した部分をエッチングにより除去して上記半導体基板表面を露出させた後、上記遮光膜を形成することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ素子におけるスミア特性の改善は従来から種々の方法で行っている。ＣＣＤ素子におけるスミアは受光部に入射した光の乱反射等により受光部以外の場所に光が入射することで発生するものが大半を占め、その不要な光をいかに遮るかがスミアの改善の上で重要である。
【０００３】
この光の遮光性向上の方法の１つとして、光の通過してくる隙間を塞ぐという方法が考えられる。乱反射等で好ましくない方向に向かった光はその一部が遮光膜と基板との間で反射を繰り返し、受光部以外の場所に入り、不要な電荷を発生させ、更にその電荷が電荷転送部に入り、スミア信号となる。即ち、この遮光膜と基板との間を塞ぐ、もしくは、狭くすることで、スミアを減少できると考えられる。
【０００４】
従来は図１１に示すような構造で、スミアの低減を行っていた。Ｎ型半導体基板２１表面に、受光部に過剰な光が入射したときに過剰な電荷を基板に吐き出す構造（縦型オーバーフロードレイン）を造るＰウエル層２２を形成し、更に、このＰウエル層２２上にＮ型不純物層からなり入射した光を電荷に変換する受光部２４、同じくＮ型不純物層からなり受光部２４に生じた電荷を転送する電荷転送部２６、素子分離（画素の分離）用のＰ+不純物層２３、電荷転送部２６真下にありＰウエル層２２と電荷転送部２６との電荷のやり取りを防止するＰ型不純物層２５が形成され、また、受光部２４の表面には、受光部２４の暗電流成分を抑制するＰ+不純物層２７が形成されている。電荷転送部２６上にはゲート絶縁膜がシリコン酸化膜単層や、シリコンの酸化物、窒化物、酸化窒化物（ＳｉＯＮ）などの複合膜により形成され（図１１においては、シリコン酸化膜２８ａとシリコン窒化膜２８ｂとの積層構造）、更にそのゲート絶縁膜を介して電荷転送部２６上には１層目ゲート電極２９、及び２層目ゲート電極３０が燐の熱拡散やイオン注入などによって低抵抗化された多結晶シリコン等により形成され、ゲート電極２９、３０表面上及び受光部２４上方すなわちＰ+不純物層２７にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜３１が形成され、更に、その上にはＣＶＤ酸化膜３２が形成されている。このＣＶＤ酸化膜３２及び受光部上の絶縁膜３１にゲート電極２９及び３０からある距離をおいて溝が形成され、その中に第１の遮光膜３３が高融点金属膜等により形成されている。
【０００５】
また、第１の遮光膜３３は図１０（ａ）に示すように受光部２４内でリング状のパターンに形成されている。さらに、ＣＶＤ酸化膜３２の上に第１の遮光膜３３及び、ゲート電極２９、３０を覆うように第２の遮光膜３４が形成され、最後に表面保護膜３５がＣＶＤ等により形成されている。
【０００６】
また、図１１に記載の固体撮像装置の製造方法について、図１２乃至図１４を用いて説明する。
【０００７】
まず、図１２（ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板２１表面にＰウエル層２２を形成し、このＰウエル層２２の上にＮ型不純物層である受光部２４、電荷転送部下のＰ型不純物層２５、電荷転送部Ｎ型不純物層２６、素子分離（画素分離）用のＰ+不純物層２３を、受光部２４の表面にＰ+不純物層２７をパターニング・不純物打ち込み・熱処理等を繰り返すことにより、順次形成する。
【０００８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜２８ａ、２８ｂを熱酸化、ＣＶＤ法、若しくはその複合の工程により形成し、更に、第１のゲート電極２９となる多結晶シリコン等の材料をＣＶＤ法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などにより、低抵抗化後、フォトエッチングによりパターニング、熱酸化等によりシリコン酸化膜３１の形成を行い、更に、この上にＣＶＤ法などによりシリコン酸化膜３２を形成する。
【０００９】
次に、図１３（ａ）に示すように、図１０（ａ）に示すパターン３７ａでパターニングを行い、図１３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜３１及びＣＶＤシリコン酸化膜３２をエッチングすることで、第１の遮光膜３３の埋め込み用の溝を形成する。
【００１０】
次に、図１４（ａ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等、例えば１３〜１３０Ｐａの圧力、成長温度２５０〜６５０℃、六弗化タングステンとモノシランとを原料ガスとした条件等により、この溝内にタングステン等の高融点金属膜を選択的に成長させ、第１の遮光膜３３を形成する。
