JP2000299455A

JP2000299455A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000299455A
Application number: JP11103863A
Authority: JP
Inventors: Masato Niizoe; 真人新添; Akira Tsukamoto; 朗塚本
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP4025458B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パターニング時の隅角部における転送電極の
後退を抑制し、セルサイズを微細化させても、感度や飽
和特性を劣化させることなく転送効率を良好に維持でき
る固体撮像装置を提供する。【解決手段】転送電極１２の隅角部における後退距離
Ｆ_H、Ｆ_Wを０．２μｍ以下に抑制する。このような転送
電極１２は、転送電極の端部４１、４２を含む辺を個別
に備えたフォトマスクを用いた露光に基づいて形成する
ことができる。このように複数のマスクを用いた個別の
露光に基づいてパターニングすることにより、端部４
１、４２を同時に備えたフォトマスクを用いた単一の露
光に基づいてパターニングした場合よりも後退距離
Ｆ_H、Ｆ_Wを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、
薄膜をパターニングして形成される転送電極に特徴を有
する固体撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまでの固体撮像装置では、受光電荷
を転送するための転送電極として、多層ポリシリコン構
造（以下、単に「多層構造」という）が一般に採用され
てきた。多層構造の転送電極は、微細なゲート間隔を酸
化によって容易に形成できるため、転送効率を確保し易
いという利点を有する。しかし、セルサイズの微細化に
伴い、多層構造では、素子段差の低減や分離幅の縮小が
困難となってきている。感度特性の向上を図るために、
素子段差の低減や分離幅の縮小を実現するためには、単
層ポリシリコン構造（以下、単に「単層構造」という）
が有利である。

【０００３】単層構造では、低電圧で電荷を転送するた
めに、隣接する転送電極の間隔を、微細かつ正確に制御
しなければならない。そのため、電極を所望の形状に正
確にパターニングすることが重要となる。しかし、従来
の方法では、微細な所望の形状に転送電極をパターニン
グすることが困難であった。

【０００４】ここで、従来の単層構造の転送電極とその
製造方法の例について、図面を参照して説明する。図１
４に示した固体撮像装置は、垂直転送方向（図１４のＹ
₂−Ｙ₂’方向）について互いに重なり合わない単層構造
の垂直転送電極１１２、１１３を備えている。

【０００５】従来、垂直転送電極は、図１４のＹ₂−
Ｙ₂’断面についての工程図である図１６に示すよう
に、単一のフォトマスクを用いた露光および現像によ
り、パターニングされていた。なお、ｎ型シリコン基板
に形成したｐ型ウェル１０２内には、予め所定の拡散領
域が形成されている。すなわち、図１４のＸ₂−Ｘ₂’断
面を示す図１５に示すように、ｎ型シリコン基板１０１
に形成したｐ型ウェル１０２には、ｎ型拡散領域である
受光部１０３、ｐ⁺型拡散領域である読み出し制御部１
０６および分離部１０７が形成されている。

【０００６】次いで、シリコン基板上に熱酸化によりゲ
ート酸化膜１１１を形成し、このゲート酸化膜１１１上
に減圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜１２７を形成する
（図１６(ａ)）。さらに、ポリシリコン膜１２７上にフ
ォトレジストを塗布し、フォトマスクを介してフォトレ
ジストを露光し、現像して所定のレジストパターン１２
８を形成する（図１６(ｂ)）。レジストを露光および現
像するに際し、レジストとしてポジ型レジストを用いる
場合には、フォトマスクには、所望の垂直転送電極パタ
ーンと同一形状のマスクパターンが用いられる。

【０００７】さらに、このレジストパターン１２８をマ
スクとしてポリシリコン膜１２７をエッチングした後
（図１６(ｃ)）、レジストパターン１２８を除去して、
垂直転送電極１１２、１１３を形成する（図１６
(ｄ)）。

【０００８】しかし、こうして形成した垂直転送電極１
１２、１１３は、図１４に示したように、隅角部におい
て、用いたフォトマスクのマスク端部１１２ａ、１１３
ａよりも後退した丸みを帯びた形状となっていた。この
ように垂直転送電極の隅角部が丸くなるのは、エッチン
グマスクとしたレジストパターン１２８の隅角部が丸ま
っているからである。レジストパターン１２８の隅角部
が丸くなるのは、フォトマスクの隅角部では、フォトレ
ジストがパターン端部で生じる回折光の影響を２方向か
ら受けるために、フォトレジストがフォトマスクの形状
どおりに露光されないためである。このような電極形状
の設計形状からの後退は、露光時にフォーカスがずれた
場合（デフォーカスとなった場合）に特に顕著となる。

【０００９】このため、図１４の拡大図である図１７に
示したように、従来の固体撮像装置では、垂直転送チャ
ネル１０４上において、転送チャネル幅方向中央部にお
ける転送電極の間隔１２１と端部における転送電極の間
隔１２２とが異なっていた。

【００１０】このような転送電極の間隔のバラツキは、
転送効率に大きな影響を及ぼす。単層構造の転送電極で
は、電極間隔が比較的大きいため（０．２５μｍ程
度）、図１８に示したように、電極のギャップ部分１０
５においては、印加電圧のみではポテンシャルを制御で
きないポテンシャルポケット１２９が生じる。そこで、
電極間のギャップ部分１０５には、Ｂ⁺を注入してポテ
ンシャルを調整し、ポテンシャルポケット１２９にトラ
ップされる転送残りを防止できるようなポテンシャル分
布１３０を実現していた。

