JP2004349359A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電荷転送電極間を分離する領域と光電変換部上の開口領域との位置ずれを解消して、電極抵抗の上昇を抑制するとともに、電極間の短絡を防いで、安定した電荷転送特性を実現する。
【解決手段】複数の光電変換部１１１と、光電変換部１１１に隣接して形成された垂直電荷転送部１０２と、電荷読み出し部１０３とがＰ型半導体基板１０１に形成され、電荷読み出し部１０３、垂直電荷転送部１０２上にゲート絶縁膜１２１を介して電荷転送電極１２５が形成された固体撮像装置１であって、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと、光電変換部１１１上の電極材料膜１２２に開口された開口領域１２４と、開口領域１２４間を接続するもので電極材料膜１２２を行方向に分割する第２領域１２３Ｓとを同時に形成することで電荷転送電極１２５が形成されているものである。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の光電変換部１１１と、光電変換部１１１に隣接して形成された垂直電荷転送部１０２と、電荷読み出し部１０３とがＰ型半導体基板１０１に形成され、電荷読み出し部１０３、垂直電荷転送部１０２上にゲート絶縁膜１２１を介して電荷転送電極１２５が形成された固体撮像装置１であって、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと、光電変換部１１１上の電極材料膜１２２に開口された開口領域１２４と、開口領域１２４間を接続するもので電極材料膜１２２を行方向に分割する第２領域１２３Ｓとを同時に形成することで電荷転送電極１２５が形成されているものである。
【選択図】 図１
Description
【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し、特に単層の電極材料膜で電荷転送電極が形成され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】
固体撮像装置として、単層の電極材料膜を加工することで形成される電荷転送電極を備えたものがある。この従来の固体撮像装置における電荷転送電極を形成する工程順を、図６の製造工程断面図および図７の平面図によって説明する。なお、図６（ｂ）〜（ｄ）の各左図はそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）中のＥ−Ｅ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図６（ｂ）〜（ｄ）の各右図はそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）中のＦ−Ｆ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、Ｐ型半導体基板５０１に、垂直電荷転送部５０２を形成した後、垂直電荷転送部５０２の一方側に電荷読み出し部５０３を形成するとともに垂直電荷転送部５０２の他方側にチャンネルストップ領域５０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板５０１上にゲート絶縁膜５２１を介して、電極材料膜５２２を形成する。
【０００４】
次いで、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜５２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ５２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ５２３は、チップ全面にわたり電極材料膜５２２を行方向に分離する長いギャップ５２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部５０２上を横切るように位置する短いギャップ５２３Ｓよりなる。
【０００５】
次に、図６（ｃ）および図７（ｂ）に示すように、上記電極材料膜５２２上に上記電荷転送電極間ギャップ５２３を埋め込むように絶縁膜５２４を形成する。
【０００６】
次いで、図６（ｄ）および図７（ｃ）に示すように、上記絶縁膜５２４および上記電極材料膜５２２の光電変換部となる領域上に開口領域５２５を形成する。これにより、上記電荷転送電極間ギャップ５２３および開口領域５２５により垂直転送方向に分離された上記電極材料膜５２２からなる電荷転送電極５２６が形成される。
【０００７】
次に、図６（ｅ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６をマスクにしたイオン注入により、開口領域５２５内のＰ型半導体基板５０１に、例えばリンをドーピングして光電変換部５１１のＮ型不純物領域５１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域５１１Ｎは、開口領域５２５に対して自己整合的に形成されることになる。
【０００８】
さらに、図６（ｆ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６をマスクにした斜めイオン注入により、開口領域５２５内のＰ型半導体基板５０１に、例えばホウ素をドーピングして、Ｎ型不純物領域５１１Ｎの上層に、光電変換部５１１のＰ型不純物領域５１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域５１１Ｐは、開口領域５２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【０００９】
次いで、図６（ｇ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６等を被覆するようにＰ型半導体基板５０１上に層間絶縁膜５３１を形成する。
【００１０】
その後、図６（ｈ）に示すように、光電変換部５１１上に開口部５３２を有する金属遮光膜５３３を形成する。このようにして、従来例の固体撮像装置が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２９９５９７号公報（第４−６頁、図４−８）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像装置では、単層の電極材料膜に電極間ギャップと光電変換部上の開口領域を別工程で形成するため、両者の位置あわせズレが生じ易く、以下のような問題が発生する。
【００１３】
図８に示すように、光電変換部の形成予定領域上に形成される開口領域５２５が水平転送方向（矢印ア方向）に位置ずれを生じた場合には、開口領域５２５が電荷転送電極間ギャップ５２３Ｓの一方に接続されなくなるため、電荷転送電極５２６の分離が不完全となり、垂直転送方向に隣りあう電荷転送電極５２６（５２６ａ、５２６ｂ）が短絡することになる。このため、それぞれに独立した駆動パルスが印加できないため電荷転送ができなくなるという問題が発生する。また、図９に示すように、光電変換部の形成予定領域上に形成される開口領域５２５が垂直転送方向（矢印イ方向）に位置ずれを生じた場合には、開口領域５２５が一方の電荷転送電極間ギャップ５２３Ｌに近づき、電荷転送電極５２６に細り部５２６ｎが生じる。このため、細り部５２６ｎの電気抵抗が高くなるので、転送パルスの波形鈍りを生じ、電荷転送効率が劣化するという問題が生じる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた固体撮像装置およびその製造方法である。
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、第１導電型半導体層に複数個形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送するもので前記第１導電型半導体層に前記光電変換部に隣接して形成された第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もので前記第１導電型半導体層に形成された電荷読み出し部と、単層の電極材料膜を加工してなるもので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含む固体撮像装置であって、前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜に開口された開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで前記電荷転送電極が形成されているものである。
【００１６】
上記固体撮像装置では、電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、光電変換部上の電極材料膜に開口された開口領域と、開口領域に接続するもので電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで電荷転送電極が形成されているので、従来技術のような電荷転送電極間ギャップと光電変換部上に形成される開口領域とが位置ずれを起こすことがないので、電荷転送電極間の短絡、電荷転送電極の細り等を生じることはない。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置となっている。