【００１１】
次に、図１４（ｂ）に示すように、スパッタ等の方法により、第２の遮光膜３４を形成し、ＣＶＤシリコン酸化膜３２上に第１の遮光膜３３及びゲート電極２９、３０を覆うようなパターン３７ｂにてフォトエッチングを行った後、最後にＣＶＤ法等により表面保護膜３５を形成することにより、ＣＣＤ型固体撮像装置を製造していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構造及び製造方法によりシリコン基板２１と第１の遮光膜３３との間の光の経路を無くし、スミアの改善を行っていた。しかしながら、この第１の遮光膜３３はゲート電極の短絡を防ぐため、フォト工程での合わせのばらつきを考慮したアライメトマージンが必要となり、図１０（ａ）に示すように、ゲート電極２９、３０からかなり距離をあけて形成されるため、最近の高画素化による画素面積縮小を考慮すると、このような方法では、受光部面積を確保することが困難となり、目的とする感度が得られなかった。
【００１３】
更に、従来の構造では、ゲート電極２９、３０及び第２の遮光膜３４がかなりの画素内高低差をつくり、後にＣＣＤ上に形成するオンチップカラーフィルタやマイクロレンズ形成が困難になっていた。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するもので、スミア特性を低下させることなく、第１の遮光膜のゲート電極と短絡に対し、必要なマージンを極力減少させるとともに、受光部面積を拡大することができ、その結果、感度を向上させることが可能となり、更に、画素部の高低差を低減できる固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
【００１５】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記エッチングストップ膜にシリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特徴とするものである。
【００１７】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜を用い、加熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化することを特徴とするものである。
【００１８】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストップ膜除去後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した後、上記遮光膜を形成することを有することを特徴とするものである。
【００１９】
更に、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストップ膜除去後、上記エッチングストップ膜の下層の膜の上記溝底部に露出した部分をエッチングにより除去して上記半導体基板表面を露出させた後、上記遮光膜を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明の固体撮像装置及びその製造方法を詳細に説明する。
【００２１】
図１に本発明の第１の実施例の固体撮像装置の構造断面図、図２乃至図４は本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工程図、図５に本発明の第２の実施例の固体撮像装置の構造断面図、図６乃至図９は本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程を示す。
【００２２】
図１に示すように、本発明の固体撮像装置は、Ｎ型半導体基板１表面にＰウエル層２を形成し、そのＰウエル層２にＮ型不純物層からなる受光部４、Ｐ+型不純物層からなる素子分離部（画素分離部）３、Ｎ型不純物層からなる電荷転送部６、転送部電荷がＰウエル層２へ流れ込むのを防ぐＰ型不純物層５を形成し、更に受光部４表面には暗電流を抑制するためのＰ+不純物層７が形成されている。
【００２３】
また、電荷転送部６上にはゲート絶縁膜がシリコン酸化膜単層やシリコン酸化物、窒化物、酸化窒化物（ＳｉＯＮ）などの複合膜により形成され（第１の実施例及び第２の実施例において、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜８ａとシリコン窒化膜８ｂとの積層構造となっている。）、更にそのゲート絶縁膜を介して１層目のゲート電極９、及び２層目のゲート電極１０が燐の熱拡散やイオン注入などによって低抵抗化された多結晶シリコン等により形成され、ゲート電極９、１０表面及び受光部上方のＰ+不純物層７表面にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１が形成されている。
