JP2005259886A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産コストの削減と白キズの増加の抑制との両立が図られた固体撮像装置、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換領域３が形成された半導体基板１を有する固体撮像装置において、光電変換領域３を半導体基板１の内部に形成する。半導体基板１における光電変換領域３上の領域には、光電変換領域３を覆うように、素子分離として機能する絶縁膜２ａを形成する。また、絶縁膜２ａと光電変換領域３との間には、絶縁膜２ａのチャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置、特にはＭＯＳ型撮像装置、その製造方法に関する。

近年、固体撮像装置の一つとして、ＭＯＳ型撮像装置が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。ＭＯＳ型撮像装置は、ＣＭＯＳ・Ｌシリコンプロセスで製造できるため、ＣＣＤに比べて、製造コストが低いという利点や、同一チップにＬシリコン回路を組み込むことができるという利点がある。

ここで、図７を用いて従来の固体撮像装置の構成について説明する。図７は、従来の固体撮像装置の一例を示す断面図である。図７においては、固体撮像装置の一部分のみを示している。図７に示す固体撮像装置は、ＭＯＳ型撮像装置である。

図７に示すように、ＭＯＳ型撮像装置は、ｐ型シリコン基板３１上に、光電変換部４１と、トランジスタ部４２とを設けて構成されている。シリコン基板３１上には、ＬＯＣＯＳ（シリコン局所酸化：local oxidation of silicon）法によって、素子分離として機能する絶縁膜３２ａ〜３２ｃが設けられている。絶縁膜３２ａ〜３２ｃは、一般にフィールド酸化膜とよばれるものである。

また、各絶縁膜３２ａ〜３２ｃの下層にはチャネルストッパ層４９ａ〜４９ｃが形成されている。チャネルストッパ層４９ａ〜４９ｃはＰ型領域である。また、光電変換部４１は素子分離領域３２ａと３２ｂとの間に配置されており、トランジスタ部４２は素子分離領域３２ｂと３２ｃとの間に配置されている。

光電変換部４１は、入射した光に応じて電荷を蓄積する光電変換領域３３、光電変換領域３３に蓄積された電荷を転送する転送ゲート電極３４、転送ゲート電極３４から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部３７、配線３５ａ及び３５ｂを備えている。

なお、配線３５ａ、配線３５ｂ、及び転送ゲート電極３４の下層には、それぞれゲート絶縁膜４８ａ〜４８ｃが設けられている。また、図７においては図示していないが、光電変換部４１は、アレイ状に複数個形成されており、これら複数の光電変換部４１によって画素領域が形成されている。

また、光電変換領域３３の表層には高濃度ｐ層４３が形成されている。更に、光電変換領域３３の上面は透明絶縁膜３６に覆われている。また、配線３５ａは素子分離領域３２ａの上に形成されており、配線３５ｂは素子分離領域３２ｂの上に形成されている。配線３５ａ及び配線３５ｂは共に、上述の画素領域に形成されたトランジスタのゲート電極に電圧を印加するのに用いられている。

トランジスタ部４２は、ゲート電極３９と、ドレイン領域（ｎ＋）３８及びソース領域（ｎ＋）４０と、ｐウェル４７によって形成されている。トランジスタ部４２は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタである。ゲート電極３９の下層には、ゲート絶縁膜４８ｄが設けられている。

また、転送ゲート電極３４、ゲート電極３９、配線３５ａ及び３５の側面には、絶縁膜（図８参照）をエッチバックして保護膜（サイドウォール）４６が形成されている。４４は、サイドウォール４６の形成の際にエッチングしないで残置させた絶縁膜である。

このように、図７に示す固体撮像装置においては、光電変換部４１によって、入射した光が電気信号へと変換され、トランジスタ部４２によって電気信号の信号処理が行われる。

図８及び図９を用いて従来の固体撮像装置の製造方法について説明する。図８は、図７に示す固体撮像装置の製造方法における前半の主な工程を示す断面図である。図９は、図７に示す固体撮像装置の製造方法における後半の主な工程を示す断面図である。なお、図８（ａ）〜図９（ｆ）は一連の製造工程である。なお、図８及び図９において、図７と同一の部分には同一の符号を付している。