【００１１】しかし、上述のように電極間の間隔にバラ
ツキがあると、ポテンシャルポケット１２９の深さにも
バラツキが生じる。このため、ポテンシャルポケット１
２９が解消されずに部分的に残存し、電荷転送効率が劣
化する。

【００１２】セルサイズが微細化された固体撮像装置に
おいて、転送効率を確保するべく隅角部の後退を見込ん
で電極の大きさを設計したのでは、受光部１０３の面積
が制限されて感度を向上させることができない。また、
垂直転送チャネル１０４の幅を制限したのでは、転送で
きる電荷量が制限され、いわゆる飽和特性が劣化する。
このように、垂直転送電極の隅角部の後退は、単層構造
の転送電極を備えた固体撮像装置の転送効率と感度等と
の両立を阻む要因となっていた。

【００１３】以上では、単層構造の転送電極について説
明したが、多層構造の転送電極においても、隅角部にお
けるパターンの後退は問題となっている。

【００１４】すなわち、上記と同様の現象により、垂直
転送電極の隅角部が丸くなると、多層構造の垂直転送電
極では、電極の重なりにバラツキが生じる。このため、
図１９に示すように、垂直転送電極１１４、１１５が互
いに重なっている領域の幅１２４が、垂直転送チャネル
１０４の幅１２３よりも狭くなる場合がある。このよう
に垂直転送チャネル１０４上に垂直転送電極の重なりが
存在しない領域では、電荷転送に支障が生じる。単層構
造の転送電極の場合と同様、電荷転送効率を重視する
と、特にセルサイズの微細化が進行した固体撮像装置で
は、他の特性に問題が生じる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、セ
ルサイズを微細化させても、感度等他の特性を劣化させ
ることなく転送効率を良好に維持できる固体撮像装置と
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意検討した結果、転送電極の隅角部の変形を抑制し
ながらパターニングする方法が見出され、本発明が完成
された。

【００１７】すなわち、本発明の固体撮像装置の一形態
は、受光電荷を半導体基板内に形成された電荷転送チャ
ネルに沿って第１の方向へと転送するための転送電極を
備え、前記第１の方向における前記転送電極の端部を通
過するように前記第１の方向と直交する第２の方向に沿
って伸長する直線を基準として測定する、前記転送電極
の隅角部における後退距離が０．２μｍ以下であること
を特徴とする。

【００１８】このように転送電極の隅角部における後退
幅を抑制することにより、感度等他の特性を劣化させる
ことなく、転送効率を良好に保持できる固体撮像装置と
することができる。

【００１９】また、本発明の固体撮像装置の別の一形態
は、受光電荷を半導体基板内に形成された電荷転送チャ
ネルに沿って所定の方向へと転送するための転送電極を
備え、隣接する前記転送電極間の前記方向における間隔
または重複距離が、前記電荷転送チャネル上において略
同一であることを特徴とする。

【００２０】このように単層構造における転送電極にお
ける間隔、または多層構造の転送電極における電極が互
いに重複している領域の距離を、少なくとも垂直転送チ
ャネル上において略同一に保持することにより、感度等
他の特性を劣化させることなく、転送効率を良好に保持
できる固体撮像装置とすることができる。

【００２１】本発明の固体撮像装置の製造方法は、少な
くとも転送電極の隅角部を構成する端部ごとにフォトマ
スクを準備し、これら複数のフォトマスクを利用して転
送電極を形成する点に特徴を有する。

【００２２】すなわち、本発明の固体撮像装置の製造方
法の一形態は、受光電荷を半導体基板内に形成された電
荷転送チャネルに沿って所定の方向へと転送するための
転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、前
記転送電極を形成する工程が、前記半導体基板上に被エ
ッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜上に
エッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマ
スクを用いて前記被エッチング膜をエッチングする工程
とを含み、前記エッチングマスクを形成する工程におい
て、前記転送電極の隅角部を前記被エッチング膜から表
出させるために前記エッチングマスクに準備される第１
のマスク端部および第２のマスク端部を、前記第１のマ
スク端部を前記隅角部方向に延伸した辺を備えた第１の
フォトマスクと、前記第２のマスク端部を前記隅角部方
向に延伸した辺を備えた第２のフォトマスクとを用いた
個別の露光に基づいて形成することにより、前記隅角部
と同一形状のマスク隅角部を有する第３のフォトマスク
を用いた単一の露光に基づいて前記隅角部を形成した場
合よりも、前記隅角部における前記転送電極の後退距離
を抑制することを特徴とする。

【００２３】このように転送電極の隅角部を表出させる
ためのエッチングマスクのマスク端部を、少なくとも２
つのフォトマスクを用いた個別の露光および現像に基づ
いて形成することにより、隅角部における転送電極の後
退を抑制することができる。