【００１７】
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領域内に複数個形成された光電変換部と、前記第１導電型半導体層の表面領域内に前記光電変換部に隣接して形成されかつ前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送する第２導電型の電荷転送部と、前記第１導電型半導体層の表面領域に形成されかつ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単層の電極材料膜を加工して形成された電荷転送電極とを含む固体撮像装置の製造方法であって、前記第１導電型半導体層の表面上に前記ゲート絶縁膜を介して前記電極材料膜を形成する工程と、前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜を開口する開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時にエッチング形成して前記電荷転送電極を形成する工程と、前記第１領域と前記開口領域と前記第２領域とを絶縁膜で埋め込み平坦化する工程とを備えた製造方法である。
【００１８】
上記固体撮像装置の製造方法では、電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、光電変換部上の電極材料膜を開口する開口領域と、開口領域間を接続するもので電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時にエッチング形成して電荷転送電極を形成することから、第１、第２領域と光電変換部上に形成される開口領域とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極間の短絡、電荷転送電荷の細り等を生じることなく、電荷転送電極が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置が製造される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を、図１および図２の製造工程断面図（一部平面図も含む）によって説明する。なお、図１（ｂ）、（ｃ）および図２（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図１（ｂ）、（ｃ）および図２（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、第１導電型（ここではＰ型とする）半導体層、例えばＰ型半導体基板１０１に、垂直電荷転送部１０２および光電変換部１１１の第２導電型（ここではＮ型とする）不純物領域１１１Ｎを形成した後、垂直電荷転送部１０２の一方側に、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２へ信号電荷を読み出すための電荷読み出し部１０３を形成するとともに、垂直電荷転送部１０２の他方側に、画素間を分離するチャンネルストップ領域１０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板１０１上にゲート絶縁膜１２１を介して、電極材料膜１２２を形成する。上記ゲート絶縁膜１２１は、例えば酸化シリコン膜で形成される。もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成することもできる。上記電極材料膜１２２は、例えばリンドープトポリシリコンで形成することができる。この膜厚は、例えば２００ｎｍとした。
【００２１】
次いで、図１（ｂ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜１２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ１２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ１２３は、チップ全面にわたり電極材料膜１２１を行方向に分離する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部１０２上を横切るように位置する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとで形成される。同時に、光電変換部１１１上の上記電極材料膜１２３に、上記第２領域１２３Ｓと連通する開口領域１２４を形成する。これにより、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓ）と、開口領域１２４とにより分離された電荷転送電極１２５が形成される。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上記電極材料膜１２２上に上記電荷転送電極間ギャップ１２３および開口領域１２４を埋め込むように絶縁膜１２６を形成する。この絶縁膜１２６は、例えば、高温酸化シリコン（ＨＴＯ）膜、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜等を用いることができる。また、熱によるリフロー性を有する絶縁膜を用いて表面を平坦化してもよい。また、塗布系絶縁膜を用いて表面が平坦な膜を形成してもよい。また、絶縁膜を厚く形成し、エッチバック法、あるいは、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化してもよい。
【００２３】
次いで、図２（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記絶縁膜１２６の光電変換部となる領域上に開口部１２７を形成する。このとき、耐圧が確保される厚さ以上に電荷転送電極１２５側壁に絶縁膜１２６を残すようにする。
【００２４】
なお、上記開口部１２７は、電荷転送電極１２５の側壁を露出させるように大きめに形成し、その後、電荷転送電極１２５の側壁の耐圧が確保されるように、少なくとも電荷転送電極１２５の露出部分を被覆する絶縁膜（図示せず）を形成してもよい。このように形成することによって、開口部１２７の位置合わせが容易になる。この絶縁膜には、例えば酸化シリコン膜を用いることができ、その膜厚は例えば２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍとするとよい。なお、この絶縁膜の膜厚が厚くなりすぎると、光電変換部１１１の上に後に形成される遮光膜の開口面積が小さくなり、固体撮像装置の感度低下になる。一方、薄くなりすぎると、後に形成される遮光膜と電荷転送電極１２５との耐圧が確保できなくなる。したがって、上記膜厚とすることが好ましい。
【００２５】
さらに、図２（ｅ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして、上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００２６】
その後、図２（ｆ）に示すように、上記絶縁膜１２６上、Ｐ型半導体基板１０１上等を被覆するように全面に遮光膜１３１を形成した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、光電変換部１１１上の遮光膜１３１に開口部１３２を形成する。この遮光膜１３１は光を透過しない厚さの金属材料で形成される。金属材料には、例えばタングステンが用いられる。このようにして、本発明の固体撮像装置１が形成される。
【００２７】
上記固体撮像装置１の製造方法では、電極材料膜１２２を行方向に分割する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４および電極材料膜１２２を行方向に分割する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとを同時にエッチング除去して、電極材料膜１２２からなる電荷転送電極１２５を形成することから、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌ，第２領域１２３Ｓ）と光電変換部１１１上に形成される開口領域１２４とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、電荷転送電極１２５の細り等を生じることないので、局所的な抵抗上昇を生ずることなく、電荷転送電極１２５が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１が製造される。また、電荷転送電極１２５の側壁部に絶縁膜１２６を残すように開口部１２４を形成することによって、金属遮光膜１３１下部に電荷転送電極１２５との絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜を被着する必要が無くなり、また金属遮光膜１３１とＰ型シリコン基板１０１間の距離を近くできるので、金属遮光膜１３１下への光の漏れこみによるスミア特性の低下も抑制できる。
【００２８】
また、上記製造方法により形成された固体撮像装置１は、以下のような構成を有する。
【００２９】
