JP2006148024A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フローティングディフュージョン領域の電位を安定させ、低ノイズ特性を有する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 信号電荷の転送方向でフローティングディフュージョン領域１０３側における、出力ゲート電極１０２の段差部を覆って形成されたシリコン酸化膜１１４Ｂの段差部の上部および側壁部と、フローティングディフュージョン領域１０３上のシリコン酸化膜１１４Ｂ上とに形成され、光電変換部上に形成された反射防止膜と同一のシリコン窒化膜１１２を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に係り、ノイズ成分の少ない固体撮像装置を実現する技術に関するものである。

図６（ａ）は、従来の固体撮像装置（Charge Coupled Device：以下、ＣＣＤと略称する）の出力部付近の基本構成を示す断面図である。

図６（ａ）に示すように、従来のＣＣＤは、ｎ型半導体基板１上にｐ型不純物領域２が形成され、さらに、このｐ型不純物領域２の上に信号電荷Ｑが移動するｎ型不純物領域３を有する。ｎ型不純物領域３の表面には、バリア領域４が、信号電荷の逆転送を防ぐために、ｐ型不純物を注入して等間隔で複数個形成されている。

さらに、ｎ型不純物領域３の上層には、シリコン酸化膜５が形成され、さらにその上層には、シリコン窒化膜６が積層構造のゲート絶縁膜として形成されている。そのゲート絶縁膜を介して、ｎ型不純物領域３のバリア領域４上には転送電極７が形成され、バリア領域４以外のｎ型不純物領域３上には転送電極１１が形成されている。転送電極７は２層目のポリシリコン薄膜により、また転送電極１１は１層目のポリシリコン薄膜により形成されている。さらに、フローティングディフュージョン領域１４に近い箇所では、２層目のポリシリコン薄膜により転送電極８が、１層目のポリシリコン薄膜により転送電極１２が構成されている。さらに最もフローティングディフュージョン領域１４に近い領域では、２層目のポリシリコン薄膜により転送電極１０が形成されている。この転送電極１０は最終段の出力ゲートとして機能する。

また、ｎ型不純物領域３内を転送されてきた信号電荷Ｑを受けるために、電荷検出用のフローティングディフュージョン領域１４が設けられている。このフローティングディフュージョン領域１４は、最終段の出力ゲート１０とリセットゲート電極１３との間において、ｎ型不純物領域３とｐ型不純物領域２との間のｐｎ接合を含んで構成されている。

さらに、フローティングディフュージョン領域１４の電位を定期的にリセットドレイン１５の電位にリセットするために、リセットゲート電極１３が設けられているとともに、ゲート電極が出力部であるフローティングディフュージョン領域１４に接続され、ＭＯＳトランジスタと負荷抵抗から成る出力プリアンプが接続される。この出力プリアンプの出力端子から電圧を出力させることができる。

そして、転送電極７と１１には、２相の転送クロックφＨ１、φＨ２が、最終転送電極８と１１には転送クロックφＨＬが、最終出力ゲート１０には固定のゲート電圧ＶＯＧが、リセットゲート電極１３にはリセットパルスφＲが、リセットドレイン１５には固定のリセットドレイン電圧ＶＲＤが印加される。なお、シリコン酸化膜９が、各転送電極間を電気的に絶縁するために形成されている。

次に、以上のように構成された従来のＣＣＤの動作原理について説明する。図６（ｂ）〜図６（ｅ）は、図６（ａ）に示すＣＣＤ各部の各時刻におけるチャネル電位及び電荷転送状態を示す模式図である。

図６（ｂ）〜図６（ｅ）において、チャンネル電位Ｖ１Ｈ（＝Ｖ２Ｈ）、Ｖ１Ｌ（＝Ｖ２Ｌ）は、それぞれ転送クロックφＨ１（φＨ２）の高位と低位の電位を示し、ＶＲＨ、ＶＲＬはリセットパルスφＲの高位と低位の電位を示している。また、転送クロックφＨ１とφＨ２はそれぞれ、逆位相の関係になっている。

この従来例において、最終転送電極８、１２のストレージ領域１６に信号電荷Ｑ１を蓄積する場合（図６（ｂ））には、最終段の出力ゲート電極１０下のチャネル電位が、最終転送電極１２下のストレージ領域１６のチャネル電位よりも浅くなるように設定し、信号電荷Ｑ１が電荷検出用のフローティングディフュージョン領域１４へこぼれないようにして、信号電荷Ｑ１の先送りを防止する。