【００２４】また、本発明の固体撮像装置の製造方法の
別の一形態は、受光電荷を半導体基板内に形成された電
荷転送チャネルに沿って所定の方向へと転送するための
転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、前
記転送電極を形成する工程が、前記半導体基板上に被エ
ッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜上に
第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１の
フォトレジスト膜を第１のフォトマスクを用いて露光お
よび現像することにより第１のレジストパターンを形成
する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとし
て前記被エッチング膜をエッチングする工程と、前記第
１のレジストパターンを除去する工程と、前記被エッチ
ング膜上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を第２のフォトマスクを用
いて露光および現像することにより第２のレジストパタ
ーンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンを
マスクとして前記被エッチング膜をエッチングする工程
と、前記第２のレジストパターンを除去する工程とを含
み、前記転送電極の隅角部を前記被エッチング膜から表
出させるために前記第１のレジストパターンに準備され
る第１のレジスト端部を、前記第１のレジスト端部を前
記隅角部方向に延伸した辺を備えた前記第１のフォトマ
スクを用いた露光に基づいて形成し、かつ前記隅角部を
前記被エッチング膜から表出させるために前記第２のレ
ジストパターンに準備される第２のレジスト端部を、前
記第２のレジスト端部を前記隅角部方向に延伸した辺を
備えた前記第２のフォトマスクを用いた露光に基づいて
形成することにより、前記隅角部と同一形状のマスク隅
角部を有する第３のフォトマスクを用いた単一の露光に
基づいて前記隅角部を形成した場合よりも、前記隅角部
における前記転送電極の後退距離を抑制することを特徴
とする。

【００２５】このように、転送電極を、この転送電極に
対応する形状を備えたエッチングマスクを形成すること
なく、上記フォトマスクを用いた個別の露光および現像
に基づいて直接形成しても、隅角部における転送電極の
後退を抑制することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施形態について説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の固体撮像装置の一
形態を示す平面図であり、図２は、図１の固体撮像装置
のＸ₁−Ｘ₁’断面図である。

【００２７】この固体撮像装置は、図２に示したよう
に、Ｘ₁−Ｘ₁’断面方向においては従来と同様に、ｎ型
シリコン基板１内に形成されたｐ型ウェル２に、ｎ型拡
散領域である受光部３および垂直転送チャネル４が形成
されている。また、受光部３および垂直転送チャネル４
の間には、ｐ⁺型拡散領域として読み出し制御部６およ
び分離部７が形成されている。また、垂直転送チャネル
４の上方には、シリコン基板上に形成されたゲート酸化
膜１１を介してポリシリコンからなる垂直転送電極１２
が形成されている。

【００２８】受光部（フォトダイオード）３の光電変換
機能により、外部からの入射光から生成した受光電荷
は、ゲート電極としても作用する垂直転送電極１２への
読み出し電圧の印加により、受光部３から読み出し制御
部６を経て垂直転送チャネル４へと読み出される。次い
で、垂直転送電極１２、１３への所定パターンの転送電
圧の印加により、受光電荷は、垂直転送チャネル４内を
垂直方向（図１におけるＹ₁−Ｙ₁’方向）に転送されて
いく。

【００２９】本実施形態では、垂直転送チャネルに電圧
を印加する垂直転送電極１２、１３が、互いに重なり合
わない単層の電極として配置されている。このような単
層構造であっても、本実施形態の垂直転送電極１２、１
３は、隅角部が略直角に形成されているため、隣接する
垂直転送電極の間隔が垂直転送チャネル４の全幅にわた
って略同一となっている。

【００３０】以下、このような垂直転送電極１２、１３
の製造方法を説明する。

【００３１】まず、本実施形態において使用するフォト
マスクについて説明する。図５（ａ）および図５（ｂ）
は、それぞれ、本実施形態で使用する第１のフォトマス
ク６１および第２のフォトマスク６２の平面図である。
この２枚のフォトマスクは、互いに重ね合わせたときに
重複する領域が垂直転送電極１２、１３に相当するよう
に形成されている。

【００３２】また、これらのフォトマスクは、垂直転送
電極１２、１３の隅角部に対応するマスク上の隅角部を
構成する２つの端部を、それぞれが個別に備えている。
例えば、図１における垂直転送電極１２の第１の端部４
１と第２の端部４２に着目すると、第１の端部４１は、
第１のフォトマスク６１の辺５１に含まれ、第２の端部
４２は第２のフォトマスク６２の辺５２に含まれてい
る。

【００３３】このように、２枚のフォトマスクは、互い
に重ね合わせたときに、重複する領域（マスクの論理積
領域）が目的とする垂直転送電極のパターンとなり、か
つ垂直転送電極の隅角部に対応するマスク隅角部が２枚
のフォトマスクを重ね合わせることにより始めて表出す
るように形成されている。

【００３４】換言すれば、２枚のフォトマスクは、垂直
転送電極の隅角部を構成する端部を当該隅角部の方向へ
と延伸した辺を備えている。また、図示したように転送
電極の隅角部の角度、すなわちフォトマスクの辺が交差
する角度は、略直角に設定される。

【００３５】なお、フォトマスクの材料および作製方法
には、従来の材料および作製方法を適用できる。例え
ば、透明基板として石英ガラス基板を使用し、マスクパ
ターンとしてはクロム膜を使用できる。

【００３６】このようなフォトマスクを用いて、図３お
よび図４に示したように固体撮像装置の転送電極が形成
される。なお、図３は、図１のＹ₁−Ｙ₁’方向の断面か
ら見た工程図であり、図４は、半導体基板の上方から図
１のＸ₁−Ｘ₁’方向を図示左右方向として示した工程図
である。

【００３７】予め、ｎ型シリコン基板内のｐ型ウェル２
には、ｎ型拡散領域である垂直転送チャネル４等が形成
され、さらにシリコン基板上には、熱酸化によってゲー
ト絶縁膜１１が形成される（図３（ａ）、図４
（ａ））。ゲート絶縁膜１１の厚さは、特に２０〜３５
ｎｍ程度が好ましい。さらにゲート絶縁膜１２上には、
被エッチング膜となるポリシリコン膜２７が形成され
る。ポリシリコン膜２７の形成は、例えば減圧ＣＶＤ法
によって実施することができる。また、ポリシリコン膜
２７にはリン等を（例えば１．０×１０²⁰ｃｍ^-3〜５．
０×１０²⁰ｃｍ^-3程度）ドープしてもよい。