先ず、シリコン基板３１上に、図示していないが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜を順次形成し、素子分離領域の形成が予定された領域にあるシリコン窒化膜を除去し、更に、Ｐ型不純物をイオン注入してチャネルストッパ層４９ａ〜４９ｃを形成する。その後、図８（ａ）に示すように、シリコン基板３１上に、ＬＯＣＯＳ法によって素子分離領域３２ａ〜３２ｃを形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜４８ａ〜４８ｄを形成し、それぞれの上に、転送ゲート電極３４、ゲート電極３９、配線３５ａ及び３５ｂを形成する。続いて、イオン注入によって、ｐウェル４７、光電変換領域３３、電荷蓄積部３７、ドレイン領域（ｎ＋）３８及びソース領域（ｎ＋）４０を形成する。

なお、図８（ｂ）に示す工程において、転送ゲート電極３４、ゲート電極３９、配線３５ａ及び３５ｂの形成材料としては、ポリシリコン、ポリメタル（タングステンシリサイド／ポリメタル等）、その他タングステンやアルミニウムといったメタル等が用いられている。

次に、図８（ｃ）に示すように、光電変換領域３３の白キズを低減するため、イオン注入によって、光電変換領域３３の表層に高濃度ｐ層４３を形成する。続いて、光電変換領域３３の上面に透明絶縁膜３６を形成する。

次に、図９（ｄ）に示すように、シリコン基板３１上に、サイドウォール４６の形成のための絶縁膜４４を成膜する。次いで、図９（ｅ）に示すように、サイドウォール４６の形成時に光電変換領域３３を保護するため、絶縁膜４４上の光電変換領域３３と重なる領域にレジストパターン４５を形成する。

その後、図９（ｆ）に示すように、絶縁膜４４に対してエッチングを行ってサイドウォール４６を形成し、更にレジストパターン４５を除去する。このとき、レジストパターン４５により、光電変換領域３３の上面を覆う絶縁膜４４の一部はエッチングされずに残ることになる。また、図９（ｆ）の例では、エッチングは異方性のドライエッチングによって行われている。
「アイトリプルイー・トランザクションズ・オン・エレクトロン・デバイス（IEEE Transactions on Electron Devices ）」、１９９９年、第４３巻、ｐ．１９８９−１９９３

ところで、図７に示した従来のＭＯＳ型固体撮像装置においては、生産コストの削減のため、工程が削減される場合がある。通常、図８（ｃ）における高濃度ｐ層４３の形成工程が削除される。

しかしながら、高濃度ｐ層４３を形成しない場合は、光電変換領域３３の上面（半導体基板表面）に存在する格子欠陥等によって発生するエネルギー準位から、電子が熱放出されてしまうことがある。このような電子の熱放出が発生すると、蓄積電子数の低下によってリーク電流が増大し、得られた画像に発生する白キズが増加してしまう。

本発明の目的は、上記問題を解消し、生産コストの削減と白キズの増加の抑制との両立が図られた固体撮像装置、及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における固体撮像装置は、光電変換領域が形成された半導体基板を有する固体撮像装置であって、前記光電変換領域が前記半導体基板の内部に形成され、前記半導体基板における前記光電変換領域の上に、前記光電変換領域を覆うように、素子分離として機能する絶縁膜が形成され、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と前記光電変換領域との間に、Ｐ型領域が形成されていることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため本発明における固体撮像装置の製造方法は、光電変換領域が形成された半導体基板を有する固体撮像装置の製造方法であって、（ａ）前記半導体基板の内部における前記光電変換領域の形成が予定された領域を覆うように、Ｐ型領域を形成する工程と、（ｂ）前記Ｐ型領域を覆うように絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）前記半導体基板の内部における前記光電変換領域の形成が予定された領域に、前記光電変換領域を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする。

以上のように、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換領域を覆うように、素子分離として機能する絶縁膜が形成され、その下層には、Ｐ型領域が形成されている。従って、本発明においては、このＰ型領域が、図７に示した高濃度ｐ層としても機能するため、従来のように高濃度ｐ層を形成しなくても白キズの増大を抑制できる。また、このＰ型領域は、少なくとも一部分が、素子分離として機能する絶縁膜のチャネルストッパとして機能できるものであっても良い。