【００２４】
このシリコン酸化膜１１上に本発明で最も重要な意味をもつエッチングストップ膜１６ａが形成されている。このエッチングストップ膜１６ａは後に形成する上層ＣＶＤシリコン酸化膜１２のエッチング時にシリコン酸化膜１２に対しての選択比が大きくなるような（シリコン酸化膜１２のエッチングレートが大きく、エッチングストップ膜１６ａのエッチングレートが小さい）材料、具体的には、シリコン窒化膜により形成されている。
【００２５】
なお、このエッチングストップ膜１６ａのシリコン窒化膜を最終工程まで受光部４上全てを覆って形成した場合には、製造工程の最終工程で種々のダメージ回復を行う水素アニール処理を行った時に受光部に到達する水素の量が減少し、受光部で発生する暗電流が増加する。そのため、本実施例では、図１に示しているように、受光部上のシリコン窒化膜１６ａの少なくとも一部を除去している。
【００２６】
その後、エッチングストップ膜１６ａ上及び受光部４にて一部エッチングストップ膜１６が除去された上に、熱処理により表面が平坦化されたＣＶＤシリコン酸化膜１２が燐と硼素とを含んだシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）により形成されている。
【００２７】
このＣＶＤシリコン酸化膜１２及びシリコン酸化膜１１に受光部４を囲むパターンで第１の遮光膜１３形成のための溝（以下、「溝」と略す。）を形成するが本実施例においては図１０（ｂ）に示すように、受光部４を囲むパターンの外周がゲート電極９及び１０に重なるような形状で形成する。このようにゲート電極９及び１０上のシリコン酸化膜１１の上にはエッチングストップ膜１６ａが形成されており、溝形成のエッチングをシリコン酸化膜１１、１２とシリコン窒化膜１６ａとの選択比の大きい条件で用いることにより、溝形成のためのエッチングはシリコン窒化膜１６ａで止まり、エッチングによりゲート電極９、１０が露出することなく溝を形成することができる。
【００２８】
このように本発明を用いることにより、溝の受光部外周側はゲート電極９、１０に自己整合的に形成することができ、溝パターンのパターニング時にパターンズレが発生して溝の幅が遮光膜の形成限界を下回らないこと、即ち後述するように、遮光膜となる高融点金属が溝内部に入らない限界だけを考慮すればよいことになり、図１０（ｂ）に示すようにゲート電極と受光部の面積が同じでも、従来より遮光膜開口を大きくすることができ、感度を向上させることができる。
【００２９】
また、従来技術において、開口面積増大のために、溝の形成を微細なプロセスで形成し、アライメント精度を向上させるには、多大な技術的困難が伴うのに対して、本発明では、溝はゲート電極９、１０にセルフアライメントで形成されているので、特に微細なプロセスに用いることなく溝を形成することができる。
【００３０】
次に、溝内に露出したエッチングストッパ膜１６ａを、今度は逆にシリコン窒化膜のエッチングレートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小さいような条件でエッチング除去を行い、更に、露出したシリコン酸化膜１１の底部をウエットエッチング若しくはドライエッチングにて除去し、溝内に第１の遮光膜３を選択成長により形成している。その後、第２の遮光膜１４の形成、パターニング、表面保護膜１５の形成を行った構成となっている。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工程について説明する。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板１表面にＰウエル層２を形成し、このＰウエル層２の上にＮ型不純物層である受光部４、電荷転送部下のＰ型不純物層５、電荷転送部となるＮ型不純物層６、素子分離（画素分離）用のＰ+不純物層３を、受光部４の表面にＰ+不純物層７をパターニング、不純物打ち込み、熱処理等を繰り返すことにより、順次形成する。
【００３３】
その後、ゲート絶縁膜８ａ，８ｂを熱酸化、ＣＶＤ、若しくはその複合工程により形成し、更に、第１のゲート電極９となる多結晶シリコン等の材料をＣＶＤ法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程によりパターニングする。その後、熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成し、その上に第２ゲート電極１０を同様に形成し、更に熱酸化等によりシリコン酸化膜１１の形成を行う。
【００３４】