すなわち、第１導電型（Ｐ型）半導体基板１０１には、複数個の光電変換部１１１が形成され、光電変換部１１１で発生した信号電荷を受けて転送するもので光電変換部１１１に隣接して第２導電型（Ｎ型）の垂直電荷転送部１０２が形成され、光電変換部１１０で発生した信号電荷を垂直電荷転送部１０２に読み出す電荷読み出し部１０３が形成されている。さらに、単層の電極材料膜１２２を加工してなるもので電荷読み出し部１０３および垂直電荷転送部１０２の上にゲート絶縁膜１２１を介して電荷転送電極１２５が形成されている。このような固体撮像装置１であって、電荷転送電極１２５は、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４と電極材料膜１２２を行方向に分割しかつ開口領域１２４を行方向に連通する第２領域１２３Ｓとが同時に形成されたものからなる。また、第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓとに絶縁膜１２６が埋め込まれて平坦化されていて、光電変換部１１１上の絶縁膜１２６に開口部１２７が形成されているものである。
【００３０】
上記固体撮像装置１では、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４と電極材料膜１２２を行方向に分割しかつ開口領域１２４を行方向に連通する第２領域１２３Ｓとが同時に形成された電荷転送電極１２５が備えられているので、第１領域１２３Ｌと開口領域１２４と、および第２領域１２３Ｓと開口領域１２４とが位置ずれを起こすことがない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、具体的には垂直転送方向における短絡を生じることがなくなり、また光電変換部１１１間における電極転送電極１２５の細り等を生じることはない。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１となる。
【００３１】
次に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を、図３および図４の製造工程断面図（一部平面図も含む）によって説明する。なお、図３（ｂ）、（ｃ）および図４（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図３（ｂ）、（ｃ）および図４（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、第１導電型（ここではＰ型とする）半導体層、例えばＰ型半導体基板１０１に、垂直電荷転送部１０２を形成した後、垂直電荷転送部１０２の一方側に、後に形成される光電変換部から垂直電荷転送部１０２へ信号電荷を読み出すための電荷読み出し部１０３を形成するとともに、垂直電荷転送部１０２の他方側に、画素間を分離するチャンネルストップ領域１０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板１０１上にゲート絶縁膜１２１を介して、電極材料膜１２２を形成する。上記ゲート絶縁膜１２１は、例えば酸化シリコン膜で形成される。もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成することもできる。上記電極材料膜１２２は、例えばリンドープトポリシリコンで形成することができる。この膜厚は、例えば２００ｎｍとした。
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜１２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ１２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ１２３は、チップ全面にわたり電極材料膜１２１を行方向に分離する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部１０２上を横切るように位置する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとで形成される。同時に、光電変換部の形成予定領域１１６上の上記電極材料膜１２３に、上記第２領域１２３Ｓと行方向に連通する開口領域１２４を形成する。これにより、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓ）と、開口領域１２４とにより分離された電荷転送電極１２５が形成される。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、上記電極材料膜１２２上に上記電荷転送電極間ギャップ１２３および開口領域１２４を埋め込むように絶縁膜１２６を形成する。この絶縁膜１２６は、例えば、高温酸化シリコン（ＨＴＯ）膜、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜等を用いることができる。また、熱によるリフロー性を有する絶縁膜を用いて表面を平坦化してもよい。また、塗布系絶縁膜を用いて表面が平坦な膜を形成してもよい。また、絶縁膜を厚く形成し、エッチバック法、あるいは、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化してもよい。
【００３５】
次いで、図４（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記絶縁膜１２６の光電変換部となる領域上に開口部１２７を形成する。
【００３６】
なお、上記開口部１２７は、電荷転送電極１２５の側壁を露出させるように大きめに形成し、その後、電荷転送電極１２５の側壁の耐圧が確保されるように、少なくとも電荷転送電極１２５の露出部分を被覆する絶縁膜（図示せず）を形成してもよい。このように形成することによって、開口部１２７の位置合わせが容易になる。この絶縁膜には、例えば酸化シリコン膜を用いることができ、その膜厚は例えば２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍとするとよい。なお、この絶縁膜の膜厚が厚くなりすぎると、その後形成される光電変換部の面積が小さくなり、固体撮像装置の感度低下になる。一方、薄くなりすぎると、後に形成される遮光膜と電荷転送電極１２５との耐圧が確保できなくなる。したがって、上記膜厚とすることが好ましい。
【００３７】
次いで、図４（ｅ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにしたイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばリン、ヒ素等のＮ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域１１１Ｎは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００３８】
さらに、図４（ｆ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして、上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００３９】
その後、図４（ｇ）に示すように、上記絶縁膜１２６上、Ｐ型半導体基板１０１上等を被覆するように全面に遮光膜１３１を形成した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、光電変換部１１１上の遮光膜１３１に開口部１３２を形成する。この遮光膜１３１は光を透過しない厚さの金属材料で形成される。金属材料には、例えばタングステンが用いられる。このようにして、本発明の固体撮像装置３が形成される。
【００４０】
上記固体撮像装置３の製造方法では、電極材料膜１２２を行方向に分割する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、光電変換部の形成予定領域１１６上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４および電極材料膜１２２を行方向に分割する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとを同時にエッチング除去して、電極材料膜１２２からなる電荷転送電極１２５を形成することから、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌ，第２領域１２３Ｓ）と光電変換部１１１上に形成される開口領域１２４とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、電荷転送電極１２５の細り等を生じることないので、局所的な抵抗上昇を生ずることなく、電荷転送電極１２５が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１が製造される。また、電荷転送電極１２５の側壁部に絶縁膜１２６を残すように開口部１２４を形成することによって、金属遮光膜１３１下部に電荷転送電極１２５との絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜を被着する必要が無くなり、また金属遮光膜１３１とＰ型シリコン基板１０１間の距離を近くできるので、金属遮光膜１３１下への光の漏れこみによるスミア特性の低下も抑制できる。さらに、光電変換部１１１を構成するＮ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとを絶縁膜１２６の開口部１２７に対して自己整合に形成するので、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への信号電荷読出し電圧を安定させることができる。