【００３８】次いで、ポリシリコン膜２７上にシリコン
酸化膜３１を成膜する（図３（ｂ）、図４（ｂ））。シ
リコン酸化膜３１の形成は、例えば、テトラエチルオル
トシリケイト（ＴＥＯＳ）を使用した減圧ＣＶＤ法によ
って実施することができる。シリコン酸化膜３１の膜厚
は、５０〜１００ｎｍ程度が好ましい。

【００３９】さらに、シリコン酸化膜３１上にフォトレ
ジストを塗布してレジスト膜を形成する。ここで使用さ
れるレジストはポジ型レジストである。これを第１のフ
ォトマスク６１を介して露光し、レジストに第１のフォ
トマスクに形成されたパターンを転写する。露光にはｇ
線、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレ
ーザー等、従来から慣用されている露光器を使用するこ
とができる。露光後、現像液を用いて現像し、第１のレ
ジストパターン２８が形成される（図３（ｃ）、図４
（ｃ））。

【００４０】引き続いて、第１のレジストパターン２８
をエッチングマスクとしてシリコン酸化膜３１をエッチ
ングし、シリコン酸化膜パターン３２を形成する（図３
（ｄ）、図４（ｄ）））。エッチングにはドライエッチ
ングを使用することが好ましく、例えばＣＨＦ₃ガスを
用いたドライエッチングが好適である。

【００４１】第１のレジストパターン２８を除去した後
（図３（ｅ）、図４（ｅ））、シリコン酸化膜パターン
３２およびポリシリコン膜２７上に再度レジストを塗布
して再びレジスト膜を形成する。ここで使用されるレジ
ストも、ポジ型レジストである。これを第２のフォトマ
スク６２を介して露光し、レジストに第２のフォトマス
クに形成されたパターンを転写する。これを現像液を用
いて現像し、第２のレジストパターン２９が形成される
（図３（ｆ）、図４（ｆ））。

【００４２】こうして得た第２のレジストパターン２９
をエッチングマスクとしてシリコン酸化膜パターン３２
をエッチングし、シリコン酸化膜からなる所定のパター
ンのエッチングマスク３３を表出させる（図３（ｇ）、
図４（ｇ））。エッチングマスク３３は、第１のフォト
マスク６１および第２のフォトマスク６２を重ね合わせ
たときにマスクパターンが重なり合う領域に相当する形
状を備えている。ここでも、エッチングには、上記と同
様、ドライエッチングを採用することが好ましい。ただ
し、この場合は、露出しているポリシリコン膜２７がエ
ッチングされないように、シリコン酸化膜とポリシリコ
ン膜との選択比が充分大きくなるような条件でエッチン
グすることが好ましい。

【００４３】その後は、第２のレジストパターン２９を
除去し（図３（ｈ）、図４（ｈ））、エッチングマスク
３３を用いて、ポリシリコン膜２７をエッチングするこ
とにより、垂直転送電極１２、１３を形成する（図３
（ｉ）、図４（ｉ））。エッチングにはドライエッチン
グを使用することが好ましく、例えば塩素系ガスを使用
したドライエッチングが好適である。

【００４４】なお、ここでは、エッチングマスクを形成
するためのマスク形成膜として、シリコン酸化膜を用い
たが、これに限ることなく、マスク形成膜には各種の材
料を用いることができる。マスク形成膜としては、シリ
コン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸窒化膜か
ら選ばれるいずれかの膜が好ましい。

【００４５】上記の方法では、使用するフォトマスクの
マスクパターンが、目的とするパターンの隅角部を備え
ていない。マスクパターンが備えているのは、目的とす
るパターンの隅角部を構成する端部を含む辺のみであ
る。これらの辺は、図５に示したように、目的とするパ
ターンの隅角部を当該隅角部の頂点方向に延伸されて形
成されている。

【００４６】このような複数のフォトマスクを使用して
複数回のフォトリソグラフィー工程およびエッチング工
程を実施することにより、隅角部の形状や寸法がマスク
パターン重なり合う部分とほぼ同一であるシリコン酸化
膜のマスクパターンを形成することができる。なお、本
実施形態において上記各工程は２回実施したが、工程の
繰り返し回数はこれに限らない。また、用いるフォトマ
スクも２つに限らない。

【００４７】こうして形成したシリコン酸化膜をエッチ
ングマスクとして使用するため、被エッチング膜である
ポリシリコン膜から各マスクパターンが重なり合う部分
と略同一の形状および寸法を有するマスクパターンを表
出させることができる。

【００４８】上記方法により、隅角部が略直角であり、
隅角部においてもパターンの後退距離が従来よりも極め
て抑制された転送電極を形成することができる。

【００４９】図６により、転送電極の隅角部における後
退距離について説明する。図６に示した転送電極１２
は、垂直転送方向についての端部４１を通過し、垂直転
送方向と直交する方向に沿って伸長する第１の基準線７
１から、隅角部において距離Ｆ _Hだけ後退している。同
様に、垂直転送方向と直交する方向についての端部を通
過し、垂直転送方向に沿って伸長する第２の基準線７２
から、隅角部において距離Ｆ_Wだけ後退している。