本実施例では、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜８ａとシリコン窒化膜８ｂとの積層構造としているが、ゲート絶縁膜にシリコン窒化膜を用いる場合、そのシリコン窒化膜は第２のゲート電極１０のエッチング時か、又はこのエッチングとは別工程で除去しておくことが望ましい。これは、後に続く熱酸化工程において、受光部４上のシリコン酸化膜とゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜との膜厚差を設ける上で、重要な意味をもち、即ち、シリコン基板上の酸化レートに比べてＮ+をドーピングされた多結晶シリコン上の酸化レートが１．５〜４倍であることを利用して、受光部４上には比較的薄く、ゲート電極９、１０上には比較的厚くシリコン酸化膜１１を形成するためである。
【００３５】
本実施例では、受光部４上においては２０〜５０ｎｍ、ゲート電極９、１０上においては１００〜３００ｎｍの膜厚でシリコン酸化膜１１を形成している。これらについては、後で述べる受光膜のダメージ防止の上で重要な意味を待つ。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ゲート電極９、１０及び受光部上シリコン酸化膜１１上にエッチングストップ膜１６ａとなるシリコン窒化膜を減圧ＣＶＤ法等により形成する。その条件は反応室圧力４０〜６０Ｐａ、ＮＨ3ガスを５００〜７００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガスを５０〜１００ｓｃｃｍ、成膜温度を７００〜９００℃、シリコン窒化膜の膜厚を２０〜１００ｎｍとする。
【００３７】
次に、レジストパターン１７ａをエッチングマスクとして用い、このエッチングストップ膜１６ａの受光部上の一部をエッチング除去する。この条件は平行平板プラズマエッチャーを用い、反応室圧力を３０〜５０Ｐａ、ＳＦ6ガスを２０〜５０ｓｃｃｍ、ＲＦ電極パワーを５００〜２００Ｗとする。
【００３８】
次に、図３（ａ）に示すように、熱処理で平坦化したＣＶＤシリコン酸化膜１２を形成する。その条件は、常圧ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ4ガスを７０〜１００ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ3ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍｉｎ、Ｂ2Ｈ6ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍｉｎ、Ｏ2ガスを２〜３リットル／ｍｉｎ、成膜温度を４００〜５００℃とし、膜中に含まれる燐の濃度を３．５ｍｏｌ％以上、硼素の濃度を３．５ｗｔ％以上にすれば、この後の９００〜１０００℃の熱処理により表面がほぼ平坦なシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１２が形成できる。
【００３９】
このＣＶＤシリコン酸化膜１２に図１０（ｂ）のようなパターンが外周部がゲート電極９、１０と重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、ＣＶＤシリコン酸化膜のエッチング除去のエッチングマスクとなるレジストパターン１７ｂを形成する。このとき、溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極９、１０との間隔は、溝パターンのフォトリソグラフィ時のアライメントずれを考慮して、第１の遮光膜成膜限界以下にならない寸法で形成することが必要である。後の工程に示すように、第１の遮光膜１３はゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜１１のエッジと溝の内周側エッジとの間に形成されるので、その幅を少なくとも遮光膜の成膜限界（０．１〜０．２μｍ）＋アライメントズレマージン（０．１〜０．２μｍ）以上に設定しておく必要がある。また、遮光膜形成を本実施例では選択成長にて行うので、溝内部にゲート電極９、１０部分があまり大きく突出しない幅で形成するようにした方が望ましい。
【００４０】
以上のようにエッチングマスクを形成後、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤシリコン酸化膜１２のエッチングを行い、溝を形成する。本実施例においては、エッチングストッパ膜１６ａにシリコン窒化膜を用いているので、そのエッチング条件は高密度プラズマエッチング装置、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、過炭素炭化弗素ガス、例えばＣ2Ｆ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8のうちの少なくとも一のガスとＣＯとＡｒ等の不活性ガスとを用いた。