【００４１】
本発明の固体撮像装置３は、上記第２実施の形態で説明したような製造工程を経て形成されたものであってもよい。この構成の固体撮像装置３であっても、前記固体撮像装置１と同様なる作用・効果が得られる。
【００４２】
次に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第３実施の形態を、図５の製造工程断面図によって説明する。
【００４３】
第３実施の形態の固体撮像装置５は、前記第２実施の形態の固体撮像装置３において、光電変換部１１１の形成方法が異なるものである。
【００４４】
前記図４（ｄ）までの工程は、前記第２実施の形態と同様である。前記図４（ｄ）までの工程を終了した後、図５（ａ）に示すように、絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばリン、ヒ素等のＮ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域１１１Ｎは、一方の電荷転送電極１２５側によった状態に、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００４５】
さらに、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにしたイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００４６】
その後、前記図４（ｇ）によって説明した工程を行えばよい。
【００４７】
上記第１〜第３実施の形態においては、Ｎ型不純物領域１１１ＮおよびＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する再に、いずれか一方は斜めイオン注入により形成していることから、光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎに対してＰ型不純物領域１１１Ｐがずれた状態に形成される。すなわち、Ｎ型不純物領域１１１Ｎ表面にＰ型不純物領域１１１Ｐが形成されない領域が形成される。言い換えれば、Ｐ型不純物領域１１１Ｐ表面と同一表面上にＮ型不純物領域１１１Ｎが露出した部分が形成されることになる。通常、固体撮像装置において、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への電荷読み出し特性は、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの表面でＰ型不純物が注入されていない領域の露出量に大きく依存している。上記各実施の形態では、斜めイオン注入の入射角度を調整することにより、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの露出量を調整することができる。この露出量が同等であれば、第１、第２もしくは第３実施の形態のような製造工程を経ても、電荷読み出し特性はほとんど同程度にできる。
【００４８】
もし、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの表面を完全にＰ型不純物領域１１１Ｐで覆った状態に光電変換部１１１を形成した場合には、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への電荷読み出し電圧は非常に高くなる。このため、電荷読み出し電圧を所望の値にするためには、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとの相対位置の制御が重要になる。このため、上記各実施の形態で説明したように、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとを形成する際、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとをずらして形成することにより、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの電荷読み出し部１０３側の表面が露出するようにしている。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の固体撮像装置およびその製造方法によれば、単層の電極材料膜を加工することで電荷転送電極が形成される固体撮像装置において、電極材料膜を行方向に分割する第１領域、光電変換部上の開口領域と開口領域を連通し電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで電荷転送電極が形成されているため、第１領域と開口領域との位置ずれによる電極抵抗の上昇、第２領域と開口領域との位置ずれによる電極間の短絡が生じないため、安定した電荷転送特性を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図１（ｂ）、（ｃ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図１（ｂ）、（ｃ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図２】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図２（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図２（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図３】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図３（ｂ）、（ｃ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図３（ｂ）、（ｃ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図４】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図４（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図４（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図５】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第３実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図６】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る製造工程断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る平面図である。
【図８】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る課題を説明する平面図である。
【図９】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る課題を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０１…Ｐ型半導体基板、１１１…光電変換部、１０２…垂直電荷転送部、１０３…電荷読み出し部、１２１…ゲート絶縁膜、１２５…電荷転送電極、１…固体撮像装置、１２２…電極材料膜、１２３Ｌ…第１領域、１２４…開口領域、１２３Ｓ…第２領域
【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し、特に単層の電極材料膜で電荷転送電極が形成され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】
固体撮像装置として、単層の電極材料膜を加工することで形成される電荷転送電極を備えたものがある。この従来の固体撮像装置における電荷転送電極を形成する工程順を、図６の製造工程断面図および図７の平面図によって説明する。なお、図６（ｂ）〜（ｄ）の各左図はそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）中のＥ−Ｅ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図６（ｂ）〜（ｄ）の各右図はそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）中のＦ−Ｆ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、Ｐ型半導体基板５０１に、垂直電荷転送部５０２を形成した後、垂直電荷転送部５０２の一方側に電荷読み出し部５０３を形成するとともに垂直電荷転送部５０２の他方側にチャンネルストップ領域５０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板５０１上にゲート絶縁膜５２１を介して、電極材料膜５２２を形成する。
【０００４】