また、最終転送電極８、１２下のストレージ領域１６における信号電荷Ｑを検出するためのフローティングディフュージョン領域１４へ転送する場合（転送クロックφＨＬとして電位Ｖ１Ｌが印加された状態）には、最終段の出力ゲート電極１０下のチャネル電位を、最終転送電極８、１２下のストレージ領域１６のチャネル電位よりも深くすることで、チャネル電位差を大きく設定し、信号電荷Ｑ１が完全に電荷検出用のフローティングディフュージョン領域１４に転送されると共に、信号電荷Ｑ１の転送不良及び転送スピードの遅れを防止する（図６（ｃ））。この時、信号電荷Ｑ１は、最終段の出力ゲート電極１０下を通過して電荷検出用のフローティングディフュージョン領域１４に注入される。

次に、図６（ｄ）に示すように、信号電荷Ｑ１は、リセットゲート電極１３にＶＲＨを印加することにより、リセットドレイン１５を通して外部に排出され、同時に次の信号電荷Ｑ２が最終転送電極８、１２下のストレージ領域１６に蓄積される。

次に、図６（ｅ）に示すように、リセットゲート電極１３にＶＲＬが印加されて図６（ｂ）の状態に戻る。

以下、これら一連の動作を繰り返すことによって、信号電荷Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、・・・が出力電圧として順次検出される。
特許第３１６２４４０号公報

しかしながら、従来のＣＣＤの電荷検出領域には、以下に述べるような問題がある。

図７は、従来のＣＣＤの出力部における主要構成を示す平面図である。図８は、図７におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

ＣＣＤ２０１において、電荷を転送するための転送部１０９の上部に転送電極１０１ａ〜１０１ｆが配置されている。転送電極１０１ａおよび１０１ｂには転送クロックφＨＬが、転送電極１０１ｃ、１０１ｄには転送クロックφＨ２が、転送電極１０１ｅ、１０１ｆには転送クロックφＨ１が印加される。なお、図７において、白抜き矢印は、電荷の転送方向を示している。

転送電極１０１ａの隣には、最終段の出力ゲート電極１０２が配置されている。そして、出力ゲート電極１０２の隣で転送部１０９の延長上に、電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン領域１０３が配置されている。さらに、フローティングディフュージョン領域１０３の隣の領域の上部にはリセットゲート電極１０４が配置されている。

しかし、実際のＣＣＤでは、その加工法の関係より、遮光膜のエッチング残り（残渣）１１１が、出力ゲート電極１０２の周囲を取り囲むように残存している。このエッチング残りが残存する理由を以下に述べる。

通常、ＣＣＤの画素部における遮光膜の形成時には、素子全面に遮光膜材料を堆積させた後、必要部分以外はエッチングにて除去する。この遮光膜材料としては高融点金属膜が用いられる。ここで、注目すべき点は、各電極の側方にエッチング残り１１１が残存していることである。これは、段差があるところは、遮光膜材料の厚さが他の場所より厚くなっているため、平面上の遮光膜材料を除去するために必要なエッチング時間では、エッチング残り１１１が発生しやすいことによる。これは、エッチング条件に依存するが、エッチング時間を延ばしてエッチング残り１１１を完全に除去しようとすると、画素部の受光部にダメージを与えてしまい、白キズと呼ばれる画像欠陥を引き起こすという問題が生じるため、完全にエッチング残り１１１を除去することは困難である。

このようにして出力ゲート電極１０２の周囲にエッチング残り１１１が存在するが、その一部はφＨＬゲート（転送電極１０１ａ、１０１ｂ）にオーバーラップしているためにφＨＬゲートと容量結合している。このエッチング残り１１１は、どの電位にも接続されず電気的にフローティング状態になっているため、転送クロックφＨＬと同期した電位変動を起こす。このエッチング残り１１１は、出力ゲート電極１０２を一周して存在しているので、その電位変動がフローティングディフュージョン領域１０３上にも到達し、フローティングディフュージョン領域１０３の電位に影響を及ぼす。そのため、フローティングディフュージョン領域１０３の電位が転送クロックφＨＬにより振られ、図９に示すように、暗時に異常な出力（ノイズ）が見られるという問題が発生する。