【００４１】
本実施例において、処理室圧力を５〜２０Ｐａ、Ｃ4Ｆ8ガスを５〜３０ｓｃｃｍ、ＣＯガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを１００〜３００ｓｃｃｍ、誘導コイルＲＦパワーを７００〜２０００Ｗ、バイアスＲＦパワーを７００〜２０００Ｗにてエッチングを行った。
【００４２】
更に、図４（ａ）に示すように、エッチングマスクとなるレジストパターン１７ｂを残したまま、溝内に露出したエッチングストッパ膜（シリコン窒化膜）を同装置にて処理室圧力を０．１〜５Ｐａ、ＣＨＦ3ガスを５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを５〜７０ｓｃｃｍ、誘導コイルＲＦパワーを１０００〜２５００Ｗ、バイアスＲＦパワーを５００〜１５００Ｗにてドライエッチングを行うか、エッチングマスク除去後、熱リン酸処理により除去を行う。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の遮光膜１３の選択成長のため、溝底部のシリコン酸化膜１１の除去を行うが、その方法はＲＩＥによる異方性ドライエッチングとＨＦ溶液でのウエットエッチングの２つの方法から選択することができる。前者のＲＩＥによるドライエッチングは、処理室圧力を１００〜２５０Ｐａ、ＣＦ4ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５００〜１０００Ｗの条件にて実現でき、異方性エッチングによる垂直形状維持と、ゲート電極２９、３０側部のシリコン酸化膜３１の膜厚減少がなくエッチングすることができるが、受光部上のシリコンにプラズマダメージを与える可能性をもっており、撮像時の白点不良等発生する可能性がある。
【００４４】
本実施例においては、プラズマダメージを抑えるため、ＨＦ溶液でのウエットエッチングにより、受光部４上のシリコン酸化膜１１の除去を行った。上述したように、受光部４上のシリコン酸化膜厚とゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜の膜厚は、その酸化レートの差を利用して膜厚差を設けており、その膜厚差によってゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜１１を残して、受光部４上のシリコン酸化膜だけをウエットエッチングにより除去することができ、ゲート電極９、１０の短絡なく第１の遮光膜１３を形成することができる。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に示すように、減圧ＣＶＤ法等を、例えば１３〜１３０Ｐａの圧力、成長温度を２５０〜６５０℃、六弗化タングステン（ＷＦ6）とモノシラン（ＳｉＨ4）とを原料ガスとした条件で行うことにより、この溝内にタングステン等の高融点金属膜を選択的に成長させ、第１の遮光膜１３を形成する。
【００４６】
次に、図１に示すように、スパッタ等の方法により、第２の遮光膜１４を形成し、ＣＶＤシリコン酸化膜１２の上に第１の遮光膜１３及びゲート電極９、１０を覆うようなパターンを用いてフォトエッチングを行った後、最後にＣＶＤ等により表面保護膜１５を形成する。
【００４７】
次に、図５乃至図９を用いて、本発明の第２の実施例として、エッチングストッパ膜に多結晶シリコン膜を用いた場合について述べる。
【００４８】
このエッチングストップ膜の多結晶シリコン膜を受光部上全てを覆って形成した場合、この膜厚に応じて特性波長の光の感度が低下する。そのため、本実施例では、受光部において光の入射する中央部を除去している。また、エッチングストップ膜上及び受光部にて中央部のエッチングストップ膜が除去された上に熱処理により平坦化されたＣＶＤシリコン酸化膜１２が燐と硼素とを含んだシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）により形成されている。
【００４９】
このＣＶＤシリコン酸化膜１２及びシリコン酸化膜１１に受光部を囲むパターンで第１の遮光膜１３形成のための溝を形成するのであるが、本実施例においては、受光部４を囲むパターンの外周がゲート電極９、１０に重なるようなパターンで形成する。上述のように、ゲート電極９、１０上の酸化膜１１の上にはエッチングストップ膜１６ｂである多結晶シリコン膜が形成されており、溝形成のエッチングをシリコン酸化膜と多結晶シリコン膜の選択比の大きい条件を用いることで、溝形成のためエッチングは多結晶シリコン膜１６ｂで止まり、エッチングがゲート電極９、１０まで至る事なく溝を形成することができる。このように、溝の形成を受光部外周側はゲート電極９、１０に自己整合的に形成することができ、溝パターンのパターニング時にパターンズレが発生して溝の幅が第１の遮光膜１３の形成限界を下回らないことだけを考慮すればよいことになり、ゲート電極９、１０と受光部４との面積が同じでも、従来より遮光膜開口面積を大きくすることができ、感度を向上させることができる。