また、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法によれば、高濃度ｐ層を設けるための工程を実施する必要がなく、工数の削減を図ることができる。更に、光電変換領域を覆う絶縁膜は、エッチングによってサイドウォールを形成する時に光電変換領域の保護膜となる。このため、光電変換領域の保護のために別個に保護膜を設ける必要がなく、このことによっても工数を削減できる。このように、本発明によれば工数が削減されるため、生産スピードの向上及び生産コストの削減を図ることができる。

上記本発明における固体撮像装置においては、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と前記光電変換領域との間の前記Ｐ型領域の少なくとも一部がチャネルストッパとして機能するのが好ましい。また、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜は、前記半導体基板に設けられた溝の内部に成膜された酸化膜であっても良い。また、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜は、シリコン局所酸化法またはＳＴＩ法によって前記半導体基板に形成された酸化膜であっても良い。この場合、前記酸化膜と前記半導体基板の前記酸化膜以外の部分とにおける界面の全部又は一部が曲面となっているのが好ましい。

また、上記本発明における固体撮像装置においては、前記光電変換領域に蓄えられた電荷を転送するための電極が、前記半導体基板上に、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と距離をおいて形成され、前記電極の側面には保護膜が形成され、前記保護膜の一部は、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜上にあり、前記距離は、前記保護膜の厚みよりも小さく設定されている態様とすることもできる。

上記本発明における固体撮像装置の製造方法においては、前記半導体基板上に、前記光電変換領域に蓄えられた電荷を転送するための電極を、前記絶縁膜と距離をおいて形成する工程と、前記電極の側面に、一部が前記絶縁膜の上にある保護膜を形成する工程とを更に有し、前記電極及び前記保護膜の形成は、前記距離が前記保護膜の厚みよりも小さくなるように行われている態様とすることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における固体撮像装置及びその製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。最初に、図１を用いて実施の形態１における固体撮像装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。図１に示す固体撮像装置は、ＭＯＳ型撮像装置である。

図１に示すように、固体撮像装置は半導体基板１を有している。図１の例では、半導体基板１はｐ型シリコン基板である。半導体基板１には、光電変換部１１とトランジスタ部１２とが設けられている。なお、図１においては図示していないが、光電変換部１１は、アレイ状に複数個形成されており、これら複数の光電変換部１１によって画素領域が形成されている。

また、半導体基板１には、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）法によって、素子分離として機能する絶縁膜（フィールド酸化膜）２ａ〜２ｃが形成されている。更に、各絶縁膜２ａ〜２ｃの下層それぞれには、これらのチャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａ〜１９ｂが形成されている。

絶縁膜２ａ〜２ｃのうち、絶縁膜２ｂと２ｃとによってトランジスタ部１２の素子分離が行われており、絶縁膜２ａと２ｂとによって光電変換部１１の素子分離が行われている。但し、素子分離としてのみ機能する絶縁膜２ｂ及び２ｃと異なり、絶縁膜２ａは、光電変換部１１の一部を構成している。

具体的には、図１の例では、光電変換部１１は、絶縁膜２ａ、光電変換領域３、転送ゲート電極４、電荷蓄積部７、配線５ａ及び５ｂによって形成されている。また、絶縁膜２ａは、半導体基板１の内部に設けられた光電変換領域３の上に、この光電変換領域３を覆うように形成されている。図１の例では、絶縁膜２ａは、配線５ａから転送ゲート電極４に接触するまで広がっている。

また、絶縁膜２ａの下層には、絶縁膜２ａのチャネルストッパ機能するＰ型領域１９ａが形成されている。Ｐ型領域１９ａは、光電変換領域３を覆うように形成されているため、図１に示す固体撮像装置においては、図７に示した高濃度ｐ層（図７参照）としても機能する。

このため、図１に示す固体撮像装置においては、絶縁膜２ａのチャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａによって、光電変換領域３に存在する格子欠陥等に起因した電子の熱放出が抑制される。よって、蓄積電子数の低下によるリーク電流の増加を抑制でき、結果、白キズの増加を抑制できる。また、高濃度ｐ層を別途に形成しなくて良いため、生産コストの低減を図ることができる。

