JP2000150857A

JP2000150857A - 固体撮像装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000150857A
Application number: JP10328611A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamada; 徹山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光電変換部から電荷転送部への信号読み出し
特性のバラツキが少なく、光電変換部で発生する暗電流
や白キズを抑制した、広ダイナミックレンジ、高感度、
低スミアのインターライン転送型の固体撮像装置及びそ
の製法を提供する。【解決手段】信号電荷の読み出し電極を兼ねる電荷転
送電極５１０は、光電変換部上の領域５１８とゲート電
極膜を行方向に分割する領域５１９が互いに電荷転送電
極５０９上で重なるように形成され、光電変換部５０６
は、光電変換部上の領域５１８のゲート電極膜をエッチ
ング除去する時に使用したフォトレジストをマスクとし
てｎ型不純物を高エネルギー（２００ｋｅＶ以上）でイ
オン注入することにより、またｐ型領域５１１は、フォ
トレジストを剥離した後、光電変換部上の領域５１８が
除去されたゲート電極膜をマスクとしてｐ型不純物を低
エネルギー（１０〜１００ｋｅＶ）で傾斜イオン注入す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換部、電荷
読み出し部および電荷転送部を有する固体撮像装置およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ固体撮像装置は、イメージセンサ
としてファクシミリやビデオカメラ、デジタルスチルカ
メラなどの様々な画像入力機器に利用されている。特
に、光電変換部と電荷転送部が別々に構成されるデバイ
ス構造は、光電変換、電荷読み出し、および電荷転送を
独立して行うことができるため、様々な駆動方法に応用
することが可能であり、幅広く用いられている。

【０００３】従来、この種の固体撮像装置は、例えば１
９９５年８月、映像情報、第２７巻、８０〜８６頁（従
来例１）に示されるように、光電変換部が読み出し電極
を兼ねる電荷転送電極に対してマスクアラインで形成さ
れることを特徴とした固体撮像装置が知られている。以
下、従来例１の固体撮像装置の製造方法について、図９
に基づいて説明する。

【０００４】図９（ａ）〜（ｅ）は、従来例１の固体撮
像装置の構造とその製造方法を説明する模式図であり、
光電変換部と電荷転送電極の製造工程を中心に図示して
いる。左側の図は固体撮像装置の平面構造、右側の図は
図９における電荷読み出し部１０５のＡ−Ａ’断面構造
である。

【０００５】この固体撮像装置の構造は次の通りであ
る。ｎ型基板１０１上のｐ型ウェル１０２内に、ｐ型の
チャネルストップ１０３、ｎ型の電荷転送部１０４、ｐ
型の電荷読み出し部１０５、マスクアラインで形成され
るｎ型の光電変換部１０６、そして光電変換部１０６の
表面で発生する暗電流を抑制するｐ型領域１１１が構成
されている。基板１０１の表面には、ゲート絶縁膜１０
８を介して電荷転送電極１０９および１１０が形成さ
れ、その上には層間絶縁膜１１２を介して電荷転送部１
０４を覆うように遮光膜１１３が構成されている．ここ
で電荷転送電極１１０は、信号電荷を光電変換部１０６
から電荷転送部１０４に読み出す読み出し電極を兼ねて
いる。この固体撮像装置の製造方法は次の通りである。
ｎ型基板１０１にボロン等のｐ型不純物をイオン注入し
てｐ型ウェル１０２を形成し、ｐ型ウェル１０２の表面
領域にボロン等のｐ型不純物、リン等のｎ型不純物をイ
オン注入して高濃度のｐ型チャネルストップ１０３、ｎ
型電荷転送部１０４、およびｐ型電荷読み出し部１０５
を形成する（図９（ａ））。

【０００６】次に光電変換部を形成する領域以外にフォ
トレジスト１０７を形成し、これをマスクにリン等のｎ
型不純物を高エネルギーイオン注入（２００ｋｅＶ以
上）することにより、ｎ型光電変換部１０６を形成する
（図９（ｂ））。次に、表面に熱酸化膜や酸化膜−窒化
膜−酸化膜（ＯＮＯ膜）等のゲート絶縁膜１０８を介し
て、ゲート電極膜１０８をプラズマエッチング除去する
ことにより電荷転送電極１０９を形成し、さらにゲート
絶縁膜１０８および電荷転送電極１０９上の熱酸化膜や
ＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜を介して読み出し電極を兼
ねる電荷転送電極１１０を形成する（図９（ｃ））。

【０００７】次に、電荷転送電極１０９および１１０の
セルフアラインにより光電変換部１０６の浅い領域にボ
ロン等のｐ型不純物をイオン注入して高濃度のｐ型領域
１１１を形成する（図９（ｄ））。この時、固体撮像装
置の電荷検出部やオンチップアンプ等にこのｐ型不純物
が注入されないように、これらの領域上はフォトレジス
トでカバーしておく必要がある。ｐ型領域１１１は、光
電変換部１０６の表面で発生し、低照度時のＳ／Ｎ比を
劣化させる暗電流を抑制する働きがある。

【０００８】次に、層間絶縁膜１１２を介してタングス
テンやアルミ等の遮光膜１１３を形成し、光電変換部１
０６上の一部の領域を除去して遮光膜開口１１４を形成
する（図９（ｅ））。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上の方法で製造され
る従来例１の固体撮像装置では、光電変換部１０６が転
送電極のエッジ１１５に対してマスクアラインで形成さ
れるため、目ズレによる信号の読み出し電圧のバラツキ
が大きいという問題をもたらしている。

【００１０】また、光電変換部１０６と転送電極のエッ
ジ１１５の間に隙間が出来てしまうと、読み出し電圧が
著しく高くなってしまうため、転送電極のエッジ１１５
は少なくともマスクアラインの目ズレの分だけは光電変
換部１０６と重なるように突き出させて設計する必要が
あり、その結果、遮光膜開口１１４が小さくなり、入射
光が遮光膜１１３にケラれやすくなるという問題も発生
する。

【００１１】そこで、光電変換部１０６が転送電極エッ
ジ１１５に対してセルフアラインで形成されることを特
徴とした固体撮像装置として、特開平５−６９９２号公
報（従来例２）に示される固体撮像装置が知られてい
る。

【００１２】以下、従来例２の固体撮像装置を図１０に
基づいて説明する。図１０（ａ）〜（ｅ）は、従来例２
の固体撮像装置の構造とその製造方法を説明する模式図
である。左側の図は固体撮像装置の平面構造、右側の図
は図１０における電荷読み出し部２０５のＢ−Ｂ’断面
構造である。

【００１３】この固体撮像装置の構造は次の通りであ
る。ｎ型基板２０１上のｐ型ウェル２０２内に、ｐ型の
チャネルストップ２０３、ｎ型の電荷転送部２０４、ｐ
型の電荷読み出し部２０５、読み出し電極を兼ねる電荷
転送電極のエッジ２１５に対してセルフアラインで形成
されるｎ型の光電変換部２０６、そして光電変換部の表
面で発生する暗電流を抑制するｐ型領域２１１が構成さ
れている。基板表面には、ゲート絶縁膜２０８を介して
電荷転送電極２０９および２１０が形成され、その上に
は層間絶縁膜２１２を介して電荷転送部２０４を覆うよ
うに遮光膜２１３が構成されている。ここで電荷転送電
極２１０は、信号電荷を光電変換部２０６から電荷転送
部２０４に読み出す読み出し電極を兼ねている。

【００１４】この固体撮像装置の製造方法は、ｐ型ウェ
ル２０２、ｐ型チャネルストップ２０３、ｎ型電荷転送
部２０４、およびｐ型電荷読み出し部２０５を形成する
工程までは、従来例１と同様である（図１０（ａ））。
次に、表面に酸化膜−窒化膜−酸化膜等のゲート絶縁膜
２０８を介して、ポリシリコン膜等のゲート電極膜をプ
ラズマエッチング除去することにより電荷転送電極２０
９を形成する。さらに、ゲート絶縁膜２０８および電荷
転送電極２０９上の熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶
縁膜を介して、ポリシリコン膜等のゲート電極膜２２２
を形成し、これをフォトレジスト２０７ａをマスクとし
てプラズマエッチング除去することにより、光電変換部
上の一領域２１６を残して電荷転送電極２１０の概略を
形成する（図１０（ｂ））。

【００１５】次に、光電変換部２０６を形成する領域上
に開口を持つフォトレジスト２０７ｂを形成し、これを
マスクとして光電変換部２０６上の一領域２１６をプラ
ズマエッチング除去し、電荷転送電極２１０を形成す
る。また、フォトレジスト２０７ｂおよび電荷転送電極
２１０をマスクとしてリン等のｎ型不純物を高エネルギ
ーイオン注入（２００ｋｅＶ以上）することにより、光
電変換部２０６を転送電極のエッジ２１５に対してセル
フアラインで形成する（図１０（ｃ））。次にフォトレ
ジスト２０７ｂを除去した後、電荷転送電極２０９およ
び２１０のセルフアラインにより光電変換部２０６の浅
い領域にボロン等のｐ型不純物をイオン注入して高濃度
のｐ型領域２１１を形成する（図１０（ｄ））。