図９は、従来のＣＣＤにおける時間Ｔに対する出力電圧Ｖの波形図である。図９から分かるように、フローティングディフュージョン領域１０３の電位が暗時にかかわらず、基準レベルに対して数十ｍＶ程度の出力浮き（ノイズ）が生じている。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、フローティングディフュージョン領域の電位を安定させ、低ノイズ特性を有する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。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の固体撮像装置は、シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、電荷転送部は、シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、固体撮像装置は、信号電荷の転送方向で電圧変換部側における最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と、電圧変換部上の第１のシリコン酸化膜上とに形成され、前記光電変換部上に形成された反射防止膜と同一の第２のシリコン窒化膜を備えたものである。

この構成によれば、エッチング残りとＨＬゲートとの容量結合の影響による、転送電極の電位変動の電圧変換部への伝搬を回避できるので、電圧変換部の電位を安定化できる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の固体撮像装置は、シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで前記光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、電荷転送部は、シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、固体撮像装置は、電圧変換部上に形成され、最終段の出力ゲート電極下のゲート絶縁膜を構成する第１のシリコン酸化膜よりも厚い第３のシリコン酸化膜を備えたものである。

この構成によれば、エッチング残りとＨＬゲートとの容量結合の影響による、転送電極の電位変動の電圧変換部への伝搬を回避できるので、電圧変換部の電位をさらに安定化できる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の固体撮像装置は、シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、電荷転送部は、シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、固体撮像装置は、電圧変換部上に形成され、最終段の出力ゲート電極下のゲート絶縁膜を構成する第１のシリコン酸化膜よりも厚い第３のシリコン酸化膜と、信号電荷の転送方向で電圧変換部側における最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と電圧変換部上の第３のシリコン酸化膜上とに形成され、光電変換部上に形成された反射防止膜と同一の第２のシリコン窒化膜とを備えたものである。

この構成によれば、エッチング残りとＨＬゲートとの容量結合の影響による、転送電極の電位変動の電圧変換部への伝搬を回避できるので、電圧変換部の電位をさらに安定化できる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、シリコン半導体基板上に、少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で積層構造のゲート絶縁膜を形成する工程と、第１層目のポリシリコン薄膜、第２層目のポリシリコン薄膜を成長させ、リソグラフィー法とエッチング法を用いて複数のゲート電極を形成する工程と、エッチング法を用いて電圧変換部上の第１のシリコン窒化膜を除去する工程と、シリコン基板の全面にわたって第２のシリコン酸化膜を成長させる工程と、信号電荷の転送方向で電圧変換部側における、複数のゲート電極のうち最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と、電圧変換部上の第２のシリコン酸化膜上と、光電変換部上とに、反射防止膜としての第２のシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン基板の全面にわたって酸化膜系の層間絶縁膜を成長させる工程と、シリコン基板の全面にわたって遮光膜を堆積させ、リソグラフィー法とエッチング法を用いて遮光膜を所望の形状に加工する工程とを含むものである。

これにより、電圧変換部上の反射防止膜を光電変換部の反射防止膜と兼用することができるので、固体撮像装置の製造方法が簡単になる。

本発明によれば、エッチング残りとＨＬゲートとの容量結合の影響による、転送電極の電位変動の電圧変換部への伝搬を回避できるので、電圧変換部の電位を安定化でき、低ノイズ特性を有する固体撮像装置を実現できる。

また、電圧変換部の反射防止膜は、光電変換部の反射防止膜と兼用することができるので、製造方法が複雑になるのを避けることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における主要構成を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図１および図２において、従来例の説明で参照した図７および図８と同様の構成を有する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１において、従来と同様に、遮光膜のエッチング残り１１１が出力ゲート電極１０２の周囲を取り囲むように残存している。しかし、本実施の形態では、出力ゲート電極１０２の一部の上層部および側壁部と、フローティングディフュージョン領域１０３（電圧変換部）の上部とに、反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１２を形成する点で従来とは異なっている。

反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１２は、遮光膜のエッチング残り１１１の下層に位置し、また遮光膜のエッチング残り１１１とフローティングディフュージョン領域１０３との間に位置するように形成される。

次に、本実施の形態によるＣＣＤの具体例について説明する。

図２において、シリコン基板１０６上の全面に、シリコン酸化膜１０７（第１のシリコン酸化膜）を約３０ｎｍの膜厚で形成し、その上層には、シリコン窒化膜１０８（第１のシリコン窒化膜）を約６０ｎｍの膜厚で形成する。転送電極としてゲート電極１０１ａ〜１０１ｆが形成され、ゲート電極１０１ａ、１０１ｃ、１０１ｅが１層目のポリシリコン薄膜により、ゲート電極１０１ｂ、１０１ｄ、１０１ｆが２層目のポリシリコン薄膜により形成される。同様に、出力ゲート電極１０２は２層目のポリシリコン薄膜により、リセットゲート電極１０４は１層目のポリシリコン薄膜により形成される。