【００５０】
また、従来例において開口面積増大のために、溝を微細なプロセスで形成し、アライメント精度を向上させるには多大な技術的困難が伴うのに対して、本発明では、溝はゲート電極９、１０に自己整合的に形成されているので、特に微細なプロセスを用いることなく、溝を形成することができる。
【００５１】
次に、溝内に露出したエッチングストップ膜１６ｂを今度は逆に多結晶シリコン膜のエッチングレートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小さいような条件でエッチング除去を行い、更に露出したシリコン酸化膜１１の底部（受光部上の部分）をウエットエッチング若しくはドライエッチングにて除去し、少なくとも溝内及びＣＶＤシリコン酸化膜１２上に遮光膜材料の下地膜となる金属膜１８を形成する。その上に第１の遮光膜１３となるタングステン等の高融点金属膜を埋め込み成長させ、ＲＩＥプラズマエッチバックにより溝内を残して除去し、更に、下地金属膜をＲＩＥでエッチング除去する。その後、第２の遮光膜１４の形成、パターニング、表面保護膜１５の形成を行う。
【００５２】
以下、図５乃至図９を用いて、第２の実施例の固体撮像装置の製造工程を説明する。
【００５３】
まず、実施例１と同様に、図６（ａ）に示すように、Ｎ型半導体基板１表面にＰウエル層２を形成し、このＰウエル層２の上にＮ型不純物層である受光部４、電荷転送部下のＰ型不純物層５、電荷転送部となるＮ型不純物層６、素子分離（画素分離）用のＰ+不純物層３を、受光部４の表面にＰ+不純物層７をパターニング、不純物打ち込み、熱処理等を繰り返すことにより、順次形成し、その後、ゲート絶縁膜８ａ，８ｂを熱酸化、ＣＶＤ、若しくはその複合工程により形成し、更に、第１のゲート電極９となる多結晶シリコン等の材料をＣＶＤ法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程によりパターニングする。その後、熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成し、その上に第２ゲート電極１０を同様に形成し、更に熱酸化等によりシリコン酸化膜１１の形成を行う。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、ゲート電極９、１０及び受光部上のシリコン酸化膜１１上にエッチングストップ膜１６ｂとなる多結晶シリコン膜を減圧ＣＶＤ法等により形成する。その条件は反応室内圧力を２０〜６０Ｐａ、ＳｉＨ4ガスを５０〜２００ｃｃ／ｍ、Ｎ2ガスを５０００〜１００００ｃｃ／ｍ、成膜温度を５００〜７５０℃、膜厚を２０〜１００ｎｍである。このエッチングストップ膜（多結晶シリコン膜）１６ｂの受光部上の一部を、レジストパターン１７ｃを用いて、エッチング除去する。その条件は平行平板プラズマエッチャを用い、反応室圧力を３０〜５０Ｐａ、ＳＦ6ガスを１００〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを２〜５０ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５０〜２００Ｗである。
【００５５】
次に、図７（ａ）に示すように、熱処理して平坦化したＣＶＤシリコン酸化膜を形成するのであるが、その条件は、常圧ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ4ガスを７０〜１００ｃｃ／ｍ、ＰＨ3ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍ、Ｂ2Ｈ6ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍ、Ｏ2ガスを２〜３リットル／ｍ、成膜温度を４００〜５００℃であり、膜中に含まれる燐の濃度を３．５ｍｏｌ％以上、硼素の濃度を３．５ｗｔ％以上にすれば、この後の９００〜１０００℃の熱処理によりほぼ平坦なシリコン酸化膜１２を形成することができる。このＣＶＤシリコン酸化膜１２にパターン外周部がゲート電極９、１０と重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、ＣＶＤシリコン酸化膜エッチング除去のエッチングマスクとなるレジストパターン１７ｄを作成するのであるが、このとき、溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極９、１０の間隔は溝パターンフォトリソグラフィ時のアライメントズレを考慮し、第１の遮光膜成膜限界以下にならない寸法で形成する必要がある。