【００１６】この時、固体撮像装置の電荷検出部やオン
チップアンプ等にこのｐ型不純物が注入されないよう
に、これらの領域上はフォトレジストでカバーしておく
必要がある。なお、ｐ型領域２１１の働きは従来例１と
同様である。次に層間絶縁膜２１２を介してタングステ
ンやアルミ等の遮光膜２１３を形成し、光電変換部２０
６上の一部の領域を除去して遮光膜開口２１４を形成す
る（図１０（ｅ））。

【００１７】以上の方法で製造される固体撮像装置は、
光電変換部２０６が読み出し電極を兼ねる転送電極のエ
ッジ２１５に対してセルフアラインで形成されるため、
目ズレによる読み出し電圧のバラツキは抑制される。ま
た、光電変換部２０６と転送電極のエッジ２１５が必ず
揃うため、転送電極のエッジ１１５を光電変換部２０６
よりに突き出させる必要が無く、その結果、遮光膜開口
２１４を広く形成できるという一応の効果を奏してい
る。

【００１８】しかしながら、従来例２の方法で製造され
る固体撮像装置では、次に示すような問題点があった。
図１１は、この問題点を説明する模式図であり、電荷読
み出し部２０５の断面構造を示している。従来例２の固
体撮像装置では、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極２
１０を形成する際、１回目のプラズマエッチングで光電
変換部上の一領域２１６を残して電荷転送電極２１０の
概略が形成され（図１１（ａ）、（ｂ））、次に光電変
換部２０６上の一領域２１６を含んで光電変換部２０６
上の全領域がプラズマエッチングされる（図１１
（ｃ）、（ｄ））。この２回目のプラズマエッチングの
際、ゲート電極膜２２２が残っている光電変換部上の一
領域２１６だけでなく、ゲート絶縁膜２０８しか残って
いない領域も同時にエッチングされてしまうため、光電
変換部２０６の基板表面とゲート絶縁膜２０８の界面が
ダメージ２１７を受ける。

【００１９】その結果、光電変換部２０６における暗電
流の増加や結晶欠陥に起因する白傷の発生といった問題
をもたらす。このような不良は、固体撮像装置の特性を
低下させるだけでなく、製造の歩留まりを著しく低下さ
せるため、デバイスコストの増加をも引き起こす。

【００２０】さらに、従来例１および従来例２の製造方
法では、図９（ｂ）〜（ｄ）および図１０（ｂ）〜
（ｄ）に示すように、電荷転送電極１１０および２１
０、光電変換部１０６および２０６、ｐ型領域１１１お
よび２１１を形成するために、少なくとも３回のフォト
レジスト工程を行う必要がある。フォトレジスト工程の
増加は、デバイス製造期間の長期化とデバイス製造コス
トの増大という問題をもたらす。

【００２１】このような従来例１および２の問題点を解
決した固体撮像装置として、特願平１０−１３８７１９
号（現在出願公開前の出願中の従来例３として、以下説
明する）に示される固体撮像装置が提案されている。以
下、従来例３の固体撮像装置を図１２に基づいて説明す
る。

【００２２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、従来例３の固体
撮像装置の構造とその製造方法を説明する模式図であ
る。左側の図は固体撮像装置の平面構造、右側の図は図
１２における電荷読み出し部３０５のＣ−Ｃ’断面構造
である。

【００２３】この固体撮像装置の構造は図１２（ａ），
（ｄ）を参照して、ｎ型基板３０１上のｐ型ウェル３０
２内に、ｐ型のチャネルストップ３０３、ｎ型の電荷転
送部３０４、ｐ型の電荷読み出し部３０５、ｎ型の光電
変換部３０６、そしてｐ型領域３１１が構成されてい
る。基板表面には、ゲート絶縁膜３０８を介して電荷転
送電極３０９および３１０が形成され、その上には層間
絶縁膜３１２を介して電荷転送部３０４を覆うように遮
光膜３１３が構成されている。ここで電荷転送電極３１
０は、信号電荷を光電変換部３０６から電荷転送部３０
４に読み出す読み出し電極を兼ねており、さらに光電変
換部３０６上の領域３１８と電荷転送電極３１０を行方
向に分割する領域３１９が完全に分離されるように構成
されている。また、光電変換部３０６およびｐ型領域３
１１は、光電変換部３０６上の領域３１８に対してセル
フアラインで構成されている。

【００２４】この固体撮像装置の製造方法は、ｐ型ウェ
ル３０２、ｐ型チャネルストップ３０３、ｎ型電荷転送
部３０４、およびｐ型電荷読み出し部３０５を形成する
工程までは、従来例１および２と同様である（図１２
（ａ））。次に、表面に熱酸化膜や酸化膜−窒化膜−酸
化膜（ＯＮＯ膜）等のゲート絶縁膜３０８を介して、ポ
リシリコン膜等のゲート電極膜３２２をプラズマエッチ
ング除去することにより電荷転送電極３０９を形成す
る。また、ゲート絶縁膜３０８および電荷転送電極３０
９上の熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜を介して
ポリシリコン膜等のゲート電極膜３２２を形成し、フォ
トレジスト３０７ａをマスクとして光電変換部上の領域
３１８をプラズマエッチング除去することにより、光電
変換部の開口を形成する。

【００２５】さらに、フォトレジスト３０７ａおよびゲ
ート電極膜３２２をマスクとしてリン等のｎ型不純物を
高エネルギー（２００ｋｅＶ以上）でイオン注入するこ
とにより、光電変換部３０６を転送電極のエッジ３１５
に対してセルフアラインで形成する。また、ボロン等の
ｐ型不純物を低エネルギーでイオン注入することによ
り、高濃度のｐ型領域３１１を転送電極のエッジ３１５
に対してセルフアラインで形成する（図１２（ｂ））。

【００２６】次に、光電変換部３０６上の領域３１８を
完全に覆うフォトレジスト３０７ｂをマスクとして、光
電変換部３０６上の領域３１８と重ならず、ゲート電極
膜３２２を行方向に分割する領域３１９をプラズマエッ
チング除去することにより、電荷転送電極３１０を完全
に形成する（図１２（ｃ））。

【００２７】次に、フォトレジスト３０７ｂを除去した
後、熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜３１２を介
して、タングステンやアルミ等の遮光膜３１３を形成
し、光電変換部３０６上の一部の領域を除去して遮光膜
開口３１４を形成する（図１２（ｄ））。

【００２８】図１３は、実施例３の製造方法におけるエ
ッチングの様子を示しており、図１２における光電変換
部３０６のＧ−Ｇ’断面構造である。従来例３の製造方
法では、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極３１０を形
成する際、１回目のプラズマエッチングで光電変換部３
０６上の領域３１８のゲート電極膜３２２が除去され、
同時にその下のゲート絶縁膜３０８も一部エッチングさ
れるが、ゲート絶縁膜３０８の残膜は十分に確保されて
いる（図１３（ａ）、（ｂ））。

【００２９】次に、２回目のプラズマエッチングでゲー
ト電極膜３２２を行方向に分割する領域３１９が除去さ
れ、同時にその下の層間絶縁膜３２４も一部エッチング
されが、この層間絶縁膜の残膜も十分に確保されている
（図１３（ｃ）、（ｄ））。２回目のエッチングでは、
光電変換部３０６上の領域３１８はフォトレジスト３０
７ｂによって完全に覆われるため、一部エッチングされ
たゲート絶縁膜３０８は全くエッチングされない。

【００３０】以上の方法で製造される固体撮像装置は、
光電変換部３０６上の領域３１８と電荷転送電極３１０
を行方向に分割する領域３１９のゲート電極膜を除去す
るために、２回に分けてプラズマエッチングを行った場
合でも、従来例２のように光電変換部３０６上のゲート
絶縁膜３０８は重複してエッチングされないため、光電
変換部３０６の表面にはダメージが発生せず、暗電流や
白傷の発生を防ぐことができる。

【００３１】また、図１２（ｂ）に示すように、光電変
換部３０６とｐ型領域３１１が同一のフォトレジスト工
程で形成されるため、電荷転送電極３１０、光電変換部
３０６、およびｐ型領域３１１は２回のフォトレジスト
工程のみで形成することができる。従って、従来例１お
よび２の固体撮像装置に比べてフォトレジスト工程が１
回削減できるため、デバイス製造期間の短縮化とデバイ
ス製造コストの低減が可能となるという効果を奏してい
る。

【００３２】しかしながら、従来例３の固体撮像装置で
は、次に示すような問題点があった。図１４（ａ），
（ｂ）は、この問題点を説明する模式図であり、図１２
（ｄ）における渡し部３２０の断面構造である。従来例
３の固体撮像装置の渡し部３２０では、層間絶縁膜３２
４を介して、電荷転送電極３０９の両端を覆うように電
荷転送電極３１０が形成されている。この時、電荷転送
電極３１０は、電極間マージン３２６、電荷転送電極３
０９と電荷転送電極３１０の重なりマージン３２７（×
２ヶ所）、および電荷転送電極３０９からの電荷転送電
極３１０の飛び出しマージン３２８（×２ヶ所）の合計
５ヶ所のマージンを確保するように設計しなければなら
ない。