次いで、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜５２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ５２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ５２３は、チップ全面にわたり電極材料膜５２２を行方向に分離する長いギャップ５２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部５０２上を横切るように位置する短いギャップ５２３Ｓよりなる。
【０００５】
次に、図６（ｃ）および図７（ｂ）に示すように、上記電極材料膜５２２上に上記電荷転送電極間ギャップ５２３を埋め込むように絶縁膜５２４を形成する。
【０００６】
次いで、図６（ｄ）および図７（ｃ）に示すように、上記絶縁膜５２４および上記電極材料膜５２２の光電変換部となる領域上に開口領域５２５を形成する。これにより、上記電荷転送電極間ギャップ５２３および開口領域５２５により垂直転送方向に分離された上記電極材料膜５２２からなる電荷転送電極５２６が形成される。
【０００７】
次に、図６（ｅ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６をマスクにしたイオン注入により、開口領域５２５内のＰ型半導体基板５０１に、例えばリンをドーピングして光電変換部５１１のＮ型不純物領域５１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域５１１Ｎは、開口領域５２５に対して自己整合的に形成されることになる。
【０００８】
さらに、図６（ｆ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６をマスクにした斜めイオン注入により、開口領域５２５内のＰ型半導体基板５０１に、例えばホウ素をドーピングして、Ｎ型不純物領域５１１Ｎの上層に、光電変換部５１１のＰ型不純物領域５１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域５１１Ｐは、開口領域５２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【０００９】
次いで、図６（ｇ）に示すように、上記絶縁膜５２４、電荷転送電極５２６等を被覆するようにＰ型半導体基板５０１上に層間絶縁膜５３１を形成する。
【００１０】
その後、図６（ｈ）に示すように、光電変換部５１１上に開口部５３２を有する金属遮光膜５３３を形成する。このようにして、従来例の固体撮像装置が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２９９５９７号公報（第４−６頁、図４−８）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像装置では、単層の電極材料膜に電極間ギャップと光電変換部上の開口領域を別工程で形成するため、両者の位置あわせズレが生じ易く、以下のような問題が発生する。
【００１３】
図８に示すように、光電変換部の形成予定領域上に形成される開口領域５２５が水平転送方向（矢印ア方向）に位置ずれを生じた場合には、開口領域５２５が電荷転送電極間ギャップ５２３Ｓの一方に接続されなくなるため、電荷転送電極５２６の分離が不完全となり、垂直転送方向に隣りあう電荷転送電極５２６（５２６ａ、５２６ｂ）が短絡することになる。このため、それぞれに独立した駆動パルスが印加できないため電荷転送ができなくなるという問題が発生する。また、図９に示すように、光電変換部の形成予定領域上に形成される開口領域５２５が垂直転送方向（矢印イ方向）に位置ずれを生じた場合には、開口領域５２５が一方の電荷転送電極間ギャップ５２３Ｌに近づき、電荷転送電極５２６に細り部５２６ｎが生じる。このため、細り部５２６ｎの電気抵抗が高くなるので、転送パルスの波形鈍りを生じ、電荷転送効率が劣化するという問題が生じる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた固体撮像装置およびその製造方法である。
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、第１導電型半導体層に複数個形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送するもので前記第１導電型半導体層に前記光電変換部に隣接して形成された第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もので前記第１導電型半導体層に形成された電荷読み出し部と、単層の電極材料膜を加工してなるもので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含む固体撮像装置であって、前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜に開口された開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで前記電荷転送電極が形成されているものである。
【００１６】
上記固体撮像装置では、電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、光電変換部上の電極材料膜に開口された開口領域と、開口領域に接続するもので電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで電荷転送電極が形成されているので、従来技術のような電荷転送電極間ギャップと光電変換部上に形成される開口領域とが位置ずれを起こすことがないので、電荷転送電極間の短絡、電荷転送電極の細り等を生じることはない。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置となっている。
【００１７】
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領域内に複数個形成された光電変換部と、前記第１導電型半導体層の表面領域内に前記光電変換部に隣接して形成されかつ前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送する第２導電型の電荷転送部と、前記第１導電型半導体層の表面領域に形成されかつ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単層の電極材料膜を加工して形成された電荷転送電極とを含む固体撮像装置の製造方法であって、前記第１導電型半導体層の表面上に前記ゲート絶縁膜を介して前記電極材料膜を形成する工程と、前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜を開口する開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時にエッチング形成して前記電荷転送電極を形成する工程と、前記第１領域と前記開口領域と前記第２領域とを絶縁膜で埋め込み平坦化する工程とを備えた製造方法である。
【００１８】
上記固体撮像装置の製造方法では、電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、光電変換部上の電極材料膜を開口する開口領域と、開口領域間を接続するもので電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時にエッチング形成して電荷転送電極を形成することから、第１、第２領域と光電変換部上に形成される開口領域とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極間の短絡、電荷転送電荷の細り等を生じることなく、電荷転送電極が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置が製造される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を、図１および図２の製造工程断面図（一部平面図も含む）によって説明する。なお、図１（ｂ）、（ｃ）および図２（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図１（ｂ）、（ｃ）および図２（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、第１導電型（ここではＰ型とする）半導体層、例えばＰ型半導体基板１０１に、垂直電荷転送部１０２および光電変換部１１１の第２導電型（ここではＮ型とする）不純物領域１１１Ｎを形成した後、垂直電荷転送部１０２の一方側に、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２へ信号電荷を読み出すための電荷読み出し部１０３を形成するとともに、垂直電荷転送部１０２の他方側に、画素間を分離するチャンネルストップ領域１０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板１０１上にゲート絶縁膜１２１を介して、電極材料膜１２２を形成する。上記ゲート絶縁膜１２１は、例えば酸化シリコン膜で形成される。もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成することもできる。上記電極材料膜１２２は、例えばリンドープトポリシリコンで形成することができる。この膜厚は、例えば２００ｎｍとした。