また、図１に示す固体撮像装置において、転送ゲート電極４は、光電変換領域３に蓄積された電荷を電荷蓄積部７に転送する。電荷蓄積部７はイオン注入によって形成されたＮ型領域であり、転送ゲート電極４から転送された電荷を蓄積する。配線５ａは絶縁膜２ａの上に形成されており、配線５ｂは絶縁膜２ｂの上に形成されている。

配線５ａ及び配線５ｂは共に、上述の画素領域に形成されたトランジスタのゲート電極に電圧を印加するのに用いられている。配線５ａ、配線５ｂ、及び転送ゲート電極４の下層には、それぞれゲート絶縁膜１８ａ〜１８ｃが設けられている。

また、配線５ａの両側面には保護膜１３が、転送ゲート電極４の両側面には保護膜１４が、配線５ｂの両側面には保護膜１５が、ゲート電極９の両側面には保護膜１６が設けられている。保護膜１３〜１６は、一般に「サイドウォール」と呼ばれるものであり、絶縁膜をエッチバックして形成されている。

また、図１に示す固体撮像装置においては、光電変換領域３における読み出し特性の向上を図るため、素子分離領域２ａの深さは、半導体基板１の基板表面を基準として１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度、特には１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度に設定するのが好ましい。

更に、図１に示す固体撮像装置においては、光電変換領域３は、その基板上部側の界面と半導体基板の基板表面との距離が、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度となるように形成するのが好ましい。この距離が大きすぎると、転送ゲート４への電圧印加による光電変換領域３から電荷蓄積部７への電子の移動が困難となり、移動する電子の数が少なくなるからである。

また、図１に示す固体撮像装置において、トランジスタ部１２は、半導体基板１上に設けられたゲート電極９と、半導体基板１にイオン注入を行って形成したドレイン領域（ｎ＋）８及びソース領域（ｎ＋）１０と、ｐウェル１７とによって形成されている。また、ゲート電極９の下層には、ゲート絶縁膜１８ｄが形成されている。トランジスタ部１２は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタである。

次に、図２を用いて実施の形態１における固体撮像装置の製造方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図２（ａ）〜（ｅ）は一連の主な工程を示している。なお、図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

最初に、図２（ａ）に示すように、半導体基板１上に熱酸化によってシリコン酸化膜２６を形成し、その上にシリコン窒化膜２５を形成する。更に、絶縁膜２ａ〜２ｃ（図１参照）の形成が予定された領域を覆うシリコン窒化膜２５の一部を除去して、シリコン酸化膜２６の一部を露出させる。更に、シリコン窒化膜２５をマスクとしてＰ型不純物のイオン注入を行って、チャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａ〜１９ｃを形成する。

なお、絶縁膜２ａの形成が予定された領域は、光電変換領域３（図１参照）形成が予定された領域３ａの上にあり、半導体基板１の上面から見るとこの領域３ａを覆っている。このため、一部が除去されたシリコン窒化膜２５をマスクとしてＰ型領域１９ａを形成すると、Ｐ型領域１９ａは領域３ａを覆うように形成される。

次に、図２（ｂ）に示すように、ＬＯＣＯＳ法（シリコン局所酸化法）を実施して絶縁膜２ａ〜２ｃを形成する。具体的には、シリコン窒化膜２５をマスクとして、熱酸化を行ってフィールド酸化膜を形成する。このフィールド酸化膜が絶縁膜２ａ〜２ｃとなる。このとき、絶縁膜２ａとなるフィールド酸化膜は、Ｐ型領域１９ａの上に、光電変換領域３の形成が予定された領域３ａを覆うように形成される。

なお、図２（ｂ）の例では、絶縁膜２ａ〜２ｃは、ＬＯＣＯＳ法（シリコン局所酸化法）によって形成されるが、後述の実施の形態２に示すように、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法によって形成することもできる。

次に、図２（ｃ）に示すように、Ａｓ＋やＰ＋などのＮ型不純物をイオン注入して光電変換領域３を形成し、Ｂ＋やＢ＋＋等のＰ型不純物をイオン注入してｐウェル１７を形成する。

次に、図２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１８ａ〜１８ｄとなるシリコン酸化膜と、電極となる多結晶シリコン膜等を成膜した後、パターンエッチングが行われる。これにより、ゲート絶縁膜１８ａ〜１８ｄが形成され、それぞれの上に、配線５ａ、転送ゲート電極４、配線５ｂ、及びゲート電極９が形成される。なお、このとき、転送ゲート電極４は、その一部が絶縁膜２ａに重なるように形成されている。また、配線５ａは絶縁膜２ａの上に、配線５ｂは絶縁膜２ｂの上に形成される。