【００５０】後退距離Ｆ_HおよびＦ_Wは、従来の方法では
０．２μｍ以下とすることができず、０．４μｍ程度に
まで及ぶこともあった。しかし、上記で説明した方法で
は、これらの後退幅Ｆ_HおよびＦ_Wを、０．２μｍ以下、
さらには０．１μｍ以下にまで抑制できる。

【００５１】このように、転送電極の後退距離が小さ
く、転送電極の隅角部が略直角になると、転送効率と、
良好な感度、飽和特性とを両立できるばかりではなく、
電荷転送チャネルと転送電極とのマスクの合わせズレに
対する許容値を大きくとることもできる。例えば、図１
における垂直転送チャネル４の端部から垂直転送電極１
２の端部までの垂直転送チャネル４幅方向の間隔２５
は、実質的にはマスクの合わせズレに対する許容範囲を
示すと考えることができる。このように、転送電極の隅
角部を略直角に形成することは、固体撮像装置の製造歩
留まりの向上にも有利である。

【００５２】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
ポリシリコン膜をパターニングするためのエッチングマ
スクを形成するためにシリコン酸化膜を用いたが、パタ
ーニングしたレジスト自体をエッチングマスクとして用
いてもよい。

【００５３】レジスト自体をエッチングマスクとして用
いる本実施形態によれば、第１の実施形態よりも工程を
簡略化できる。すなわち、第１の実施形態において、マ
スク形成膜となるシリコン酸化膜を形成する必要がな
く、エッチングマスクを形成するためにシリコン酸化膜
をエッチングする必要もない。

【００５４】具体的には、第１の実施形態では、被エッ
チング膜上にマスク形成膜を形成する工程、マスク形成
膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程、第１の
フォトレジスト膜を第１のフォトマスクを用いて露光お
よび現像して第１のレジストパターンを形成する工程、
第１のレジストパターンをマスクとしてマスク形成膜を
エッチングする工程、マスク形成膜上から第１のレジス
トパターンを除去する工程、マスク形成膜上に第２のフ
ォトレジスト膜を形成する工程、第２のフォトレジスト
膜を第２のフォトマスクを用いて露光および現像して第
２のレジストパターンを形成する工程、第２のレジスト
パターンをマスクとしてマスク形成膜をエッチングする
ことによりマスク形成膜からエッチングマスクを表出す
る工程をこの順に実施した。

【００５５】一方、本実施形態では、被エッチング膜上
に第１のフォトレジスト膜を形成する工程、第１のフォ
トレジスト膜を第１のフォトマスクを用いて露光および
現像することにより第１のレジストパターンを形成する
工程、第１のレジストパターンをマスクとして被エッチ
ング膜をエッチングする工程、第１のレジストパターン
を除去する工程、被エッチング膜上に第２のフォトレジ
スト膜を形成する工程、第２のフォトレジスト膜を第２
のフォトマスクを用いて露光および現像することにより
第２のレジストパターンを形成する工程、第２のレジス
トパターンをマスクとして被エッチング膜をエッチング
する工程、第２のレジストパターンを除去する工程がこ
の順に実施される。

【００５６】しかし、本実施形態では、２回目のエッチ
ングの際にゲート酸化膜１１の一部がエッチング雰囲気
に曝されるために、ゲート酸化膜１１の膜厚が減少する
ことになる。ゲート酸化膜１１の膜厚が薄くなり過ぎる
と、シリコン基板内の欠陥が誘発され、「白傷」と呼ば
れる画質上の欠点が発生する。

【００５７】したがって、本実施形態においては、ゲー
ト酸化膜１１の膜厚を比較的厚く形成することが求めら
れる。ゲート酸化膜１１の膜厚は、具体的には５０ｎｍ
以上とすることが好ましい。一方、ゲート酸化膜１１の
膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、第１の実施形態のよう
に、マスク形成膜を利用することが好ましい。特に、第
１の実施形態のように、マスク形成膜にシリコン酸化膜
を用いると、ゲート酸化膜との大きな選択比を確保しや
すくなり、ゲート酸化膜１１の膜厚の減少を効果的に抑
制できる。

【００５８】（第３の実施形態）第１の実施形態では、
エッチングマスクを形成するために、複数のレジスト膜
を用いたが、１つのレジスト膜を用いてエッチングマス
クを形成してもよい。

【００５９】レジストの塗布を１回のみとする本実施形
態によれば、第１の実施形態よりも工程を簡略化でき
る。本実施形態により、第１の実施形態と同様のパター
ンの転送電極を形成する場合の例を、図３に対応する図
７、および図４に対応する図８を用いて説明する。

【００６０】本実施形態においても、ゲート酸化膜１
１、ポリシリコン膜２７およびシリコン酸化膜３１の形
成までの工程は、第１の実施形態と同様である（図７
（ａ）〜（ｂ）、図８（ａ）〜（ｂ））。

【００６１】次いで、第１の実施形態と同様、シリコン
酸化膜３１上にレジストが塗布されてレジスト膜２８ａ
が形成され（図７（ｃ）、図８（ｃ））、このレジスト
膜を第１のフォトマスク６１を介して露光する。こうし
て、第１のフォトマスクに形成されたパターンが転写さ
れたレジスト膜が形成される。