【００２１】
次いで、図１（ｂ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜１２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ１２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ１２３は、チップ全面にわたり電極材料膜１２１を行方向に分離する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部１０２上を横切るように位置する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとで形成される。同時に、光電変換部１１１上の上記電極材料膜１２３に、上記第２領域１２３Ｓと連通する開口領域１２４を形成する。これにより、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓ）と、開口領域１２４とにより分離された電荷転送電極１２５が形成される。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上記電極材料膜１２２上に上記電荷転送電極間ギャップ１２３および開口領域１２４を埋め込むように絶縁膜１２６を形成する。この絶縁膜１２６は、例えば、高温酸化シリコン（ＨＴＯ）膜、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜等を用いることができる。また、熱によるリフロー性を有する絶縁膜を用いて表面を平坦化してもよい。また、塗布系絶縁膜を用いて表面が平坦な膜を形成してもよい。また、絶縁膜を厚く形成し、エッチバック法、あるいは、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化してもよい。
【００２３】
次いで、図２（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記絶縁膜１２６の光電変換部となる領域上に開口部１２７を形成する。このとき、耐圧が確保される厚さ以上に電荷転送電極１２５側壁に絶縁膜１２６を残すようにする。
【００２４】
なお、上記開口部１２７は、電荷転送電極１２５の側壁を露出させるように大きめに形成し、その後、電荷転送電極１２５の側壁の耐圧が確保されるように、少なくとも電荷転送電極１２５の露出部分を被覆する絶縁膜（図示せず）を形成してもよい。このように形成することによって、開口部１２７の位置合わせが容易になる。この絶縁膜には、例えば酸化シリコン膜を用いることができ、その膜厚は例えば２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍとするとよい。なお、この絶縁膜の膜厚が厚くなりすぎると、光電変換部１１１の上に後に形成される遮光膜の開口面積が小さくなり、固体撮像装置の感度低下になる。一方、薄くなりすぎると、後に形成される遮光膜と電荷転送電極１２５との耐圧が確保できなくなる。したがって、上記膜厚とすることが好ましい。
【００２５】
さらに、図２（ｅ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして、上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００２６】
その後、図２（ｆ）に示すように、上記絶縁膜１２６上、Ｐ型半導体基板１０１上等を被覆するように全面に遮光膜１３１を形成した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、光電変換部１１１上の遮光膜１３１に開口部１３２を形成する。この遮光膜１３１は光を透過しない厚さの金属材料で形成される。金属材料には、例えばタングステンが用いられる。このようにして、本発明の固体撮像装置１が形成される。
【００２７】
上記固体撮像装置１の製造方法では、電極材料膜１２２を行方向に分割する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４および電極材料膜１２２を行方向に分割する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとを同時にエッチング除去して、電極材料膜１２２からなる電荷転送電極１２５を形成することから、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌ，第２領域１２３Ｓ）と光電変換部１１１上に形成される開口領域１２４とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、電荷転送電極１２５の細り等を生じることないので、局所的な抵抗上昇を生ずることなく、電荷転送電極１２５が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１が製造される。また、電荷転送電極１２５の側壁部に絶縁膜１２６を残すように開口部１２４を形成することによって、金属遮光膜１３１下部に電荷転送電極１２５との絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜を被着する必要が無くなり、また金属遮光膜１３１とＰ型シリコン基板１０１間の距離を近くできるので、金属遮光膜１３１下への光の漏れこみによるスミア特性の低下も抑制できる。
【００２８】
また、上記製造方法により形成された固体撮像装置１は、以下のような構成を有する。
【００２９】
すなわち、第１導電型（Ｐ型）半導体基板１０１には、複数個の光電変換部１１１が形成され、光電変換部１１１で発生した信号電荷を受けて転送するもので光電変換部１１１に隣接して第２導電型（Ｎ型）の垂直電荷転送部１０２が形成され、光電変換部１１０で発生した信号電荷を垂直電荷転送部１０２に読み出す電荷読み出し部１０３が形成されている。さらに、単層の電極材料膜１２２を加工してなるもので電荷読み出し部１０３および垂直電荷転送部１０２の上にゲート絶縁膜１２１を介して電荷転送電極１２５が形成されている。このような固体撮像装置１であって、電荷転送電極１２５は、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４と電極材料膜１２２を行方向に分割しかつ開口領域１２４を行方向に連通する第２領域１２３Ｓとが同時に形成されたものからなる。また、第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓとに絶縁膜１２６が埋め込まれて平坦化されていて、光電変換部１１１上の絶縁膜１２６に開口部１２７が形成されているものである。
【００３０】
上記固体撮像装置１では、電極材料膜１２２を行方向に分割する第１領域１２３Ｌと光電変換部１１１上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４と電極材料膜１２２を行方向に分割しかつ開口領域１２４を行方向に連通する第２領域１２３Ｓとが同時に形成された電荷転送電極１２５が備えられているので、第１領域１２３Ｌと開口領域１２４と、および第２領域１２３Ｓと開口領域１２４とが位置ずれを起こすことがない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、具体的には垂直転送方向における短絡を生じることがなくなり、また光電変換部１１１間における電極転送電極１２５の細り等を生じることはない。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１となる。
【００３１】
次に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を、図３および図４の製造工程断面図（一部平面図も含む）によって説明する。なお、図３（ｂ）、（ｃ）および図４（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図３（ｂ）、（ｃ）および図４（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、第１導電型（ここではＰ型とする）半導体層、例えばＰ型半導体基板１０１に、垂直電荷転送部１０２を形成した後、垂直電荷転送部１０２の一方側に、後に形成される光電変換部から垂直電荷転送部１０２へ信号電荷を読み出すための電荷読み出し部１０３を形成するとともに、垂直電荷転送部１０２の他方側に、画素間を分離するチャンネルストップ領域１０４を形成する。次いで、Ｐ型半導体基板１０１上にゲート絶縁膜１２１を介して、電極材料膜１２２を形成する。上記ゲート絶縁膜１２１は、例えば酸化シリコン膜で形成される。もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜で形成することもできる。上記電極材料膜１２２は、例えばリンドープトポリシリコンで形成することができる。この膜厚は、例えば２００ｎｍとした。
【００３３】