【００５６】
後の工程に示すように、第１の遮光膜１３はゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜１１のエッジと溝の内周側エッジの間に形成されているので、その幅を成膜限界（０．１〜０．２μｍ）＋アライメントマージン（０．１〜０．２μｍ）に設定しておく必要がある。また、遮光膜形成を本実施例では埋め込み成長・エッチバックにより成膜しているので、溝パターン幅は第１の遮光膜の膜厚の２倍以下にて形成するのが望ましい。
【００５７】
以上のようにレジストパターン１７ｄを形成後、図７（ｂ）に示すように、ＣＶＤシリコン酸化膜のエッチングを行い、溝を形成する。本実施例においては、エッチングストップ膜１６ｂに多結晶シリコンを用いているので、そのエッチング条件は実施例１のエッチングストップ膜にシリコン窒化膜を用いた場合に比べて比較的容易で，通常のＲＩＥエッチング装置を用い、処理室圧力を１００〜３００Ｐａ、ＣＨＦ3ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＣＦ4ガスを５〜５０ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５００〜１０００Ｗの条件にて実現できる。
【００５８】
次に、図８（ａ）に示すように、エッチングマスクを残したまた、第１の遮光膜形成用溝内に露出したエッチングストップ膜（多結晶シリコン膜）を平行平板プラズマエッチャ装置に換え、処理室圧力を３０〜５０Ｐａ、ＳＦ6ガスを１００〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを２〜５０ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５０〜２００Ｗの条件にて除去を行う。
【００５９】
次に、溝底部のシリコン酸化膜１１の除去を行うが、その方法は、ＲＩＥによる異方性ドライエッチングとＨＦ溶液でのウエットエッチングの２種類から選択することができる。前者のＲＩＥによるドライエッチングは、処理室圧力を１００〜１５０Ｐａ、ＣＦ4ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５００〜１０００Ｗの条件にて実現でき、異方性エッチングによる垂直形成維持と、ゲート電極９、１０側部のシリコン酸化膜１１の膜厚減少なくエッチングすることができるが、受光部上のシリコンにプラズマダメージを与える可能性があるため、撮像時の白点不良等発生する可能性がある。
【００６０】
本実施例においてはプラズマダメージを抑えるため、ＨＦ溶液でのウエットエッチングにより受光部上のシリコン酸化膜除去を行った。上述したように、受光部上のシリコン酸化膜の膜厚とゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜の膜厚にはその酸化レートの差を利用して膜厚差を設けており、この膜厚差によってゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜を残して受光部上のシリコン酸化膜だけをウエットエッチングにより除去することができ、ゲート電極９、１０の短絡なく、第１の遮光膜１３を形成することができる。
【００６１】
次に、図８（ｂ）に示すように、スパッタリング等の方法により第１の遮光膜１３の下地となるＴｉＮ、ＴｉＷ等の金属膜１８を、少なくとも、溝内部とＣＶＤシリコン酸化膜１２上に形成する。この下地金属膜の形成は、第１の遮光膜形成時の溝内部とＣＶＤシリコン酸化膜との密着性を向上させるために行うものである。その後、減圧ＣＶＤ法等、例えば５０００〜１００００Ｐａの圧力、成長温度２５０〜６５０℃、六弗化タングステン（ＷＦ6）とアルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）を原料ガスとした条件により、下地金属膜１８上にタングステン等の高融点金属膜を成長させる。減圧ＣＶＤ法の他にスパッタ法を用いてもよい。
【００６２】
次に、図９に示すように、別のＲＩＥエッチングチャンバーにウエハを移し、処理室圧力を１５〜５０Ｐａ、ＳＦ6ガスを５０〜２００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５０〜１５０ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを２〜２０ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを３００〜７００Ｗの条件にて成長させた高融点金属膜（タングステン）を平坦化したＣＶＤシリコン酸化膜１２上部の下地金属膜１８が露出するまでエッチングし、溝内部を残し全て除去する。