続いて、Ａｓ＋やＰ＋などのＮ型不純物をイオン注入して、電荷蓄積部７、ドレイン領域８及びソース領域１０を形成する。その後、保護膜１３〜１６（図２（ｄ）参照）を形成するための絶縁膜６を成膜する。

次に、図２（ｅ）に示すように、絶縁膜６をエッチングする。このとき、エッチングは、転送ゲート電極４、ゲート電極９、配線５ａ及び５ｂの側面にのみ、絶縁膜６が残るように行われている（いわゆる「エッチバック」）。これにより、配線５ａの両側面の保護膜１３、転送ゲート電極４の両側面の保護膜１４、配線５ｂの両側面の保護膜１５、ゲート電極９の両側面の保護膜１６が形成され、図１に示した固体撮像装置が得られる。

このように、本実施の形態１における固体撮像装置の製造方法においては、光電変換領域３上の高濃度ｐ層としても機能するＰ型領域１９ａは、チェンネルストッパの形成工程によって形成されている。このため、従来のように、光電変換領域３上に高濃度ｐ層を形成するためだけの工程を実施する必要がなく、従来に比べて工数の削減を図れる。

また、光電変換領域３上に形成された絶縁膜２ａは酸化膜であるため、図２（ｄ）に示すエッチバックによってダメージを受け難い。よって、絶縁膜２ａは、素子分離としてだけでなく、エッチバック（図２（ｅ）参照）の際に光電変換領域３を保護する保護膜としても機能する。このため、背景技術に示した図９の例のように、光電変換領域３と重なる絶縁膜６の一部を残す必要がなく、このことによっても工数の削減が図られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置及びその製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。なお、図３において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

図３に示すように、本実施の形態２における固体撮像装置においては、素子分離として機能する絶縁膜２０ａ〜２０ｃが、ＳＴＩ法によって半導体基板１に形成されている。これ以外の点は、実施の形態１における固体撮像装置と同様に構成されている。

また、本実施の形態２における固体撮像装置の製造方法においては、図２（ａ）に示したＬＯＣＯＳ法の代わりに、ＳＴＩ法が実施される。この図２（ａ）に示す工程以外の工程（図２（ｂ）〜（ｄ）参照）は、実施の形態１と同様に行われる。

具体的には、半導体基板１の所定の位置に、溝２１ａ〜２１ｃを形成し、更に、チャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａ〜１９ｃを形成する。その後、溝２１ａ〜２１ｃが埋まるように埋め込み用酸化膜（例えばシリコン酸化膜膜：図示せず）を成膜する。その後、化学的機械的研磨法等により半導体基板１の表面を平坦化することにより、絶縁膜２０ａ〜２０ｃが得られる。

また、本実施の形態２においては、溝２１ａ〜２１ｂは、半導体基板１の基板面を基準とした側壁の傾斜角度θが４５度以上９０度未満となるように形成するのが好ましい。このように形成した場合は、絶縁膜２０ａの側面から転送ゲート４へと空乏層（図示せず）が広がるのが抑制される。よって、光電変換領域３から電荷蓄積部７への電荷の移動に必要な転送ゲート電極４への電圧の印加において、低電圧化を図ることができる。

つまり、この場合は、光電変換領域３に蓄積された電荷の電荷蓄積部７への転送において、消費電力の低減を図ることが可能となる。また、この側壁の傾斜角度θは、小さいほど空乏層（図示せず）が広がるのが抑制されるため、４５度〜７０度に設定するのが特に好ましい。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における固体撮像装置及びその製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。なお、図４において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

図４に示すように、半導体基板１には、実施の形態１及び２と同様に、素子分離として機能する絶縁膜２２ａ〜２２ｃが設けられており、絶縁膜２２ａは光電変換領域３を覆うように形成されている。また、絶縁膜２２ａ〜２２ｃの下層にも、チャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａ〜１９ｃが設けられている。また、本実施の形態３における固体撮像装置においても、絶縁膜２２ａ〜２２ｃは、実施の形態１と同様に、ＬＯＣＯＳ法（シリコン局所酸化法）によって形成されたフィールド酸化膜である。