【００６２】本実施形態では、単一のレジスト膜を用い
るために、第１のフォトマスク６１を介して露光された
レジスト膜を、さらに第２のフォトマスク６２を介して
露光し、レジスト膜に第２のフォトマスクに形成された
パターンも転写する。さらに、これを現像液を用いて現
像し、レジストパターン３０を形成する（図７（ｄ）、
図８（ｄ））。このレジストパターン３０は、第１の実
施形態における第２のレジストパターン２９と同じパタ
ーンを有する。

【００６３】以降、第１の実施形態と同様に、レジスト
パターン３０をエッチングマスクとしてシリコン酸化膜
３１をエッチングし、シリコン酸化膜からなる所定のパ
ターンのエッチングマスク３３を表出させ（図７
（ｅ）、図８（ｅ））、レジストパターン３０を除去し
（図７（ｆ）、図８（ｆ））、エッチングマスク３３を
用いてポリシリコン膜２７をエッチングして転送電極１
２、１３を形成する（図７（ｇ）、図８（ｇ））。

【００６４】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様、後退幅が０．２μｍ以下にまで抑制された略直角
の転送電極を得ることができる。また、本実施形態で
は、レジストの塗布および現像を、複数回実施する必要
がないために、第１の実施形態に比べて工程を簡略化で
きる。

【００６５】（第４の実施形態）第３の実施形態におい
ても、シリコン酸化膜を形成することなく、パターニン
グしたレジスト自体をエッチングマスクとして用いても
よい。この工程を用いれば、さらに工程を簡略化するこ
とができる。

【００６６】具体的には、第３の実施形態では、被エッ
チング膜上にマスク形成膜を形成する工程、マスク形成
膜上にフォトレジスト膜を形成する工程、第１のフォト
マスクを用いてフォトレジスト膜を露光する工程、引き
続き第２のフォトマスクを用いてフォトレジスト膜を露
光する工程、フォトレジスト膜を現像してレジストパタ
ーンを形成する工程、レジストパターンをマスクとして
マスク形成膜をエッチングすることによりマスク形成膜
からエッチングマスクを表出する工程をこの順に実施し
た。

【００６７】一方、本実施形態では、被エッチング膜上
にフォトレジスト膜を形成する工程、第１のフォトマス
クを用いてフォトレジスト膜を露光する工程、引き続き
第２のフォトマスクを用いてフォトレジスト膜を露光す
る工程、フォトレジスト膜を現像することによりフォト
レジスト膜からエッチングマスクを表出する工程とがこ
の順に実施される。

【００６８】しかし、本実施形態では、レジストパター
ンをマスクにしてエッチングしているために、エッチン
グマスクの断面形状を、第３の実施形態における程度ま
でには垂直に仕上げることが困難となる。このように、
寸法制御性においては、マスク形成膜からパターニング
してエッチングマスクを形成する方法が優れている。し
たがって、寸法を極めて正確に制御する必要があるとき
は、第１よび第３の実施形態のように、シリコン酸化膜
等からなるエッチングマスクを用いることが好ましい。

【００６９】（第５の実施形態）上記各実施形態では、
単層構造の転送電極について説明したが、本発明は、多
層構造の転送電極にも適用できる。

【００７０】図９は、上記第１〜第４の実施形態で説明
した製造方法を適用して形成した多層構造の垂直転送電
極の例を示す平面図である。

【００７１】図９に示したように、垂直転送電極１４、
１５（第１の垂直転送電極１４の一部に重なるように第
２の垂直転送電極１５が形成されている）は、上記と同
様、隅角部が略直角に形成されており、垂直転送電極１
４、１５が垂直方向（電荷転送方向）について重複して
いる距離も、垂直転送チャネル４上の全幅にわたって略
同一となっている。また、従来問題となっていた垂直転
送電極が重ならない領域（図１９参照）も解消されてい
る。

【００７２】このような垂直転送電極は、基本的には、
上記各実施形態で説明した製造方法を、垂直転送電極の
各層について繰り返すことにより製造することができ
る。各垂直転送電極の層間には、従来と同様、絶縁のた
めに、シリコン酸化膜等が形成される。こうして形成さ
れた略直角の隅角部を有する垂直転送電極は、単層構造
の場合と同様、転送効率を確保しながら、感度等を向上
させるために有効である。このように、本発明は、単層
構造のみならず多層構造を有する垂直転送電極に対して
効果がある。

【００７３】なお、本発明は、電極形成方法についての
課題を解決するために完成されたものであるが、これに
限定されるものではなく、転送電極とともに、金属配線
の形成等固体撮像装置のその他の部材の形成に、上記各
実施形態で説明したパターニング方法を適用してもよ
い。

【００７４】

【実施例】第１の実施形態で説明した方法と同様の方法
により、垂直転送電極を作製した。ここで、シリコン基
板上に形成した各薄膜の膜厚は、シリコン基板側から順
に、ゲート酸化膜であるシリコン酸化膜が３０ｎｍ、被
エッチング膜となるポリシリコン膜が３００ｎｍ、マス
ク形成膜となるシリコン酸化膜が１００ｎｍ、２回形成
するレジスト膜はともに１０００ｎｍとした。

【００７５】また、ゲート酸化膜であるシリコン酸化膜
は熱酸化法により、ポリシリコン膜は減圧ＣＶＤ法によ
り、マスク形成膜となるシリコン酸化膜はＴＥＯＳを用
いた減圧ＣＶＤ法により、各々成膜した。また、レジス
トの露光は、２回ともｉ線により行った。