【００６３】
その後、ＣＶＤシリコン酸化膜１２上部に露出した下地金属膜１８を、例えばＥＣＲ型プラズマエッチング装置を用い、処理室圧力を０．１〜３Ｐａ、ＢＣｌ3ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＳＦ6ガスを１０〜５０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを２００〜５００Ｗ、バイアスＲＦパワーを２０〜１００Ｗの条件でエッチング除去し、第１の遮光膜１３を形成する。上述のように、本実施例においては下地に金属膜を敷いて、高融点金属膜のＣＶＤ成長を行うため、溝底部のシリコン基板は必ずしも露出させておく必要がなく、受光部上のシリコン酸化膜を残した形状でも、第１の遮光膜を形成することができ、シリコン基板にエッチングによるダメージを与えることが無い工程とすることもできる。但し、この場合、シリコン基板１と第１の遮光膜１３との間に若干の隙間ができるので、スミア特性は悪くなる。
【００６４】
次に、図５に示すように、スパッタ等の方法により第２の遮光膜１４を形成し、ＣＶＤシリコン酸化膜１２上に第１の遮光膜及びゲート電極９、１０を覆うようなパターンにてフォトエッチングを行った後、最後にＣＶＤ等により、表面保護膜１５を形成する。また、本実施例では、下地金属膜堆積、第１の遮光膜の成長及びＲＩＥによるエッチバック工程を用いる例を示したが、実施例１と同様に下地金属を用いない場合においても適用できる。
【００６５】
以上、詳細に説明したように、光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有する本発明を用いることにより、スミア特性を低下させることなく、第1の遮光膜と２層のゲート電極との短絡に対し必要なマージンを極力減少させると共に、第1の遮光膜を形成することができ、受光部面積を広げることができる。
以上
【００６６】
また、画素部の段差も第２の遮光膜の膜厚分まで縮小することができ、後のオンチップ工程におけるカラーフィルタやマイクロレンズ等を容易に形成することができ、層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜を用いて、加熱により層間絶縁膜の表面を平坦化することにより、より容易に実効がはかれる。
【００６７】
また、遮光膜と溝との間に密着層を設けることにより、溝底部を基板表面が露出するまでエッチングする必要がないため、遮光膜形成用溝の形成時の基板へのダメージも無くすこともでき、白点不良等の撮像不良も少なくすることができる固体撮像装置を提供することができる。
【００６８】
更に、溝底部を基板表面が露出するまでエッチングした後、遮光膜を溝内に形成することで、より遮光性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の構成断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図８】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図１０】（ａ）は従来の固体撮像装置の第１の遮光膜形成状態を示す図であり、（ｂ）は本発明の固体撮像装置の第１の遮光膜形成状態を示す図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の構成断面図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図１４】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  Ｐ型ウエル層
３、７  Ｐ+型不純物層
５  Ｐ型不純物層
４  受光部
６  電荷転送部
８ａ  シリコン酸化膜
８ｂ  シリコン窒化膜
９  第１のゲート電極
１０  第２のゲート電極
１１  シリコン酸化膜
１２  ＣＶＤシリコン酸化膜
１３  第１の遮光膜
１４  第２の遮光膜
１５  表面保護膜
１６ａ、１６ｂ  エッチングストップ膜
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ  レジストパターン
１８  下地金属膜
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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