【００３３】例えば、１つの光電変換部３０６と１つの
電荷転送部３０４からなる単位画素の寸法が５×５μ
ｍ、電荷転送電極３１０の最小設計寸法が０．５μｍ、
マスクの目ズレが０．２μｍ、電荷転送電極３１０の膜
厚が３００ｎｍ、層間絶縁膜３２４の膜厚が２００ｎｍ
の固体撮像装置の場合、渡し部３２０上の電極間マージ
ン３２６は０．５μｍ、重なりマージン３２７は０．６
μｍ×２ヶ所、飛び出しマージン３２８は０．５μｍ×
２ヶ所を確保する必要がある。

【００３４】その結果、渡し部３２０における電荷転送
電極３０９および電荷転送電極３１０の合計の電極幅は
２．７μｍと広く形成する必要があり、逆に光電変換部
３０６の縦幅は２．３μｍと狭く形成しなければならな
い。その結果、光電変換部３０６の飽和電荷量は減少
し、ダイナミックレンジが低下する。

【００３５】また、渡し部３２０の電極幅の拡大に伴
い、遮光膜３１３も広く形成しなければならず、その結
果、遮光膜開口が狭くなるため、感度の低下が問題とな
る。

【００３６】さらに、渡し部３２０の電極幅を狭くする
ために、電極間マージン３２６を狭く形成した場合、タ
ングステンやアルミ等のスパッタリングにより形成され
た遮光膜３１３は、電極間マージン３２６内に入り込め
ず、空孔３２９を発生させる。このような空孔３２９が
発生した場所では、遮光膜３１３の膜厚が薄くなった
り、隙間ができたりするため、入射光が遮光膜３１３を
透過してシリコン基板内部に侵入しやすくなり、スミア
の増加を引き起こす。

【００３７】また、空孔３２９内に気体や液体が取り残
されていると、その後の熱処理によって気体や液体が膨
張し、遮光膜３１３にクラックを発生させたり、膜の剥
がれを引き起こしたりする。

【００３８】本発明の目的は、上記問題点を解決して、
信号読み出し特性のバラツキだけでなく、暗電流や白傷
の発生を抑制し、さらにダイナミックレンジや感度を向
上させた低コストのインターライン転送型の固体撮像装
置およびその製造方法を提供することにある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、第１導電型半導体層の表面領域に形成され第２導電
型半導体領域を有する光電変換部と、前記第１導電型半
導体層の表面領域に前記光電変換部の隙間に形成され、
前記光電変換部で発生した信号電荷を受け転送する第２
導電型の電荷転送部と、前記光電変換部で発生した信号
電荷を前記電荷転送部に読み出す電荷読み出し部と、前
記電荷読み出し部および前記電荷転送部の上に、ゲート
絶縁膜を介して形成された電荷転送電極とを有する固体
撮像装置において、前記電荷転送電極のうち前記光電変
換部で発生した信号電荷を前記電荷転送部に読み出す読
み出し電極を兼ねる電荷転送電極は、前記光電変換部上
の除去された領域と前記電荷転送電極を分割するために
除去された領域が前記電荷転送電極上で重なるように構
成されている。

【００４０】前記光電変換部は、前記読み出し電極を兼
ねる電荷転送電極に対してセルフアラインとなるように
構成されていても良い。

【００４１】前記光電変換部は、浅い第２導電型半導体
領域と深い第２導電型半導体領域とで構成され、前記深
い第２導電型半導体領域は前記浅い第２導電型半導体領
域よりも領域が狭くなるように構成されていても良い。

【００４２】第１導電型半導体薄領域が、前記光電変換
部上に形成されていても良い。前記第１導電型半導体薄
領域は、前記読み出し電極を兼ねる電荷転送電極の前記
電荷読み出し部上の電極端から離れて構成されていても
良い。

【００４３】また、本発明の固体撮像装置の製造方法
は、第１導電型半導体層の表面上にゲート絶縁膜を介し
て導電性電極材料膜を形成する工程と、前記導電性電極
材料膜上に第１のマスク材を形成する工程と、光電変換
部を形成する領域上の第１のマスク材を除去する工程
と、前記第１のマスク材をマスクとして前記導電性電極
材料膜を除去して開口部を形成する工程と、前記開口部
上および前記導電性電極材料膜上に第２のマスク材を形
成する工程と、前記開口部と前記電荷転送電極上で重な
り前記導電性電極材料膜を分割する領域の第２のマスク
材を除去する工程と、前記第２のマスク材をマスクとし
て前記導電性電極材料膜を除去する工程とを有する。

【００４４】前記第１のマスク材をマスクとして第２導
電型不純物をイオン注入する工程とをさらに有しても良
い。

【００４５】前記第１のマスク材を全面除去する工程
と、前記開口部にセルフアラインで第２導電型不純物を
イオン注入する工程とをさらに有しても良い。

【００４６】前記第１のマスク材を全面除去する前また
は後に前記開口部にセルフアラインで第１導電型不純物
をイオン注入する工程とをさらに有しても良い。

【００４７】前記の第１導電型不純物のイオン注入を角
度をつけて行うことにより、前記第１導電型半導体薄領
域を前記読み出し電極を兼ねる電荷転送電極の前記電荷
読み出し部上の電極端から離れてセルフアラインで形成
する工程とをさらに有しても良い。

【００４８】前記の固体撮像装置はインターライン転送
型の固体撮像装置であることを特徴とする。

【００４９】また、本発明は、光電変換部と、電荷読み
出し部および電荷転送部を有する固体撮像装置の製造方
法において、前記光電変換部と前記電荷読み出し部との
接続部分の形成に第１導電型不純物のイオン注入を前記
電荷読み出し部の端部に当たらない角度をつけて前記光
電変換部を形成することを特徴とする。

【００５０】本発明の固体撮像装置およびその製造方法
によれば、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極が、光電
変換部上の除去された領域と行方向に分割するために除
去された領域が互いに電荷転送電極上で重なる構造とな
っているため、光電変換部の表面が電荷転送電極の２回
のプラズマエッチングでダメージを受けることが無く、
暗電流や白傷の発生を抑制することができる。

【００５１】また、渡し部の電極幅を狭く形成すること
ができるため、光電変換部の領域および遮光膜開口を広
げることができ、ダイナミックレンジが広く、感度の高
いデバイスを実現することができる。

【００５２】また、電荷転送電極の電極間マージンを確
保する必要が無くなり、遮光膜に空孔が発生しなくなる
ため、スミアを低減させることも可能である。

【００５３】さらに、光電変換部とその表面のｐ型領域
が同一のフォトレジスト工程で形成されるため、フォト
レジスト工程を削減することも可能である。また、フォ
トレジストをマスクとしてｎ型不純物を高エネルギーイ
オン注入することにより、基板深くに光電変換部を形成
できるため、感度を向上させることができるとともに、
特性のバラツキを抑制することも可能である。

【００５４】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明による
第１の実施形態の固体撮像装置では、読み出し電極を兼
ねる電荷転送電極を、光電変換部上の領域と電荷転送電
極を行方向に分割する領域とが電荷転送電極の層間絶縁
膜上で重なるように構成することを特徴としている。

【００５５】以下に、本発明の第１の実施の形態におけ
る固体撮像装置の構造について説明する。

【００５６】図１は、第１の実施形態の固体撮像装置の
構造とその製造方法を説明する模式図である。左側の図
は固体撮像装置の平面構造、右側の図は電荷読み出し部
５０５のＥ−Ｅ’断面構造である。なお、平面構造に
は、図を分かり易くするために、遮光膜５１３および遮
光膜開口５１４は示されていないが、従来例１〜３と同
様に遮光膜５１３および遮光膜開口５１４が形成されて
いるものとする。

【００５７】第１の実施形態の固体撮像装置の構造は、
図１（ａ），（ｄ）を参照して、ｎ型基板５０１上のｐ
型ウェル５０２内に、ｐ型のチャネルストップ５０３、
ｎ型の電荷転送部５０４、ｐ型の電荷読み出し部５０
５、ｎ型の光電変換部５０６、そしてｐ型領域５１１が
構成されている。基板表面には、ゲート絶縁膜５０８を
介して電荷転送電極５０９および５１０が形成され、そ
の上には層間絶縁膜５１２を介して電荷転送部５０４を
覆うように遮光膜５１３が構成されている。ここで電荷
転送電極５１０は、信号電荷を光電変換部５０６から電
荷転送部５０４に読み出す読み出し電極を兼ねており、
さらに光電変換部５０６上の領域５１８と電荷転送電極
５１０を行方向に分割する領域５１９が電荷転送電極５
０９上で重なるように構成されている。また、光電変換
部５０６およびｐ型領域５１１は、光電変換部５０６上
の領域５１８に対してセルフアラインで構成されてい
る。