１層目のポリシリコン薄膜電極と２層目のポリシリコン薄膜電極との間には、シリコン酸化膜１１４Ａが、また２層目のポリシリコン薄膜電極の上層には、シリコン酸化膜１１４Ｂ（第２のシリコン酸化膜）が、それぞれ約４０ｎｍの膜厚で成長され、各ゲート電極間の電気的絶縁を行っている。

本実施の形態では、信号電荷の転送方向でフローティングディフュージョン領域１０３側における、出力ゲート電極１０２の段差部を覆って形成されたシリコン酸化膜１１４Ｂの段差部の上部および側壁部と、フローティングディフュージョン領域１０３上のシリコン酸化膜１１４Ｂ上とに形成され、光電変換部上に形成された反射防止膜と同一のシリコン窒化膜１１２（第２のシリコン窒化膜）を約６０ｎｍの膜厚で形成することが特徴である。

さらに、シリコン窒化膜１１２の上層には、酸化膜系の層間絶縁膜１１５が約６０ｎｍの膜厚で全面に堆積されている。光電変換部上に形成される高融点金属の遮光膜（不図示）は、酸化膜系の層間絶縁膜１１５上に形成されており、その膜厚は約２００ｎｍである。この高融点金属の遮光膜は前述の通り、ポリシリコン電極の段差部の側壁においてエッチング残り１１１を発生させる。

ここで、フローティングディフュージョン領域１０３上の電気的絶縁膜の膜厚を算出すると、シリコン酸化膜１０７の膜厚（３０ｎｍ）と、シリコン窒化膜１１２の酸化膜換算した膜厚（６０ｎｍ／２）と、酸化膜系の層間絶縁膜１１５の膜厚（６０ｎｍ）との合計１２０ｎｍとなる。この膜厚構成のうち、シリコン窒化膜１１２が無い従来例の場合、その電気的絶縁膜の膜厚は９０ｎｍとなる。なお、「シリコン窒化膜の酸化膜換算」について説明すると、κを膜の比誘電率、ε0を真空の誘電率、ｄを膜厚とすると、膜の容量Ｃは、Ｃ＝κε0／ｄと表される。酸化膜の比誘電率３．７に対して、シリコン窒化膜の比誘電率は７．４と約２倍であり、シリコン窒化膜と酸化膜の容量を等しくする、すなわちシリコン窒化膜を酸化膜に置き換えるには、シリコン窒化膜の膜厚を１／２にすればよいことになる。この酸化膜に置き換える考え方が「酸化膜換算」と呼ばれる。

従って、本実施の形態によれば、遮光膜のエッチング残り１１１とフローティングディフュージョン領域１０３との間の容量は、従来の３／４に低減することができる。これにより、エッチング残り１１１とＨＬゲート（ゲート電極１０１ａ、１０１ｂ）との容量結合の影響による、ゲート電極の電位変動の電圧変換部への伝搬を回避できるので、電圧変換部の電位を安定化できる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における、第１の実施の形態に対応する部分の断面図である。

本実施の形態では、フローティングディフュージョン領域１０３上のシリコン酸化膜１１３（第３のシリコン酸化膜）の膜厚を約６０ｎｍとして、フローティングディフュージョン領域１０３以外の部分上のシリコン酸化膜１０７の膜厚２０ｎｍよりも厚くしている。これにより、フローティングディフュージョン領域１０３上の電気的絶縁膜の膜厚は、シリコン酸化膜１１３の膜厚（６０ｎｍ）＋酸化膜系の層間絶縁膜１１５の膜厚（６０ｎｍ）＝１２０ｎｍとなり、第１の実施の形態と同様に、遮光膜のエッチング残り１１１とフローティングディフュージョン領域１０３との間の容量を従来の３／４に低減することができる。

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における、第１の実施の形態に対応する部分の断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせた構成を有する。