但し、本実施の形態３においては、実施の形態１と異なり、半導体基板１の絶縁膜２２ａ以外の部分と絶縁膜２２ａとの界面（以下「シリコン／シリコン酸化膜界面」という。）２３ａの一部は曲面となっている。

このため、実施の形態１及び実施の形態２に比べて、光電変換領域３を覆う絶縁膜２２ａの側面から転送ゲート４へと空乏層（図示せず）が広がるのを抑制でき、光電変換領域３に蓄積された電荷をより多く電荷蓄積部７へと転送できる。この点について以下に説明する。

一般に、光電変換領域３から電荷蓄積部７までの電荷のチャネルとなる領域（図示せず）を、光電変換領域３上の絶縁膜２２ａの側面から広がる空乏層（図示せず）から遠ざける程、光電変換領域３に蓄積された電子をより多く転送することができる。また、光電変換領域３上の絶縁膜２２ａの側面での電界集中が大きくなる程、空乏層は大きく広がる。よって、電子をより多く転送するためには、絶縁膜膜２２ａの側面に電界集中が生じ難いようにすることが求められる。

また、電界集中は、シリコン／シリコン酸化膜界面が急峻に変化する程生じやすい。例えば、実施の形態２のように、ＳＴＩ法によって、素子分離となる絶縁膜２１ａ（図３参照）を形成すると、この絶縁膜２１ａの底面と側面との境界部分では、シリコン／シリコン酸化膜界面は急峻に変化し、この部分で電界集中が生じやすい。

一方、本実施の形態３では、光電変換領域３上の絶縁膜２３ａの側面は曲面で形成されており、底面と側面とは滑らかな面で接続されている。このため、本実施の形態３によれば、実施の形態１及び２に比べて電界集中が生じ難にくく、光電変換領域３に蓄積された電荷をより多く電荷蓄積部７へと転送できる。

また、シリコン／シリコン酸化膜界面が急峻に変化していると、急峻に変化している部分に、シリコンとシリコン酸化膜との熱膨張係数の差によって熱応力が集中し、結晶欠陥が生じる場合がある。更に、結晶欠陥が生じるとリーク電流が増加する。

一方、本実施の形態３においては、上述したようにシリコン／シリコン酸化膜界面２３ａの一部は曲線であるため、熱応力は曲面全体に分散され、特定の一箇所に熱応力が集中するのを緩和できる。このため、本実施の形態３によれば、熱応力によるリーク電流の増加も抑制できる。

更に、本実施の形態３においては、絶縁膜２２ｂとそれ以外の部分とのシリコン／シリコン酸化膜界面２３ｂ、及び絶縁膜２２ｃとそれ以外の部分とのシリコン／シリコン酸化膜界面２３ｃにも曲面が形成されている。このため、絶縁膜２２ｂ及び２２ｃにおいても、熱応力の集中が緩和され、リーク電流の増加が抑制されている。

なお、本実施の形態３における固体撮像装置は、シリコン／シリコン酸化膜界面２３ａ〜２３ｃが曲面となっている点以外は、実施の形態１と同様に構成されている。また、本実施の形態３における固体撮像装置の製造方法においては、シリコン／シリコン酸化膜界面２３ａ〜２３ｃの一部を曲面にするため、図２（ｂ）に示した工程が実施の形態１と異なっているが、それ以外の工程は実施の形態１と同様に行われる。

具体的には、本実施の形態３においては、実施の形態１に比べて、ＬＯＣＯＳ方法を実施するための熱酸化の時間が長く設定され、又シリコン窒化膜２５の厚みが大きく設定されている。このため、実施の形態１に比べて、深さ方向の酸素の拡散速度が高くなるので、シリコン／シリコン酸化膜界面２３ａ〜２３ｃに曲面が形成される。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における固体撮像装置及びその製造方法について、図５を参照しながら説明する。最初に、図５を用いて実施の形態４における固体撮像装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態４における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。なお、図５において、図１と同一の部分には同一の符号を付している。