【００５８】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法
は、図１を参照して、ｐ型ウェル５０２、ｐ型チャネル
ストップ５０３、ｎ型電荷転送部５０４、ｐ型電荷読み
出し部５０５、ゲート絶縁膜５０８、および電荷転送電
極５０９を形成するまでの工程は、従来例３の固体撮像
装置の製造方法と同様である（図１（ａ））。

【００５９】次に、表面に熱酸化膜や酸化膜−窒化膜−
酸化膜（ＯＮＯ膜）等のゲート絶縁膜５０８（膜厚１０
〜１００ｎｍ）を介して、ポリシリコン膜等のゲート電
極膜５２２（膜厚５０〜５００ｎｍ）をプラズマエッチ
ング除去することにより電荷転送電極５０９を形成す
る。また、ゲート絶縁膜５０８および電荷転送電極５０
９上の熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜５２４
（膜厚１００〜５００ｎｍ）を介してポリシリコン膜等
のゲート電極膜５２２（膜厚５０〜５００ｎｍ）を形成
し、フォトレジスト５０７ａをマスクとして、光電変換
部５０６上の領域５１８をプラズマエッチング除去する
ことにより、光電変換部５０６の開口を形成する。

【００６０】ここで、光電変換部５０６の開口は、電荷
転送電極５０９と一部の領域が重なるように形成する。
さらに、フォトレジスト５０７ａをマスクとしてリン等
のｎ型不純物を高エネルギー（２００ｋｅＶ以上）でイ
オン注入することにより、光電変換部５０６（リン濃度
１０¹⁵〜１０¹⁸ｃｍ^-3）を転送電極のエッジ５１５に対
してセルフアラインで形成する。この時、ｎ型不純物は
電荷転送電極５０９のフォトレジスト５０７ａが形成さ
れていない領域を貫通して注入される可能性があるが、
この領域の下にはチャネルストップ５０３が形成されて
いるため問題とならない。

【００６１】つぎに、ボロン等のｐ型不純物を低エネル
ギー（１０〜１００ｋｅＶ）でイオン注入することによ
り、ｐ型領域５１１（ボロン濃度１０¹⁷〜１０²⁰ｃ
ｍ^-3）を転送電極のエッジ５１５に対してセルフアライ
ンで形成する。この時、ｐ型不純物は、フォトレジスト
５０７ａを残したままイオン注入を行っても良いし、フ
ォトレジスト５０７ａを剥離してからゲート電極膜５２
２をマスクとしてイオン注入を行っても良い（図１
（ｂ））。

【００６２】次に、光電変換部５０６上の領域５１８を
完全に覆うフォトレジスト５０７ｂをマスクとして、光
電変換部５０６上の領域５１８と電荷転送電極５０９上
で重なりゲート電極膜５２２を行方向に分割する領域５
１９をプラズマエッチング除去することにより、電荷転
送電極５１０を完全に形成する（図１（ｃ））。

【００６３】次に、フォトレジスト５０７ｂを除去した
後、熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜５１２（膜
厚５０〜５００ｎｍ）を介してタングステンやアルミ等
の遮光膜５１３（膜厚５０〜５００ｎｍ）を形成し、光
電変換部５０６上の一部の領域を除去して遮光膜開口５
１４を形成する（図１（ｄ））。

【００６４】図２は、第１の実施形態の製造方法におけ
るエッチングの様子を示しており、図１における光電変
換部５０６のＦ−Ｆ’断面構造である。第１の実施形態
の固体撮像装置では、読み出し電極を兼ねる電荷転送電
極５１０を形成する際、１回目のプラズマエッチングで
光電変換部５０６上の領域５１８のゲート電極膜５２２
が除去され、同時にゲート電極膜５０８一部エッチング
されるが、ゲート絶縁膜５０８の残膜は十分に確保され
ている（図２（ａ）、（ｂ））。

【００６５】次に、２回目のプラズマエッチングでゲー
ト電極膜５２２を行方向に分割する領域５１９が除去さ
れるが、この時、光電変換部上の領域５１８とゲート電
極膜５２２を行方向に分割する領域５１９の重なる領域
５２５が重複してエッチングされる（図２（ｃ）、
（ｄ））。しかし、この領域５２５の下には１００〜５
００ｎｍ程度の厚い層間絶縁膜５２４が形成されている
ため、重複してプラズマエッチングされても電荷転送電
極５０９まで貫通したホールは形成されない。仮に貫通
したホールが形成されたとしても、その上には後に熱酸
化またはＣＶＤによる層間絶縁膜５１２が形成されるた
め、このようなホールは問題とならない。なお、２回目
のエッチングでは、光電変換部５０６上の領域５１８は
フォトレジスト５０７ｂによって完全に覆われるため、
ゲート絶縁膜５０８は全くエッチングされない。

【００６６】図３は、第１の実施形態の固体撮像装置の
渡し部５２０の断面構造である。渡し部５２０では、層
間絶縁膜５２４を介して、電荷転送電極５０９の片端を
覆うように電荷転送電極５１０が形成されている。この
時、電荷転送電極５０９は、電荷転送電極５０９と電荷
転送電極５１０の重なりマージン５２７、電荷転送電極
５０９からの電荷転送電極５１０の飛び出しマージン５
２８、および電荷転送電極５１０からの電荷転送電極５
０９の飛び出しマージン５３０の合計３ヶ所のマージン
を確保するように設計すれば良い。

【００６７】従って、従来例３の固体撮像装置よりも、
渡し部５２０における電荷転送電極５０９および電荷転
送電極５１０の合計の電極幅を狭くすることができる。
また、従来例３の固体撮像装置のように、電荷転送電極
３１０の電極間マージン３２６を確保する必要が無いた
め、タングステンやアルミ等のスパッタリングにより遮
光膜５１３を形成した場合でも、空孔は一切発生しな
い。

【００６８】次に、本発明の第１の実施形態の効果につ
いて説明する。第１の実施形態によれば、光電変換部５
０６上の領域５１８と電荷転送電極５１０を行方向に分
割する領域５１９のゲート電極膜５２２を除去するため
に、２回に分けてプラズマエッチングを行った場合で
も、光電変換部５０６上のゲート絶縁膜５０８は重複し
てエッチングされることが無いため、光電変換部５０６
の表面にはダメージが発生せず、暗電流や白傷の発生を
防ぐことができる。

【００６９】また、図１（ｂ）に示すように、光電変換
部５０６とｐ型領域５１１が同一のフォトレジスト工程
で形成されるため、電荷転送電極５１０、光電変換部５
０６、およびｐ型領域５１１は、２回のフォトレジスト
工程のみで形成することができる。従って、従来例１お
よび２の固体撮像装置に比べて、フォトレジスト工程が
１回削減できるため、デバイス製造期間の短縮化とデバ
イス製造コストの低減が可能となる。

【００７０】また、光電変換部上の領域５１８をエッチ
ング除去するためのフォトレジスト５０７ａをマスクと
してｎ型不純物をイオン注入するため、２００ｋｅＶ以
上の高エネルギーイオン注入が可能となり、熱押し込み
拡散を行わずとも光電変換部５０６を深く形成すること
ができる。その結果、光電変換部５０６の感度を向上す
ることができるとともに、特性のバラツキを抑制するこ
とも可能となる。さらに、光電変換部５０６およびｐ型
領域５１１は、転送電極のエッジ５１５に対してセルフ
アラインで形成することができるため、目ズレによる信
号読み出し電圧のバラツキを抑制できるとともに、転送
電極のエッジ５１５を光電変換部５０６よりに突き出さ
せる必要が無いため、遮光膜開口５１４を広く形成して
感度を増加させることができる。

【００７１】また、渡し部５２０の電極幅を従来例３の
固体撮像装置よりも狭く形成することができるため、光
電変換部５０６の領域および遮光膜開口５１４を広げる
ことができ、ダイナミックレンジの拡大と感度の増加を
実現することができる。さらに、従来例３の固体撮像装
置のように、遮光膜５１３に空孔が発生しないため、遮
光膜５１３のクラックや剥がれが起こらず、低スミアの
デバイスを製造することができる、という効果も得られ
る。

【００７２】なお、第１の実施形態の固体撮像装置で
は、電荷転送電極５０９，５１０が２層構成となってい
るが、電荷転送電極５０９，５１０が３層以上で構成さ
れていても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

【００７３】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態における固体撮像装置の構造について説明す
る。図４は、第２の実施形態の固体撮像装置の構造を説
明する模式図である。左側の図は固体撮像装置の平面構
造、右側の図は電荷読み出し部８０５のＨ−Ｈ’断面構
造である。なお、平面構造には、図を分かり易くするた
めに、遮光膜８１３および遮光膜開口８１４は示されて
いないが、本発明の第１の実施形態と同様の遮光膜８１
３および遮光膜開口８１４が形成されているものとす
る。