図４において、フローティングディフュージョン領域１０３上のシリコン酸化膜１１３（第３のシリコン酸化膜）を約６０ｎｍの膜厚で形成し、さらに反射防止膜であるシリコン窒化膜１１２（第２のシリコン窒化膜）を６０ｎｍの膜厚で形成することにより、フローティングディフュージョン領域１０３上の電気的絶縁膜の膜厚は、シリコン酸化膜１１３の膜厚（６０ｎｍ）＋シリコン窒化膜１１２の酸化膜換算した膜厚（６０ｎｍ／２）＋酸化膜系の層間絶縁膜１１５の膜厚（６０ｎｍ）＝１５０ｎｍとなる。

従って、本実施の形態によれば、遮光膜のエッチング残り１１１とフローティングディフュージョン領域１０３との間の容量は、従来の３／５とさらに低減することができる。

（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態として、第３の実施の形態に係るＣＣＤ（図４）の製造方法における各工程を示す断面図である。

図５（ａ）に示すように、シリコン基板１０６上に、シリコン酸化膜１０７を３０ｎｍの膜厚で、次いでシリコン窒化膜１０８を６０ｎｍの膜厚で積層してゲート絶縁膜を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜上に１層目のポリシリコン薄膜を２００ｎｍ成長させて、所望の領域にのみ残存するようにリソグラフィー法とエッチング法により加工を行う。このとき、ゲート絶縁膜の上層膜となるシリコン窒化膜１０８はほとんどエッチングされず、ほぼ成膜時の膜厚のまま残存する。この１層目のポリシリコン薄膜により、ゲート電極１０１ａ、１０１ｃ、１０１ｅ、１０４を形成し、その後、その表面にシリコン酸化膜１１４Ａを３０ｎｍの膜厚で成長させる。

次に、図５（ｃ）に示すように、２層目のポリシリコン薄膜を２００ｎｍの膜厚で全面に成長させ、リソグラフィー法とエッチング法により加工を行い、ゲート電極１０１ｂ、１０１ｄ、１０１ｆ、１０２を形成する。次に、フロティングディフージョン領域１０３上のシリコン窒化膜のみをエッチング法により除去することで、フロティングディフージョン領域１０３上にはシリコン酸化膜１０７のみが存在することとなる。

次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板全面に熱酸化法によりシリコン酸化膜１１４Ｂを成長させる。シリコン酸化膜１０７が元々露出しているフローティングディフュージョン領域１０３上のシリコン酸化膜１１３は厚く形成され、その膜厚は約６０ｎｍとなる。同時に、ゲート電極１０１ｂ、１０１ｄ、１０１ｆ、１０２上にもシリコン酸化膜１１４Ｂが形成される。その後、出力ゲート電極１０２上及びその側壁部に、反射防止膜であるシリコン窒化膜１１２を化学気相成長法により膜厚６０ｎｍ成長させ、所望の形状に加工する。

次に、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板全面に、酸化膜系の層間絶縁膜１１５を膜厚６０ｎｍ、高融点金属の遮光膜１１０を膜厚２００ｎｍ堆積させる。

最後に、高融点金属の遮光膜１１０をリソグラフィー法とエッチング法により所望の形状に加工すると、結果的に段差により実効的な膜厚が厚くなった箇所でエッチング残り１１１が発生する。このエッチング残り１１１とフローティングディフュージョン領域１０３との間の電気的絶縁膜の膜厚は１５０ｎｍとなり、それらの間の容量は、従来の３／５に低減することができる。

なお、本実施の形態では、第３の実施の形態によるＣＣＤの製造方法について説明したが、第１の実施の形態および第２の実施の形態によるＣＣＤも、本実施の形態による製造方法における工程を変更または削除することにより、容易に製造可能である。

なお、上記各実施の形態において、ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の２層構造から成るとして説明したが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜の３層構造としてもよい。

本発明に係る固体撮像装置は、電圧変換部の電位を安定化でき、低ノイズ特性を実現できるという利点を有し、高感度の固体撮像装置として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における主要構成を示す平面図 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図 本発明の第２の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における、第１の実施の形態に対応する部分の断面図 本発明の第３の実施の形態に係るＣＣＤの出力部における、第１の実施の形態に対応する部分の断面図 本発明の第４の実施の形態として、第３の実施の形態に係るＣＣＤ（図４）の製造方法における各工程を示す断面図 従来のＣＣＤの基本構成を示す断面図（ａ）および動作原理を示す模式図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ） 従来のＣＣＤの出力部における主要構成を示す平面図 図７のＡ−Ａ’線に沿った断面図 図７および図８に示すＣＣＤにおける時間Ｔに対する出力電圧Ｖの波形図