【００７６】こうして図１に示したと同様のパターンと
なるように形成した垂直転送電極Ａ上に、従来一般に実
施されてきたように、さらに遮光膜、平坦化膜、カラー
フィルタ、オンチップレンズ等を形成して固体撮像装置
Ａを得た。

【００７７】一方、比較のために、従来から実施されて
きたように、マスク形成膜を形成することなくレジスト
を直接エッチングマスクとして用い、かつレジストのパ
ターニングに目的とする垂直転送電極の形状と同一の形
状を有するフォトマスクを用いて露光および現像する製
造方法により、垂直転送電極Ｂを作製した。なお、各層
の膜厚および形成方法は、垂直転送電極Ａと同様とし
た。また、この垂直転送電極上にも、上記と同様、さら
に遮光膜、平坦化膜、カラーフィルタ、オンチップレン
ズ等を形成して固体撮像装置Ｂを得た。

【００７８】上記各工程において、転送電極を形成した
後に、垂直転送電極Ａと垂直転送電極Ｂとを、走査型電
子顕微鏡により観察した。その結果、垂直転送電極Ａ
は、図１０に示したように、隅角部からの後退距離Ｒが
０．０５μｍ以下であって実質的に直角の隅角部（頂
点）を有することが確認された。一方、垂直転送電極Ｂ
では、図１１に示したように、隅角部からの後退距離Ｒ
が約０．３μｍであった。

【００７９】次に、固体撮像装置の転送効率を比較し
た。その結果、図１２に示すように、固体撮像装置Ａで
は、転送電子数にかかわらず、９０％以上の転送効率が
得られたのに対し、固体撮像装置Ｂでは、図１３に示す
ように、特に転送電子数が少ない領域において、転送効
率が大きく低下することが確認された。これは、固体撮
像装置Ｂでは、光量に依存しない一定の割合で転送残り
電子が生じているためである。

【００８０】なお、ここで、転送効率とは、ゲート毎に
転送する信号電荷のもとの信号電荷に対する割合［％］
である。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光リソグラフィによるパターン隅角部におけるパターン
の後退を抑制し、所望の形状のパターニングした転送電
極を得ることができる。その結果、セルサイズを微細化
させても、転送効率を良好に保ちながら、感度、飽和特
性も良好に維持した固体撮像装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の一形態の垂直転送部
近傍を示す平面図である。

【図２】図１に示した固体撮像装置のＸ₁−Ｘ₁’断面
を示す図である。

【図３】図１に示した固体撮像装置のＹ₁−Ｙ₁’断面
により、本発明の固体撮像装置の製造方法の一例を示す
工程図である。

【図４】図３により示した工程を、図１のＸ₁−Ｘ₁’
方向を図中左右方向とする平面により示す工程図であ
る。

【図５】本発明の製造方法に用いるフォトマスクのパ
ターン例を示す平面図である。

【図６】本発明の固体撮像装置における転送電極の後
退距離を説明するための平面図である。

【図７】図１に示した固体撮像装置のＹ₁−Ｙ₁’断面
により、本発明の固体撮像装置の製造方法の別の一例を
示す工程図である。

【図８】図４により示した工程を、図１のＸ₁−Ｘ₁’
方向を図中左右方向とする平面により示す工程図であ
る。

【図９】本発明の固体撮像装置の別の一形態の垂直転
送部近傍を拡大して示す平面図である。

【図１０】実施例において本発明の製造方法により作
製した垂直転送電極の形状を示す走査型電子顕微鏡写真
である。

【図１１】従来の方法により作製した垂直転送電極の
形状を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図１２】実施例において本発明の製造方法により作
製した垂直転送電極を用いた転送電子数と転送効率との
関係を示す図である。

【図１３】従来の方法により作製した垂直転送電極を
用いた転送電子数と転送効率との関係を示す図である。

【図１４】従来の固体撮像装置の垂直転送部近傍を示
す平面図である。

【図１５】図１４に示した固体撮像装置のＸ₁−Ｘ₁’
断面を示す図である。

【図１６】図１４に示した固体撮像装置のＹ₁−Ｙ₁’
断面により、従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程
図である。