【００７４】第２の実施形態の固体撮像装置の構造は、
図４（ａ），（ｄ）を参照して、ｎ型基板８０１上のｐ
型ウェル８０２内に、ｐ型のチャネルストップ８０３、
ｎ型の電荷転送部８０４、ｐ型の電荷読み出し部８０
５、ｎ型の光電変換部８０６、そしてｐ型領域８１１が
構成されている。基板表面には、ゲート絶縁膜８０８を
介して電荷転送電極８０９および８１０が形成され、そ
の上には層間絶縁膜８１２を介して電荷転送部８０４を
覆うように遮光膜８１３が構成されている。ここで電荷
転送電極８１０は、信号電荷を光電変換部８０６から電
荷転送部８０４に読み出す読み出し電極を兼ねており、
さらに光電変換部８０６上の領域８１８と電荷転送電極
８１０を行方向に分割する領域８１９が電荷転送電極８
０９上で重なるように構成されている。

【００７５】また、光電変換部８０６およびｐ型領域８
１１は、電極のエッジ８１５に対してセルフアラインで
構成されている。さらに、光電変換部８０６は、浅い領
域に形成された浅いｎ型領域８０６ａと、それよりも一
回り狭く深い領域に形成された深いｎ型領域８０６ｂで
構成されている。

【００７６】本発明の第２の実施形態における固体撮像
装置の製造方法は、図４を参照して、ｐ型ウェル８０
２、ｐ型チャネルストップ８０３、ｎ型電荷転送部８０
４、ｐ型電荷読み出し部８０５、ゲート絶縁膜８０８、
および電荷転送電極８０９を形成するまでの工程は、第
１の実施形態の固体撮像装置の製造方法と同様である。

【００７７】次に、ゲート絶縁膜８０８および電荷転送
電極８０９上の熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜
（膜厚５０〜５００ｎｍ）を介してポリシリコン膜等の
ゲート電極膜８２２（膜厚５０〜５００ｎｍ）を形成
し、フォトレジスト８０７ａをマスクとして光電変換部
８０６上の領域８１８をプラズマエッチング除去するこ
とにより、光電変換部８０６の開口を形成する。この
時、ＣＦ₄やＳＦ₆等の等方性エッチングガスを用いてオ
ーバーエッチングを行うことにより、転送電極のエッジ
８１５をフォトレジストのエッジ８２３よりも０．１〜
０．５μｍ程度後退させる。

【００７８】また、フォトレジスト８０７ａの開口は、
オーバーエッチングにより転送電極のエッジ８１５が後
退することを考慮して、所望の光電変換部８０６の開口
よりも後退する分だけ小さく形成する。さらに、フォト
レジスト８０７ａをマスクとしてリン等のｎ型不純物を
高エネルギー（２００ｋｅＶ以上）でイオン注入するこ
とにより、深いｎ型領域８０６ａ（リン濃度１０¹⁵〜１
０¹⁸ｃｍ^-3）を形成する（図４（ａ））。

【００７９】次に、フォトレジスト８０７ａを剥離して
から、リン等のｎ型不純物およびボロン等のｐ型不純物
を低エネルギー（２００ｋｅＶ以下）でイオン注入する
ことにより、浅いｎ型領域８０６ｂ（リン濃度１０¹⁵〜
１０¹⁸ｃｍ^-3）およびｐ型領域８１１（ボロン濃度１０
¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3）を転送電極のエッジ８１５に対して
セルフアラインで形成する（図４（ｂ））。

【００８０】次に、光電変換部８０６上の領域８１８を
完全に覆うフォトレジスト８０７ｂをマスクとして、光
電変換部８０６上の領域８１８と重ならずゲート電極膜
８２２を行方向に分割する領域８１９をプラズマエッチ
ング除去することにより、電荷転送電極８１０を完全に
形成する（図４（ｃ））。

【００８１】次に、フォトレジスト８０７ｂを除去した
後、熱酸化膜やＣＶＤ酸化膜等の層間絶縁膜８１２（膜
厚５００〜５０００Å）を介してタングステンやアルミ
等の遮光膜８１３（膜厚５００〜５０００Å）を形成
し、光電変換部８０６上の一部の領域を除去して遮光膜
開口８１４を形成する（図４（ｄ））。

【００８２】次に、本発明の第２の実施形態における効
果について説明する。第２の実施形態の固体撮像装置に
よれば、本発明第１の実施形態における効果の他に次の
ような効果を得ることができる。すなわち、浅いｎ型領
域８０６ａは、低エネルギー（２００ｋｅＶ以下）のイ
オン注入で構成されるため、イオン注入の際、フォトレ
ジストは不要となり、薄いゲート電極膜８２２のみをマ
スクとすることができる。従って、光電変換部８０６上
の領域８１８のゲート電極膜８２２をオーバーエッチン
グして転送電極のエッジ８１５がフォトレジストのエッ
ジ８２３から後退しても、フォトレジスト８０７ａを剥
離して、ゲート電極膜８２２をマスクとしてイオン注入
することにより、必ず光電変換部８０６を電極のエッジ
８１５にセルフアラインで構成することができる。

【００８３】また、光電変換部８０６上の領域８１８の
ゲート電極膜８２２をオーバーエッチングにより除去す
るため、電荷転送電極８０９の側壁に残り、ショートの
原因となるゲート電極膜８２２を完全に除去することが
できる。

【００８４】さらに、浅いｎ型領域８０６ａは転送電極
のエッジ８１５に対してセルフアラインで構成され、深
いｎ型領域８０６ｂは転送電極エッジ８１５に対して離
れて構成されるため、浅いｎ型領域８０６ａで光電変換
部８０６から電荷転送部８０４への信号の読み出し特性
を制御すると同時に、深いｎ型領域８０６ｂで光電変換
部８０６の感度やブルーミング抑制を制御することがで
きる。

【００８５】従って、光電変換部８０６の設計の自由度
が向上する。また、光電変換部８０６の最も電位の深い
位置は、浅いｎ型領域８０６ｂを形成することによって
表面に近づくため、ｎ型チャネルトランジスタで構成さ
れる電荷読み出し部８０５での電荷の読み出しが容易と
なり、読み出し電圧が低減される。同時に、光電変換部
８０６の空乏層端は、深いｎ型領域８０６ｂを形成する
ことによって表面から深いところに位置するため、より
深い領域で光電変換された電荷を収集することが可能と
なり、感度が向上するという効果も得られる。

【００８６】なお、第２の実施形態の固体撮像装置は、
第１の実施形態の固体撮像装置と同様に、電荷転送電極
が３層以上で構成されていても良い。

【００８７】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態における固体撮像装置の構造について説明す
る。図５は、第３の実施形態の固体撮像装置の構造を説
明する模式図であり、電荷読み出し部の断面構造を示し
ている。第３の実施形態の固体撮像装置の構造は、光電
変換部６０６上のｐ型領域６１１の構造を除けば、第１
の実施形態の固体撮像装置と同様であり、ｐ型領域６１
１が、転送電極のエッジ６１５から０．１〜１．０μｍ
程度離れて構成されている点が特徴である。

【００８８】次に、第３の実施形態における固体撮像装
置の製造方法について説明する。図６は、第３の実施形
態の固体撮像装置の製造方法を説明する模式図であり、
電荷読み出し部６０５の断面構造を示している。この図
は、第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法におい
て、図１（ｂ）に示すｐ型領域５１１の形成方法を変更
した工程について示している。第３の実施形態の固体撮
像装置の製造方法は、光電変換部６０６上のｐ型領域６
１１の形成方法を除けば、第１の実施形態の固体撮像装
置の製造方法と同様である。以下、ｐ型領域６１１の形
成方法について説明する。

【００８９】図６（ａ）を参照して、フォトレジスト６
０７ａをマスクとして、ボロン等のｐ型不純物を角度を
つけて低エネルギー（２００ｋｅＶ以下）でイオン注入
することにより、転送電極のエッジ６１５から所望のオ
フセット（０．１〜１．０μｍ）を付けて、ｐ型領域６
１１（ボロン濃度１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3）を形成する。

【００９０】また、図６（ａ’）を参照して、ゲート電
極膜６２２をマスクとして、ｐ型不純物を角度をつけて
低エネルギーでイオン注入することによっても、転送電
極のエッジ６１５から所望のオフセットを付けてｐ型領
域６１１’を形成することができる。なお、ゲート電極
膜６２２をマスクとしてイオン注入を行う場合は、フォ
トレジスト６０７ａをマスクとする場合に比べてマスク
の上面の高さが低くなるため、所望のオフセット量を得
るためには注入角度を大きく設定する必要がある。

【００９１】次に、本発明の第３の実施形態における効
果について説明する。第３の実施形態の固体撮像装置に
よれば、第１の実施形態における効果の他に次のような
効果を得ることができる。ｐ型領域６１１のｐ型不純物
濃度は、一般的に１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3と非常に高いた
め、プロセス中の熱処理により、ｎ型チャネルトランジ
スタで構成される電荷読み出し部６０５のチャネルの下
にｐ型不純物が拡散する。