次いで、図３（ｂ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記電極材料膜１２２を転送方向に分離する電荷転送電極間ギャップ１２３を形成する。このとき、電荷転送電極間ギャップ１２３は、チップ全面にわたり電極材料膜１２１を行方向に分離する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、各画素の垂直電荷転送部１０２上を横切るように位置する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとで形成される。同時に、光電変換部の形成予定領域１１６上の上記電極材料膜１２３に、上記第２領域１２３Ｓと行方向に連通する開口領域１２４を形成する。これにより、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌと第２領域１２３Ｓ）と、開口領域１２４とにより分離された電荷転送電極１２５が形成される。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示すように、上記電極材料膜１２２上に上記電荷転送電極間ギャップ１２３および開口領域１２４を埋め込むように絶縁膜１２６を形成する。この絶縁膜１２６は、例えば、高温酸化シリコン（ＨＴＯ）膜、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜等を用いることができる。また、熱によるリフロー性を有する絶縁膜を用いて表面を平坦化してもよい。また、塗布系絶縁膜を用いて表面が平坦な膜を形成してもよい。また、絶縁膜を厚く形成し、エッチバック法、あるいは、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦化してもよい。
【００３５】
次いで、図４（ｄ）に示すように、リソグラフィー技術とエッチング技術とによって、上記絶縁膜１２６の光電変換部となる領域上に開口部１２７を形成する。
【００３６】
なお、上記開口部１２７は、電荷転送電極１２５の側壁を露出させるように大きめに形成し、その後、電荷転送電極１２５の側壁の耐圧が確保されるように、少なくとも電荷転送電極１２５の露出部分を被覆する絶縁膜（図示せず）を形成してもよい。このように形成することによって、開口部１２７の位置合わせが容易になる。この絶縁膜には、例えば酸化シリコン膜を用いることができ、その膜厚は例えば２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ〜４０ｎｍとするとよい。なお、この絶縁膜の膜厚が厚くなりすぎると、その後形成される光電変換部の面積が小さくなり、固体撮像装置の感度低下になる。一方、薄くなりすぎると、後に形成される遮光膜と電荷転送電極１２５との耐圧が確保できなくなる。したがって、上記膜厚とすることが好ましい。
【００３７】
次いで、図４（ｅ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにしたイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばリン、ヒ素等のＮ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域１１１Ｎは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００３８】
さらに、図４（ｆ）に示すように、上記絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして、上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００３９】
その後、図４（ｇ）に示すように、上記絶縁膜１２６上、Ｐ型半導体基板１０１上等を被覆するように全面に遮光膜１３１を形成した後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、光電変換部１１１上の遮光膜１３１に開口部１３２を形成する。この遮光膜１３１は光を透過しない厚さの金属材料で形成される。金属材料には、例えばタングステンが用いられる。このようにして、本発明の固体撮像装置３が形成される。
【００４０】
上記固体撮像装置３の製造方法では、電極材料膜１２２を行方向に分割する長いギャップからなる第１領域１２３Ｌと、光電変換部の形成予定領域１１６上の電極材料膜１２２を開口する開口領域１２４および電極材料膜１２２を行方向に分割する短いギャップからなる第２領域１２３Ｓとを同時にエッチング除去して、電極材料膜１２２からなる電荷転送電極１２５を形成することから、電荷転送電極間ギャップ１２３（第１領域１２３Ｌ，第２領域１２３Ｓ）と光電変換部１１１上に形成される開口領域１２４とが位置ずれを起こすことはない。このため、電荷転送電極１２５同士の短絡、電荷転送電極１２５の細り等を生じることないので、局所的な抵抗上昇を生ずることなく、電荷転送電極１２５が形成される。したがって、電荷転送特性が安定化された固体撮像装置１が製造される。また、電荷転送電極１２５の側壁部に絶縁膜１２６を残すように開口部１２４を形成することによって、金属遮光膜１３１下部に電荷転送電極１２５との絶縁耐圧を確保するための層間絶縁膜を被着する必要が無くなり、また金属遮光膜１３１とＰ型シリコン基板１０１間の距離を近くできるので、金属遮光膜１３１下への光の漏れこみによるスミア特性の低下も抑制できる。さらに、光電変換部１１１を構成するＮ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとを絶縁膜１２６の開口部１２７に対して自己整合に形成するので、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への信号電荷読出し電圧を安定させることができる。
【００４１】
本発明の固体撮像装置３は、上記第２実施の形態で説明したような製造工程を経て形成されたものであってもよい。この構成の固体撮像装置３であっても、前記固体撮像装置１と同様なる作用・効果が得られる。
【００４２】
次に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第３実施の形態を、図５の製造工程断面図によって説明する。
【００４３】
第３実施の形態の固体撮像装置５は、前記第２実施の形態の固体撮像装置３において、光電変換部１１１の形成方法が異なるものである。
【００４４】
前記図４（ｄ）までの工程は、前記第２実施の形態と同様である。前記図４（ｄ）までの工程を終了した後、図５（ａ）に示すように、絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにした斜めイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばリン、ヒ素等のＮ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎを形成する。したがって、Ｎ型不純物領域１１１Ｎは、一方の電荷転送電極１２５側によった状態に、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００４５】
さらに、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜１２６、電荷転送電極１２５をマスクにしたイオン注入により、開口部１２７内のＰ型半導体基板１０１に、例えばホウ素、二フッ化ホウ素等のＰ型不純物をドーピングして光電変換部１１１のＰ型不純物領域１１１Ｐを上記Ｎ型不純物領域１１１Ｎの上層に形成する。したがって、Ｐ型不純物領域１１１Ｐは、開口部１２７に対して自己整合的に形成されることになる。
【００４６】
その後、前記図４（ｇ）によって説明した工程を行えばよい。
【００４７】
上記第１〜第３実施の形態においては、Ｎ型不純物領域１１１ＮおよびＰ型不純物領域１１１Ｐを形成する再に、いずれか一方は斜めイオン注入により形成していることから、光電変換部１１１のＮ型不純物領域１１１Ｎに対してＰ型不純物領域１１１Ｐがずれた状態に形成される。すなわち、Ｎ型不純物領域１１１Ｎ表面にＰ型不純物領域１１１Ｐが形成されない領域が形成される。言い換えれば、Ｐ型不純物領域１１１Ｐ表面と同一表面上にＮ型不純物領域１１１Ｎが露出した部分が形成されることになる。通常、固体撮像装置において、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への電荷読み出し特性は、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの表面でＰ型不純物が注入されていない領域の露出量に大きく依存している。上記各実施の形態では、斜めイオン注入の入射角度を調整することにより、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの露出量を調整することができる。この露出量が同等であれば、第１、第２もしくは第３実施の形態のような製造工程を経ても、電荷読み出し特性はほとんど同程度にできる。
【００４８】