図５に示すように、本実施の形態４における固体撮像装置においても、実施の形態１と同様に、素子分離となる絶縁膜２４ａ〜２４ｃが形成されている。また、絶縁膜のうち絶縁膜２４ａは、半導体基板１の光電変換領域３上の領域に光電変換領域３を覆うように、形成されている。また、絶縁膜２４ａ〜２４ｃも、実施の形態１と同様に、ＬＯＣＯＳ法によって形成されたフィールド酸化膜である。

但し、本実施の形態４における固体撮像装置においては、実施の形態１と異なり、転送ゲート電極４は、光電変換領域３を覆う絶縁膜２４ａに接触しないように、つまり、絶縁膜２４ａと距離Ｌをおいて形成されている。

具体的には、絶縁膜２４ａと転送ゲート電極４との距離Ｌは、保護膜１４の厚みＷよりも小さく設定されている。また、転送ゲート電極４の保護膜１４の一部は絶縁膜２４ａの上にあり、絶縁膜２ａと転送ゲート電極４との間の半導体基板１の表面は保護膜１４に覆われている。

このため、本実施の形態４においては、実施の形態１に比べ、光電変換領域３から電荷蓄積部７までの電荷のチャネルとなる領域（図示せず）は、光電変換領域３上の絶縁膜２４ａの側面から広がる空乏層（図示せず）から遠ざかることになる。よって、本実施の形態４によれば、光電変換領域３に蓄積された電荷をより多く電荷蓄積部７に転送できる。

なお、絶縁膜２４ｂ及び２４ｃは、実施の形態１において図１に示した絶縁膜２ｂ及び２ｃと同様に形成されている。また、本明細書でいう「保護膜の厚み」とは、電極側面の法線方向における厚みをいう。

次に、図６を用いて実施の形態４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、本発明の実施の形態４における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。なお、図６において、図５と同一の部分には同一の符号を付している。

最初に、図６（ａ）に示すように、半導体基板１上にシリコン酸化膜２６、シリコン窒化膜２５を順次形成し、絶縁膜２４ａ〜２４ｃ（図５参照）の形成が予定された領域を覆うシリコン窒化膜２５の一部を除去して、シリコン酸化膜２６の一部を露出させる。更に、シリコン窒化膜２５をマスクとしてＰ型不純物のイオン注入を行って、チャネルストッパとして機能するＰ型領域１９ａ〜１９ｃを形成する。なお、図６（ａ）に示す工程は、実施の形態１における図２（ａ）に示した工程と同様に行われる。

次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２５をマスクとして、熱酸化を行ってフィールド酸化膜を形成する。このフィールド酸化膜が絶縁膜２４ａ〜２４ｃとなる。このとき、絶縁膜２４ａとなるフィールド酸化膜は、Ｐ型領域１９ａの上に、光電変換領域３の形成が予定された領域３ａを覆うように形成される。なお、図６（ｂ）に示す工程は、実施の形態１における図２（ｂ）に示した工程と同様に行われる。

次に、図６（ｃ）に示すように、Ｎ型不純物とＰ型不純物とを交互にイオン注入して、光電変換領域３とｐウェル１７とを形成する。図６（ｃ）に示す工程は、実施の形態１における図２（ｃ）に示した工程と同様に行われる。

次に、図６（ｄ）に示すように、実施の形態１における図２（ｄ）に示した工程と同様に、転送ゲート電極４、ゲート電極９、配線５ａ及び５ｂを形成し、更に、電荷蓄積部７、ドレイン領域８及びソース領域１０を形成する。その後、保護膜１３〜１６（図２（ｄ）参照）を形成するための絶縁膜６を成膜する。

但し、本実施の形態４において、図６（ｄ）に示す工程は、転送ゲート電極４が、絶縁膜２ａに接触しないように、つまり転送ゲート電極４と絶縁膜２４ａとの距離Ｌが確保されるように行われており、この点で図２（ｄ）に示した工程と異なっている。

次に、図６（ｅ）に示すように、絶縁膜６をエッチバックして、保護膜１３〜１６を形成する。このとき、絶縁膜２ａ側の保護膜１４の形成は、絶縁膜２４ａと転送ゲート電極４との距離Ｌが保護膜１４の厚みＷよりも小さくなるように行われる。