【００９２】その結果、このトランジスタのしきい値の
増加やトランスコンダクタンスの低下が起こるため、信
号電荷の読み出し電圧が増加するという問題が生じる。
第３の実施形態の固体撮像装置によれば、予めこのよう
なｐ型不純物の拡散を見越して、ｐ型領域６１１を転送
電極のエッジ６１５から離して構成しているため、この
ような問題が解決され、読み出し電圧を低減することが
可能となる。

【００９３】なお、第３の実施形態の固体撮像装置は、
第１の実施形態の固体撮像装置と同様に、電荷転送電極
が３層以上で構成されていても良い。

【００９４】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態における固体撮像装置の構造について説明す
る。図７は、第４の実施形態の固体撮像装置の構造を説
明する模式図であり、電荷読み出し部の断面構造を示し
ている。第４の実施形態の固体撮像装置の構造は、光電
変換部７０６上のｐ型領域７１１の構造を除けば、第２
の実施形態の固体撮像装置と同様であり、ｐ型領域７１
１が、転送電極のエッジ７１５から０．１〜１．０μｍ
程度離れて構成されている点が特徴である。

【００９５】次に、第４の実施形態における固体撮像装
置の製造方法について説明する。図８は、第４の実施形
態の固体撮像装置の製造方法を説明する模式図であり、
電荷読み出し部７０５の断面構造を示している。この図
は、第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法におい
て、図４（ｂ）に示すｐ型領域８１１の形成方法を変更
した工程について示している。第４の実施形態の固体撮
像装置の製造方法は、光電変換部７０６上のｐ型領域７
１１の形成方法を除けば、第２の実施形態の固体撮像装
置の製造方法と同様である。

【００９６】以下、本実施形態による特有なｐ型領域７
１１の形成方法について説明する。図８を参照して、ゲ
ート電極膜７２２をマスクとして、ボロン等のｐ型不純
物を角度をつけて低エネルギー（２００ｋｅＶ以下）で
イオン注入することにより、転送電極のエッジ７１５か
ら所望のオフセット（０．１〜１．０μｍ）を付けてｐ
型領域７１１（ボロン濃度１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3）を形
成する。

【００９７】次に、本発明の第４の実施形態における効
果について説明する。第４の実施形態の固体撮像装置に
よれば、第２の実施形態における効果の他に、次のよう
な効果を得ることができる。ｐ型領域７１１のｐ型不純
物濃度は、一般的に１０¹⁷〜１０²⁰ｃｍ^-3と非常に高い
ため、プロセス中の熱処理により、ｎ型チャネルトラン
ジスタで構成される電荷読み出し部７０５のチャネルの
下にｐ型不純物が拡散する。その結果、このトランジス
タのしきい値の増加やトランスコンダクタンスの低下が
起こるため、信号電荷の読み出し電圧が増加するという
問題が生じる。第４の実施形態の固体撮像装置によれ
ば、予めこのようなｐ型不純物の拡散を見越して、ｐ型
領域７１１を転送電極のエッジ７１５から離して構成し
ているため、このような問題が解決され、読み出し電圧
を低減することが可能となる。

【００９８】なお、第２の実施形態の固体撮像装置は、
第１の実施形態の固体撮像装置と同様に、電荷転送電極
が３層以上で構成されていても良い。

【００９９】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例１における固体
撮像装置の構成および製造方法を図１（ａ）〜（ｄ）を
用いて説明する。実施例１の固体撮像装置は、１つの光
電変換部５０６と１つの電荷転送部５０４からなる５×
５μｍの単位画素で構成されている。ｎ型基板５０１と
しては、リン濃度１０¹⁴ｃｍ^-3のシリコン基板が用いら
れ、その基板表面にはボロン濃度１０¹⁵ｃｍ^-3、表面か
らの深さ３μｍのｐ型ウェル５０２がイオン注入により
形成される。ｐ型ウェル５０２の表面領域には、ボロン
濃度１０¹⁸ｃｍ^-3、深さ０．３μｍのｐ型チャネルスト
ップ５０３、リン濃度１０ ¹⁷ｃｍ^-3、深さ０．５μｍの
ｎ型電荷転送部５０４、およびボロン濃度１０¹⁶ｃ
ｍ^-3、深さ０．５μｍのｐ型電荷読み出し部５０５がイ
オン注入により形成される（図１（ａ））。

【０１００】次に、基板表面にゲート絶縁膜５０８とし
て膜厚８０ｎｍのＯＮＯ膜が形成され、その上にゲート
電極膜５２２としてリンを導入することにより、シート
抵抗を３０Ω／□まで低抵抗化した膜厚４００ｎｍのポ
リシリコン膜が形成される。これを異方性エッチングガ
スＨＢｒによりプラズマエッチングして電荷転送電極５
０９が形成される。この電荷転送電極５０９の表面を熱
酸化することにより、膜厚２００ｎｍの層間絶縁膜５２
４が形成され、この層間絶縁膜５２４およびゲート絶縁
膜５０８を介してゲート電極膜５２２として膜厚３００
ｎｍのポリシリコン膜が形成される（図１（ｂ））。

【０１０１】次に、光電変換部上の領域５１８以外の領
域にフォトレジスト５０７ａが形成され、これをマスク
としてゲート電極膜５２２をプラズマエッチングするこ
とにより、光電変換部の開口が電荷転送電極５０９と一
部の領域が重なるように形成される。このエッチング
は、開口部のゲート電極膜を完全に除去するために、異
方性エッチングガスＨＢｒを用いて膜厚の２倍すなわち
６００ｎｍのポリシリコン膜がエッチング除去される条
件で行われる。この条件でのオーバーエッチング量は６
００−３００＝３００ｎｍとなり、この時、下地のゲー
ト絶縁膜５０８および電荷転送電極５０９上の層間絶縁
膜５２４は３０ｎｍエッチングされるが（図２
（ａ））、ゲート絶縁膜５０８の残膜は８０−３０＝５
０ｎｍと十分に確保されているため、基板表面はエッチ
ングによるダメージを受けない。

【０１０２】さらに、フォトレジスト５０７ａおよびゲ
ート電極膜５２２をマスクとしてリンを３００ｋｅＶの
高エネルギーでイオン注入することにより、リン濃度１
０¹⁷ｃｍ^-3、深さ１．５μｍの光電変換部５０６が転送
電極のエッジ５１５に対してセルフアラインで形成され
る。この時、リンは電荷転送電極５０９のフォトレジス
ト５０７ａが形成されていない領域を貫通して注入され
るが、この領域の下にはボロン濃度１０¹⁸ｃｍ^-3のチャ
ネルストップ５０３が形成されているため問題とならな
い。次に、フォトレジスト５０７ａを剥離してから、ゲ
ート電極膜５２２をマスクとしてボロンイオン注入が行
われ、ボロン濃度１０¹⁸ｃｍ^-3、深さ０．３μｍのｐ型
領域５１１が転送電極のエッジ５１５に対してセルフア
ラインで形成される（図１（ｂ））。

【０１０３】次に、光電変換部５０６上の領域５１８を
完全に覆うようにフォトレジスト５０７ｂが形成され、
これをマスクとして光電変換部５０６上の領域５１８と
電荷転送電極５０９上で重なりゲート電極膜５２２を行
方向に分割する領域５１９をプラズマエッチングするこ
とにより電極長２．５μｍの電荷転送電極５１０が完全
に形成される（図１（ｃ））。

【０１０４】このエッチングは、単位画素内だけでな
く、チップ周辺のゲート電極膜５２２もエッチングする
ため、表面の段差においてゲート電極膜５２２のエッチ
ング残りが発生しないように、等方性エッチングガスＳ
Ｆ₆を用いて膜厚の３倍すなわち９００ｎｍのポリシリ
コン膜がエッチング除去される条件で行われる。この条
件でのオーバーエッチング量は９００−３００＝６００
ｎｍとなり、この時、下地の層間絶縁膜５２４はさらに
６０ｎｍエッチングされるが、層間絶縁膜５２４の残膜
は２００−３０−６０＝１１０ｎｍと十分に確保されて
いる。

【０１０５】次に、フォトレジスト５０７ｂを剥離して
から、層間絶縁膜５１２として膜厚２００ｎｍのＣＶＤ
酸化膜が形成され、その上に遮光膜５１３として膜厚３
００ｎｍのタングステン膜が形成される。さらに、光電
変換部５０６上の一部の領域のタングステン膜をプラズ
マエッチング除去することにより、０．７（Ｈ）×２．
２（Ｖ）μｍの遮光膜開口５１４が形成される（図１
（ｄ））。

【０１０６】次に、図３を用いて、図１（ｄ）に示す渡
し部５２０における電荷転送電極５０９および電荷転送
電極５１０の合計の電極幅を説明する。電荷転送電極５
０９の最小設計寸法が０．５μｍ、マスクの目ズレが
０．２μｍ、電荷転送電極５０９の膜厚が３００ｎｍ、
層間絶縁膜の膜厚が２００ｎｍの時、渡し部５２０上の
電極間マージン５２６は０．５μｍ、重なりマージン５
２７は０．６μｍ、飛び出しマージン５３０は０．４μ
ｍを確保すれば良い。その結果、渡し部５２０の電極幅
は１．５μｍとなり、従来例３の電極幅２．７μｍより
も１．２μｍ狭く形成することができ、逆に光電変換部
５０６の縦幅は３．５μｍまで拡張することができる。