もし、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの表面を完全にＰ型不純物領域１１１Ｐで覆った状態に光電変換部１１１を形成した場合には、光電変換部１１１から垂直電荷転送部１０２への電荷読み出し電圧は非常に高くなる。このため、電荷読み出し電圧を所望の値にするためには、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとの相対位置の制御が重要になる。このため、上記各実施の形態で説明したように、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとを形成する際、Ｎ型不純物領域１１１ＮとＰ型不純物領域１１１Ｐとをずらして形成することにより、Ｎ型不純物領域１１１Ｎの電荷読み出し部１０３側の表面が露出するようにしている。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の固体撮像装置およびその製造方法によれば、単層の電極材料膜を加工することで電荷転送電極が形成される固体撮像装置において、電極材料膜を行方向に分割する第１領域、光電変換部上の開口領域と開口領域を連通し電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで電荷転送電極が形成されているため、第１領域と開口領域との位置ずれによる電極抵抗の上昇、第２領域と開口領域との位置ずれによる電極間の短絡が生じないため、安定した電荷転送特性を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図１（ｂ）、（ｃ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図１（ｂ）、（ｃ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図２】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第１実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図２（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図２（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図３】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図３（ｂ）、（ｃ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図３（ｂ）、（ｃ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図４】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第２実施の形態を示す製造工程断面図（一部平面図も含む）であり、図４（ｄ）中の上段左図は下段の平面図中のＡ−Ａ線断面（垂直転送方向断面）を示し、図４（ｄ）中の上段右図は下段の平面図中のＢ−Ｂ線断面（水平転送方向断面）を示す。
【図５】本発明の固体撮像装置およびその製造方法に係る第３実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図６】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る製造工程断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る平面図である。
【図８】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る課題を説明する平面図である。
【図９】従来の固体撮像装置およびその製造方法に係る課題を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０１…Ｐ型半導体基板、１１１…光電変換部、１０２…垂直電荷転送部、１０３…電荷読み出し部、１２１…ゲート絶縁膜、１２５…電荷転送電極、１…固体撮像装置、１２２…電極材料膜、１２３Ｌ…第１領域、１２４…開口領域、１２３Ｓ…第２領域
Claims (12)
- 第１導電型半導体層に形成された光電変換部と、
前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送するもので前記第１導電型半導体層に前記光電変換部に隣接して形成された第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もので前記第１導電型半導体層に形成された電荷読み出し部と、
単層の電極材料膜を加工してなるもので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
を含む固体撮像装置であって、
前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜に開口された開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成することで前記電荷転送電極が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１領域と前記第２領域とに絶縁膜が埋め込まれて平坦化されていて、
前記光電変換部上の前記絶縁膜に開口部が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部は前記開口部に対して自己整合的に形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換部は前記電極材料膜を被着する前に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 第１導電型半導体層の表面領域内に形成された光電変換部と、
前記第１導電型半導体層の表面領域内に前記光電変換部に隣接して形成されかつ前記光電変換部で発生した信号電荷を受けて転送する第２導電型の電荷転送部と、
前記第１導電型半導体層の表面領域に形成されかつ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単層の電極材料膜を加工して形成された電荷転送電極と
を含む固体撮像装置の製造方法であって、
前記第１導電型半導体層の表面上に前記ゲート絶縁膜を介して前記電極材料膜を形成する工程と、
前記電極材料膜を行方向に分割する第１領域と、前記光電変換部上の前記電極材料膜に開口する開口領域と、前記開口領域間を行方向に接続することで前記電極材料膜を行方向に分割する第２領域とを同時に形成して前記電荷転送電極を形成する工程と、
前記第１領域と前記開口領域と前記第２領域とを絶縁膜で埋め込み平坦化する工程と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記光電変換部上の前記絶縁膜に開口部を形成する工程
を備えたことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記開口部を形成した後、前記電極材料膜および前記絶縁膜をマスクとして第１導電型不純物および第２導電型不純物を前記開口部内の前記第１導電型半導体層中にイオン注入して前記光電変換部を形成する工程
を備えたことを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上に前記開口部を形成するためのマスク部材を形成し、その後に前記マスク部材をマスクとして前記絶縁膜を除去することで前記開口部を形成する工程と、
前記開口部を形成した後、前記マスク部材、前記電極材料膜および前記絶縁膜をマスクとして第１導電型不純物および第２導電型不純物を前記開口部内の前記第１導電型半導体層中にイオン注入して前記光電変換部を形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第２導電型不純物をイオン注入して形成される前記光電変換部の一部となる第２導電型不純物領域を、前記第２導電型不純物のイオン注入の入射角を制御することで、自己整合的に、前記電荷転送電極下方に食い込むように形成するとともに、前記電荷読み出し部の転送電極端に対して所望の距離だけ離間されるように形成する
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第２導電型不純物をイオン注入して形成される前記光電変換部の一部となる第２導電型不純物領域を、前記第２導電型不純物のイオン注入の入射角を制御することで、自己整合的に、前記電荷転送電極下方に食い込むように形成するとともに、前記電荷読み出し部の転送電極端に対して所望の距離だけ離間されるように形成する
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第１導電型不純物をイオン注入して形成される前記光電変換部の一部となる第１導電型不純物領域を、前記第１導電型不純物のイオン注入の入射角を制御することで、自己整合的に、前記電荷読み出し部の転送電極端に対して所望の距離だけ離間されるように形成する
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第１導電型不純物をイオン注入して形成される前記光電変換部の一部となる第１導電型不純物領域を、前記第１導電型不純物のイオン注入の入射角を制御することで、自己整合的に、前記電荷読み出し部の転送電極端に対して所望の距離だけ離間されるように形成する
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
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