符号の説明

１ ｎ型半導体基板
２ ｐ型不純物領域
３ ｎ型不純物領域
４ バリア領域
５ シリコン酸化膜
６ シリコン窒化膜
７ バリア領域上の転送電極
８、１２ 最終転送電極
９ シリコン酸化膜
１０ 最終段の出力ゲート電極
１１ バリア領域が無いｎ型不純物領域３上の転送電極
１３ リセットゲート電極
１４ 電荷検出用のフローティングディフュージョン領域
１５ リセットドレイン
１６ ストレージ領域
１０１（ａ）〜１０１（ｆ） 転送電極
１０２ 出力ゲート電極
１０３ フローティングディフュージョン領域
１０４ リセットゲート電極
１０５ リセットドレイン
１０６ シリコン基板
１０７ シリコン酸化膜（第１のシリコン酸化膜）
１０８ シリコン窒化膜（第１のシリコン窒化膜）
１０９ 電荷転送部
１１０ 高融点金属の遮光膜
１１１ 遮光膜１１０のエッチング残り
１１２ シリコン窒化膜（第２のシリコン窒化膜）
１１３ フローティングディフュージョン領域上のシリコン酸化膜（第３のシリコン酸化膜）
１１４Ａ １層目のポリシリコン薄膜電極上のシリコン酸化膜
１１４Ｂ ２層目のポリシリコン薄膜電極上のシリコン酸化膜（第２のシリコン酸化膜）
１１５ 酸化膜系の層間絶縁膜
２０１ 従来のＣＣＤ
２０２ 本発明のＣＣＤ

Claims (4)

1. シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し前記複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで前記光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、前記光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、
   前記電荷転送部は、前記シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、
   前記固体撮像装置は、信号電荷の転送方向で前記電圧変換部側における前記最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された前記第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と、前記電圧変換部上の前記第１のシリコン酸化膜上とに形成され、前記光電変換部上に形成された反射防止膜と同一の第２のシリコン窒化膜を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し前記複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで前記光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、前記光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、
   前記電荷転送部は、前記シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、
   前記固体撮像装置は、前記電圧変換部上に形成され、前記最終段の出力ゲート電極下の前記ゲート絶縁膜を構成する前記第１のシリコン酸化膜よりも厚い第３のシリコン酸化膜を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
3. シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し前記複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで前記光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、前記光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置であって、
   前記電荷転送部は、前記シリコン半導体基板上に少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で形成された積層構造のゲート絶縁膜上に配置され、第２のシリコン酸化膜によって覆われた最終段の出力ゲート電極を有し、
   前記固体撮像装置は、
   前記電圧変換部上に形成され、前記最終段の出力ゲート電極下の前記ゲート絶縁膜を構成する前記第１のシリコン酸化膜よりも厚い第３のシリコン酸化膜と、
   信号電荷の転送方向で前記電圧変換部側における前記最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された前記第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と、前記電圧変換部上の前記第３のシリコン酸化膜上とに形成され、前記光電変換部上に形成された反射防止膜と同一の第２のシリコン窒化膜とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
4. シリコン半導体基板上に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部と、複数のゲート電極を有し前記複数のゲート電極にパルス電圧を印加することで前記光電変換部から読み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、前記光電変換部の上に開口部を有する遮光膜とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記シリコン半導体基板上に、少なくとも第１のシリコン酸化膜、第１のシリコン窒化膜の順で積層構造のゲート絶縁膜を形成する工程と、
   第１層目のポリシリコン薄膜、第２層目のポリシリコン薄膜を成長させ、リソグラフィー法とエッチング法を用いて前記複数のゲート電極を形成する工程と、
   エッチング法を用いて前記電圧変換部上の前記第１のシリコン窒化膜を除去する工程と、
   前記シリコン基板の全面にわたって第２のシリコン酸化膜を成長させる工程と、
   信号電荷の転送方向で前記電圧変換部側における、前記複数のゲート電極のうち最終段の出力ゲート電極の段差部を覆って形成された前記第２のシリコン酸化膜の段差部の上部および側壁部と、前記電圧変換部上の前記第２のシリコン酸化膜上と、前記光電変換部上とに、反射防止膜としての第２のシリコン窒化膜を形成する工程と、
   前記シリコン基板の全面にわたって酸化膜系の層間絶縁膜を成長させる工程と、
   前記シリコン基板の全面にわたって前記遮光膜を堆積させ、リソグラフィー法とエッチング法を用いて前記遮光膜を所望の形状に加工する工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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