【０１０７】以上により、本発明の第１の実施形態によ
る固体撮像装置が実現される。

【０１０８】（実施例２）本発明の実施例２における固
体撮像装置の構成および製造方法を、図４（ａ）〜
（ｄ）を用いて説明する。実施例２の固体撮像装置は、
１つの光電変換部８０６と１つの電荷転送部８０４から
なる５×５μｍの単位画素で構成されており、層間絶縁
膜およびゲート絶縁膜８０８を介してゲート電極膜８２
２として膜厚３００ｎｍのポリシリコン膜が形成される
までの工程は、実施例１と同様である。

【０１０９】次に、光電変換部８０６上の領域８１８以
外の領域にフォトレジスト８０７ａが形成され（図４
（ａ））、これをマスクとしてをゲート電極膜８２２を
プラズマエッチングすることにより、光電変換部の開口
が電荷転送電極８０９と一部の領域が重なるように形成
される。このエッチングは、開口部のゲート電極膜を完
全に除去するとともに、転送電極のエッジ８１５をフォ
トレジストのエッジ８２３よりも０．２μｍ後退させる
ために、等方性エッチングガスＳＦ₆を用いて膜厚の２
倍すなわち６００ｎｍのポリシリコン膜がエッチング除
去される条件で行われる。この条件でのオーバーエッチ
ング量は６００−３００＝３００ｎｍとなり、この時、
下地のゲート絶縁膜８０８および電荷転送電極８０９上
の層間絶縁膜は３００Åエッチングされるが、ゲート絶
縁膜８０８の残膜は８０−３０＝５０ｎｍと十分に確保
されているため、基板表面はダメージを受けない。

【０１１０】さらに、フォトレジスト８０７ａおよびゲ
ート電極膜８２２をマスクとしてリンを３００ｋｅＶの
高エネルギーでイオン注入することにより、リン濃度１
０¹⁷ｃｍ^-3、深さ１．５μｍの深いｎ型領域８０６ａが
フォトレジストのエッジ８２３に対してセルフアライン
で形成される。この時、リンは電荷転送電極８０９のフ
ォトレジスト８０７ａが形成されていない領域を貫通し
て注入されるが、この領域の下にはボロン濃度１０¹⁸ｃ
ｍ^-3のチャネルストップ８０３が形成されているため問
題とならない（図４（ａ））。次に、フォトレジスト８
０７ａを剥離してから、ゲート電極膜８２２をマスクと
してリンイオン注入により、リン濃度１０¹⁷ｃｍ^-3、深
さ０．５μｍの浅いｎ型領域８０６ｂが、次いでボロン
イオン注入により、ボロン濃度１０¹⁸ｃｍ^-3、深さ０．
３μｍのｐ型領域８１１が転送電極のエッジ８１５に対
してセルフアラインで形成される（図４（ｂ））。

【０１１１】次に、光電変換部８０６上の領域８１８を
完全に覆うようにフォトレジスト８０７ｂが形成され、
これをマスクとして光電変換部８０６上の領域８１８と
電荷転送電極８０９上で重なりゲート電極膜８２２を行
方向に分割する領域８１９をプラズマエッチングするこ
とにより電極長２．５μｍの電荷転送電極８１０が完全
に形成される（図４（ｃ））。このエッチングは、単位
画素内だけでなく、チップ周辺のゲート電極膜８２２も
エッチングするため、表面の段差においてゲート電極膜
８２２のエッチング残りが発生しないように、等方性エ
ッチングガスＳＦ₆を用いて膜厚の３倍すなわち９００
ｎｍのポリシリコン膜がエッチング除去される条件で行
われる。この条件でのオーバーエッチング量は９００−
３００＝６００ｎｍとなり、この時、下地の層間絶縁膜
８０８はさらに６０ｎｍエッチングされるが、層間絶縁
膜８０８の残膜は２００−３０−６０＝１１０ｎｍと十
分に確保されている。

【０１１２】次に、フォトレジスト８０７ｂを剥離して
から、層間絶縁膜８１２として膜厚２００ｎｍのＣＶＤ
酸化膜が形成され、その上に遮光膜８１３として膜厚３
００ｎｍのタングステン膜が形成される。さらに、光電
変換部８０６上の一部の領域のタングステン膜をプラズ
マエッチング除去することにより、０．７（Ｈ）×２．
２（Ｖ）μｍの遮光膜開口８１４が形成される（図４
（ｄ））。

【０１１３】また、渡し部８２０における電極幅は、実
施例１の固体撮像装置と同様に１．５μｍまで縮小する
ことが可能であり、逆に光電変換部８０６の縦幅は３．
５μｍまで拡張することができる。

【０１１４】以上により、本発明の第２実施例による固
体撮像装置が実現される。

【０１１５】（実施例３）次に、本発明の実施例３にお
ける固体撮像装置の構成および製造方法を図６を用いて
説明する。実施例３の固体撮像装置は、１つの光電変換
部６０６と１つの電荷転送部６０４からなる５×５μｍ
の単位画素で構成されており、ｐ型領域６１１の構造お
よび形成方法を除けば、実施例１の固体撮像装置と同様
である。

【０１１６】以下、光電変換部６０６のｐ型領域６１１
の構造および形成方法について説明する。ｐ型領域６１
１のｐ型不純物は、プロセス中の熱処理により０．３μ
ｍ程度拡散するため、ｐ型領域６１１は転送電極のエッ
ジ６１５に対して０．３μｍ程度オフセットを付けて形
成されることが望ましい。そのため、膜厚１μｍのフォ
トレジスト６０７ａおよび膜厚０．３μｍのゲート電極
膜６２２をマスクとして、ボロンイオンを垂直方向から
光電変換部側に１３度傾けて注入することにより、ボロ
ン濃度１０¹⁸ｃｍ^-3、深さ０．３μｍのｐ型領域６１１
が転送電極のエッジ６１５に対して０．３μｍ離れて形
成される（図６（ａ））。

【０１１７】または、ボロンイオンを垂直方向から光電
変換部側に４５度傾けて注入することにより、ボロン濃
度１０¹⁸ｃｍ^-3、深さ０．３μｍのｐ型領域６１１が転
送電極のエッジ６１５に対して０．３μｍ離れて形成さ
れる（図６（ａ’））。

【０１１８】以上の要領で、ｐ型領域６１１を形成する
ことにより、本発明の第３実施例による固体撮像装置が
実現される。

【０１１９】（実施例４）次に、本発明の実施例４にお
ける固体撮像装置の構成および製造方法を図８を用いて
説明する。実施例４の固体撮像装置は、１つの光電変換
部７０６と１つの電荷転送部７０４からなる５×５μｍ
の単位画素で構成されており、ｐ型領域７１１の構造お
よび形成方法を除けば、実施例２の固体撮像装置と同様
である。

【０１２０】以下、ｐ型領域７１１の構造および形成方
法について説明する。ｐ型領域７１１のｐ型不純物は、
プロセス中の熱処理により０．３μｍ程度拡散するた
め、ｐ型領域７１１は転送電極のエッジ７１５に対して
０．３μｍ程度オフセットを付けて形成されることが望
ましい。そのため、フォトレジスト７０７ａを剥離して
から、膜厚０．３μｍのゲート電極膜７２２をマスクと
して、ボロンイオンを垂直方向から光電変換部側に４５
度傾けて注入することにより、ボロン濃度１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、深さ０．３μｍのｐ型領域７１１が転送電極のエ
ッジ７１５に対して０．３μｍ離れて形成される。

【０１２１】以上の要領で、ｐ型領域７１１を形成する
ことにより、本発明の第４実施例による固体撮像装置が
実現される。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果を奏することができる。

【０１２３】第１に、読み出し電極を兼ねる電荷転送電
極は、光電変換部上の領域とゲート電極膜を行方向に分
割する領域が、互いに電荷転送電極上で重なるようにエ
ッチング除去されるという基本構成および基本製造方法
に基づき、エッチングによる基板表面のダメージが抑え
られ、少ない暗電流と白キズを実現するできるだけでな
く、光電変換部の領域および遮光膜開口を広げることが
できるため、広ダイナミックレンジ、高感度、および低
スミアを実現した固体撮像装置が提供される。

【０１２４】第２に、光電変換部が、読み出し電極を兼
ねる電荷転送電極に対してセルフアラインとなるように
構成されるという基本構成および基本製造方法に基づ
き、光電変換部を形成する際の電荷転送電極に対する目
ズレが無くなり、安定した読み出し電圧を実現した固体
撮像装置が提供される。

【０１２５】第３に、光電変換部が、浅いｎ型領域とそ
れよりも領域が狭く深いｎ型領域で構成され、浅いｎ型
領域が、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極に対してセ
ルフアラインとなるように形成されるという基本構成お
よび基本製造方法に基づき、光電変換部を形成する際、
電荷転送電極の読み出し部のエッジが、オーバーエッチ
ングやエッチングのバラツキによってフォトレジストの
エッジに対して後退したとしても、必ず転送電極のエッ
ジと光電変換部を揃えることができるため、さらに安定
した読み出し電圧を実現した固体撮像装置が提供され
る。