【図１７】図１４に示した固体撮像装置の垂直転送電
極を拡大して示す平面図である。

【図１８】従来の固体撮像装置における垂直転送チャ
ネルのポテンシャルの状態を示すための図である。

【図１９】従来の固体撮像装置の別の形態の垂直転送
部近傍を示す平面図である。

【符号の説明】

３受光部（フォトダイオード）４垂直転送チャネル６読み出し制御部７分離部１１ゲート絶縁膜１２、１３垂直転送電極（単層ポリシリコン型）１４、１５垂直転送電極（多層ポリシリコン型）２７ポリシリコン膜２８第１のレジストパターン２９第２のレジストパターン３１シリコン酸化膜３２シリコン酸化膜パターン３３エッチングマスク６１第１のフォトマスク６２第２のフォトマスク７１、７２基準線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光電荷を半導体基板内に形成された電
荷転送チャネルに沿って第１の方向へと転送するための
転送電極を備え、前記第１の方向における前記転送電極
の端部を通過するように前記第１の方向と直交する第２
の方向に沿って伸長する直線を基準として測定する、前
記転送電極の隅角部における後退距離が０．２μｍ以下
であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】第２の方向における転送電極の端部を通
過するように第１の方向に沿って伸長する直線を基準と
して測定する、前記転送電極の隅角部における後退距離
が０．２μｍ以下である請求項１に記載の固体撮像装
置。
【請求項３】半導体基板の上方から見て、転送電極の
隅角部が略直角である請求項１または２に記載の固体撮
像装置。
【請求項４】受光電荷を半導体基板内に形成された電
荷転送チャネルに沿って所定の方向へと転送するための
転送電極を備え、隣接する前記転送電極間の前記方向に
おける間隔または重複距離が、前記電荷転送チャネル上
において略同一であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】受光電荷を半導体基板内に形成された電
荷転送チャネルに沿って所定の方向へと転送するための
転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、前記転送電極を形成する工程が、前記半導体基板上に被
エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜上
にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチング
マスクを用いて前記被エッチング膜をエッチングする工
程とを含み、前記エッチングマスクを形成する工程において、前記転
送電極の隅角部を前記被エッチング膜から表出させるた
めに前記エッチングマスクに準備される第１のマスク端
部および第２のマスク端部を、前記第１のマスク端部を
前記隅角部方向に延伸した辺を備えた第１のフォトマス
クと、前記第２のマスク端部を前記隅角部方向に延伸し
た辺を備えた第２のフォトマスクとを用いた個別の露光
に基づいて形成することにより、前記隅角部と同一形状
のマスク隅角部を有する第３のフォトマスクを用いた単
一の露光に基づいて前記隅角部を形成した場合よりも、
前記隅角部における前記転送電極の後退距離を抑制する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】被エッチング膜上にエッチングマスクを
形成する工程が、被エッチング膜上にマスク形成膜を形成する工程と、前
記マスク形成膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する
工程と、前記第１のフォトレジスト膜を第１のフォトマ
スクを用いて露光および現像して第１のレジストパター
ンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマ
スクとして前記マスク形成膜をエッチングする工程と、
前記マスク形成膜上から前記第１のレジストパターンを
除去する工程と、前記マスク形成膜上に第２のフォトレ
ジスト膜を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト
膜を第２のフォトマスクを用いて露光および現像して第
２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレ
ジストパターンをマスクとして前記マスク形成膜をエッ
チングすることにより前記マスク形成膜から前記エッチ
ングマスクを表出させる工程とを含む請求項５に記載の
固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】被エッチング膜上にエッチングマスクを
形成する工程が、被エッチング膜上にマスク形成膜を形成する工程と、前
記マスク形成膜上にフォトレジスト膜を形成する工程
と、第１のフォトマスクを用いて前記フォトレジスト膜
を露光する工程と、第２のフォトマスクを用いて前記フ
ォトレジスト膜を露光する工程と、前記フォトレジスト
膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、前記
レジストパターンをマスクとして前記マスク形成膜をエ
ッチングすることにより前記マスク形成膜から前記エッ
チングマスクを表出させる工程とを含む請求項５に記載
の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】マスク形成膜が、シリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜およびシリコン酸窒化膜から選ばれるいずれ
かの膜である請求項６または７に記載の固体撮像装置の
製造方法。
【請求項９】被エッチング膜上にエッチングマスクを
形成する工程が、被エッチング膜上にフォトレジスト膜を形成する工程
と、第１のフォトマスクを用いて前記フォトレジスト膜
を露光する工程と、第２のフォトマスクを用いて前記フ
ォトレジスト膜を露光する工程と、前記フォトレジスト
膜を現像することにより前記フォトレジスト膜から前記
エッチングマスクを表出させる工程とを含む請求項５に
記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】半導体基板の上方から見て、第１のマ
スク端部および第２のマスク端部が略直角に交わるよう
にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを
用いて被エッチング膜をエッチングすることにより、転
送電極の隅角部を略直角とする請求項５〜９のいずれか
に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】受光電荷を半導体基板内に形成された
電荷転送チャネルに沿って所定の方向へと転送するため
の転送電極を備えた固体撮像装置の製造方法であって、前記転送電極を形成する工程が、前記半導体基板上に被
エッチング膜を形成する工程と、前記被エッチング膜上
に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１
のフォトレジスト膜を第１のフォトマスクを用いて露光
および現像することにより第１のレジストパターンを形
成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクと
して前記被エッチング膜をエッチングする工程と、前記
第１のレジストパターンを除去する工程と、前記被エッ
チング膜上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程
と、前記第２のフォトレジスト膜を第２のフォトマスク
を用いて露光および現像することにより第２のレジスト
パターンを形成する工程と、前記第２のレジストパター
ンをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする
工程と、前記第２のレジストパターンを除去する工程と
を含み、前記転送電極の隅角部を前記被エッチング膜から表出さ
せるために前記第１のレジストパターンに準備される第
１のレジスト端部を、前記第１のレジスト端部を前記隅
角部方向に延伸した辺を備えた前記第１のフォトマスク
を用いた露光に基づいて形成し、かつ前記隅角部を前記
被エッチング膜から表出させるために前記第２のレジス
トパターンに準備される第２のレジスト端部を、前記第
２のレジスト端部を前記隅角部方向に延伸した辺を備え
た前記第２のフォトマスクを用いた露光に基づいて形成
することにより、前記隅角部と同一形状のマスク隅角部
を有する第３のフォトマスクを用いた単一の露光に基づ
いて前記隅角部を形成した場合よりも、前記隅角部にお
ける前記転送電極の後退距離を抑制することを特徴とす
る固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】半導体基板の上方から見て、第１のレ
ジスト端部および第２のレジスト端部が略直角に交わる
ように第１のレジストパターンおよび第２のレジストパ
ターンを形成することにより、転送電極の隅角部を略直
角とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。