このため、絶縁膜６のエッチング時において、光電変換領域３上の絶縁膜２４ａと転送ゲート電極４との間の半導体基板１の表面は、この保護膜１４に覆われており、外部に露出することはない。よって、絶縁膜２４ａと転送ゲート電極４との間の半導体基板１の表面がエッチングダメージを受けるのが抑制され、エッチングダメージによって基板表面に誘起欠陥が発生するのが抑制される。この結果、白キズ数が増加するのが抑制される。

このように、本実施の形態４における固体撮像装置の製造方法によれば、転送ゲート電極４と絶縁膜２４ａとが接触しないように、これらを形成でき、これによって読み出し特性の向上を図ることができる。また、絶縁膜２４ａと転送ゲート電極４との距離Ｌ、及び転送ゲート電極４の保護膜の厚みＷを調整することによって、転送ゲート電極４と絶縁膜２４ａとを接触させない場合に、これらの間の基板表面がエッチングダメージを受けないようにしている。

本発明によれば、白キズの増大の抑制と生産コストの低減とが図られた固体撮像装置を提供できる。このため、ビデオカメラ、デジタルカメラ、及び携帯電話等の固体撮像装置を備える機器において、画質の確保を図りつつ、生産コストを低減できる。

本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図２（ａ）〜（ｅ）は一連の主な工程を示している。 本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４における固体撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の一例を示す断面図である。 図７に示す固体撮像装置の製造方法における前半の主な工程を示す断面図である。 図７に示す固体撮像装置の製造方法における後半の主な工程を示す断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ａ〜２ｃ、２１ａ〜２１ｃ、２２ａ〜２２ｃ、２４ａ〜２４ｃ 絶縁膜
３ 光電変換領域
３ａ 光電変換領域の形成が予定された領域
４ 転送ゲート電極
５ａ、５ｂ 配線
６ 絶縁膜
７ 電荷蓄積部
８ ドレイン領域
９ ゲート電極
１０ ソース領域
１１ 光電変換部
１２ トランジスタ部
１３、１４、１５、１６ 保護膜（サイドウォール）
１７ ｐウェル
１８ａ〜１８ｃ ゲート絶縁膜
１９ａ〜１９ｃ Ｐ型領域（チャネルストッパ層）
２１ａ〜２１ｃ 溝
２３ａ〜２３ｃ シリコン／シリコン酸化膜界面
２５ シリコン窒化膜
２６ シリコン酸化膜

Claims (7)

1. 光電変換領域が形成された半導体基板を有する固体撮像装置であって、
   前記光電変換領域が前記半導体基板の内部に形成され、
   前記半導体基板における前記光電変換領域の上に、前記光電変換領域を覆うように、素子分離として機能する絶縁膜が形成され、
   前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と前記光電変換領域との間に、Ｐ型領域が形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と前記光電変換領域との間の前記Ｐ型領域の少なくとも一部がチャネルストッパとして機能する請求項１に記載の固体撮像装置
3. 前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜が、前記半導体基板に設けられた溝の内部に成膜された酸化膜である請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜が、シリコン局所酸化法またはＳＴＩ法によって前記半導体基板に形成された酸化膜であり、前記酸化膜と前記半導体基板の前記酸化膜以外の部分とにおける界面の全部又は一部が曲面となっている請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記光電変換領域に蓄えられた電荷を転送するための電極が、前記半導体基板上に、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜と距離をおいて形成され、
   前記電極の側面には保護膜が形成され、前記保護膜の一部は、前記光電変換領域の上に形成された前記絶縁膜上にあり、
   前記距離は、前記保護膜の厚みよりも小さく設定されている請求項１から４のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 光電変換領域が形成された半導体基板を有する固体撮像装置の製造方法であって、
   （ａ）前記半導体基板の内部における前記光電変換領域の形成が予定された領域を覆うように、Ｐ型領域を形成する工程と、
   （ｂ）前記Ｐ型領域を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
   （ｃ）前記半導体基板の内部における前記光電変換領域の形成が予定された領域に、前記光電変換領域を形成する工程とを少なくとも有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 前記半導体基板上に、前記光電変換領域に蓄えられた電荷を転送するための電極を、前記絶縁膜と距離をおいて形成する工程と、
   前記電極の側面に、一部が前記絶縁膜の上にある保護膜を形成する工程とを更に有し、
   前記電極及び前記保護膜の形成は、前記距離が前記保護膜の厚みよりも小さくなるように行われている請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。

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