【０１２６】第４に、光電変換部の表面で発生する暗電
流を抑制するために形成されるｐ型領域が、読み出し電
極を兼ねる電荷転送電極の読み出し部のエッジに対して
距離をおいて形成されるという基本構成および基本製造
方法に基づき、プロセス中の熱処理によって、ｐ型領域
のｐ型不純物が、電荷読み出し部のチャネル下まで横方
向拡散することが無くなるため、読み出し電圧の低減を
実現した固体撮像装置が提供される。

【０１２７】第５に、光電変換部とｐ型領域が同一のフ
ォトレジスト工程で形成されるという基本製造方法に基
づき、従来の固体撮像装置に比べてフォトレジスト工程
が１回削減できるため、短い製造期間と低い製造コスト
を実現した固体撮像装置が提供される。

【０１２８】第６に、光電変換部が、フォトレジストを
マスクとしてイオン注入することにより形成されるとい
う基本製造方法に基づき、光電変換部を形成する際に２
００ｋｅＶ以上の高エネルギーイオン注入を行うことに
より、熱押し込み拡散を行わずとも光電変換部を深く形
成することができるため、光電変換部の感度の向上と特
性バラツキの抑制を実現した固体撮像装置が提供され
る。

【０１２９】なお、本発明は上記各実施例に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適
宜変更され得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の構造
を説明する模式図であり、左側の図は固体撮像装置の平
面構造、右側の図は電荷読み出し部５０５のＥ−Ｅ'断
面構造である。

【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の製造
方法におけるエッチングの様子を説明する模式図であ
り、光電変換部５０６のＦ−Ｆ'断面構造である。

【図３】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置におけ
る渡し部５２０の断面構造である。

【図４】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の製造
方法を説明する模式図であり、左側の図は固体撮像装置
の平面構造、右側の図は電荷読み出し部８０５のＨ−
Ｈ'断面構造である。

【図５】本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の構造
を説明する電荷読み出し部６０５の断面構造である。

【図６】本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の製造
方法を説明する電荷読み出し部６０５の断面構造であ
る。（ａ）本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置の
製造方法を示す説明図、（ａ’）本発明の第３の実施の
形態の固体撮像装置の別の製造方法を示す説明図であ
る。

【図７】本発明の第４の実施形態の固体撮像装置の構造
を説明する電荷読み出し部７０５の断面構造である。

【図８】本発明の第４の実施形態の固体撮像装置の製造
方法を説明する電荷読み出し部７０５の断面構造であ
る。

【図９】従来例１の固体撮像装置の構造および製造方法
を説明する模式図であり、左側の図は固体撮像装置の平
面構造、右側の図は電荷読み出し部１０５のＡ−Ａ'断
面構造である。

【図１０】従来例２の固体撮像装置の構造および製造方
法を説明する模式図であり、左側の図は固体撮像装置の
平面構造、右側の図は電荷読み出し部２０５のＢ−Ｂ'
断面構造である。

【図１１】従来例２の固体撮像装置の問題点を説明する
模式図であり、電荷読み出し部２０５のＢ−Ｂ'断面構
造である。

【図１２】出願中の従来例３の固体撮像装置の構造およ
び製造方法を説明する模式図であり、左側の図は固体撮
像装置の平面構造、右側の図は電荷読み出し部３０５の
Ｃ−Ｃ'断面構造である。

【図１３】出願中の従来例３の固体撮像装置の製造方法
におけるエッチングの様子を説明する模式図であり、光
電変換部３０６のＧ−Ｇ'断面構造である。

【図１４】出願中の従来例３の固体撮像装置の問題点を
説明する模式図であり、渡し部３２０の断面構造であ
る。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、５０１、６０１、７０１、８
０１ｎ型基板１０２、２０２、３０２、５０２、６０２、７０２、８
０２ｐ型ウェル１０３、２０３、３０３、５０３、６０３、７０３、８
０３チャネルストップ１０４、２０４、３０４、５０４、６０４、７０４、８
０４電荷転送部１０５、２０５、３０５、５０５、６０５、７０５、８
０５電荷読み出し部１０６、２０６、３０６、５０６、６０６、７０６、８
０６光電変換部１０７、２０７ａ、３０７ａ、５０７ａ、６０７ａ、７
０７ａ、８０７ａフォトレジスト２０７ｂ、３０７ｂ、５０７ｂ、６０７ｂ、７０７ｂ、
８０７ｂフォトレジスト１０８、２０８、３０８、５０８、６０８、７０８、８
０８ゲート絶縁膜１０９、２０９、３０９、５０９、６０９、７０９、８
０９電荷転送電極１１０、２１０、３１０、５１０、６１０、７１０、８
１０電荷転送電極１１１、２１１、３１１、５１１、６１１、７１１、８
１１ｐ型領域１１２、２１２、３１２、５１２、６１２、７１２、８
１２層間絶縁膜１１３、２１３、３１３、５１３、６１３、７１３、８
１３遮光膜１１４、２１４、３１４、５１４、６１４、７１４、８
１４遮光膜開口１１５、２１５、３１５、５１５、６１５、７１５、８
１５転送電極のエッジ２１６、３１６、５１６、６１６、７１６、８１６光
電変換部上の一領域２１７エ
ッチングによるダメージ３１８、５１８、６１８、７１８、８１８光電変換部
上の領域３１９、５１９、６１９、７１９、８１９行方向に分
割する領域３２０、５２０８２０渡し部２２２、３２２、５２２、６２２、７２２、８２２ゲ
ート電極膜８２３フォトレジストのエッジ３２４、５２４層間絶縁膜５２５光電変換部上の領域と行方向に分割する領域の
重なる領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型半導体層の表面領域に形成さ
れ第２導電型半導体領域を有する光電変換部と、前記第
１導電型半導体層の表面領域に前記光電変換部の隙間に
形成され、前記光電変換部で発生した信号電荷を受け転
送する第２導電型の電荷転送部と、前記光電変換部で発
生した信号電荷を前記電荷転送部に読み出す電荷読み出
し部と、前記電荷読み出し部および前記電荷転送部の上
に、ゲート絶縁膜を介して形成された電荷転送電極とを
有する固体撮像装置において、前記電荷転送電極のうち前記光電変換部で発生した信号
電荷を前記電荷転送部に読み出す読み出し電極を兼ねる
電荷転送電極は、前記光電変換部上の除去された領域と
前記電荷転送電極を分割するために除去された領域が前
記電荷転送電極上で重なるように構成されていることを
特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記光電変換部は、前記読み出し電極を
兼ねる電荷転送電極に対してセルフアラインとなるよう
に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固
体撮像装置。
【請求項３】前記光電変換部は、浅い第２導電型半導
体領域と深い第２導電型半導体領域とで構成され、前記
深い第２導電型半導体領域は前記浅い第２導電型半導体
領域よりも領域が狭くなるように構成されていることを
特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】第１導電型半導体薄領域が、前記光電変
換部上に形成されることを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記第１導電型半導体薄領域は、前記読
み出し電極を兼ねる電荷転送電極の前記電荷読み出し部
上の電極端から離れて構成されることを特徴とする請求
項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】第１導電型半導体層の表面上にゲート絶
縁膜を介して導電性電極材料膜を形成する工程と、前記
導電性電極材料膜上に第１のマスク材を形成する工程
と、光電変換部を形成する領域上の第１のマスク材を除
去する工程と、前記第１のマスク材をマスクとして前記
導電性電極材料膜を除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部上および前記導電性電極材料膜上に第２のマ
スク材を形成する工程と、前記開口部と前記電荷転送電
極上で重なり前記導電性電極材料膜を分割する領域の第
２のマスク材を除去する工程と、前記第２のマスク材を
マスクとして前記導電性電極材料膜を除去する工程とを
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７】前記第１のマスク材をマスクとして第２
導電型不純物をイオン注入する工程とを有する請求項６
に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】前記第１のマスク材を全面除去する工程
と、前記開口部にセルフアラインで第２導電型不純物を
イオン注入する工程とを有する請求項７に記載の固体撮
像装置の製造方法。
【請求項９】前記第１のマスク材を全面除去する前ま
たは後に前記開口部にセルフアラインで第１導電型不純
物をイオン注入する工程とを有する請求項６から請求項
８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】前記の第１導電型不純物のイオン注入
を角度をつけて行うことにより、前記第１導電型半導体
薄領域を前記読み出し電極を兼ねる電荷転送電極の前記
電荷読み出し部上の電極端から離れてセルフアラインで
形成する工程とをさらに有する請求項９に記載の固体撮
像装置の製造方法。
【請求項１１】請求項６乃至１０のいずれか１項に記
載の固体撮像装置の製造方法において、前記固体撮像装
置はインターライン転送型の固体撮像装置であることを
特徴とする固体撮像装置の製造方法。