JP2008021692A - Charge transfer device, solid photographing apparatus, and their manufacturing method - Google Patents

Charge transfer device, solid photographing apparatus, and their manufacturing method Download PDF

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Toshihiro Kuriyama
俊寛 栗山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CCD solid photographing apparatus in which the handling amount of charges can be increased or the transfer efficiency can be improved, and the lifetime can be prolonged or the readout voltage can be reduced for the same lifetime by reducing increase in readout voltage. <P>SOLUTION: The solid photographing apparatus comprises a semiconductor substrate, a first oxide film formed on the semiconductor substrate, and a first nitride film and a second oxide film between a plurality of first gate electrodes arranged on the first oxide film. The apparatus is further provided with the first oxide film and the second nitride film or a third oxide film formed between adjacent first gate electrodes, and a plurality of second gate electrodes separated from the semiconductor substrate by a composite film of the second nitride film and the third oxide film. The thickness of the first nitride film and the second nitride film is different from each other and different from those of the second oxide film and the third oxide film. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電荷転送装置、固体撮像装置およびそれらの製造方法に関し、特に、ゲート絶縁膜に関する。   The present invention relates to a charge transfer device, a solid-state imaging device, and manufacturing methods thereof, and more particularly to a gate insulating film.

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、また、携帯電話に代表される携帯端末装置のカメラモジュールの撮像装置として固体撮像装置の需要が拡大している。
当該固体撮像装置では、更なる画質の向上、更なる低消費電力化の要求が強く、当該要求に応えるため、ノイズを抑制し、駆動電圧を低減する必要がある。
近年の固体撮像装置はMOS型とCCD型とに大別できるが、開発の歴史的沿革から、市場においてはCCD型の固体撮像装置が大勢を占める。
In recent years, the demand for a solid-state imaging device as an imaging device for a camera module of a digital still camera, a digital video camera, or a mobile terminal device typified by a mobile phone is increasing.
In the solid-state imaging device, there is a strong demand for further improvement in image quality and further reduction in power consumption. In order to meet the demand, it is necessary to suppress noise and reduce drive voltage.
In recent years, solid-state imaging devices can be broadly classified into MOS type and CCD type, but due to the history of development, CCD type solid-state imaging devices dominate in the market.

インターライントランスファ方式を採用した第1の従来のCCD型(以下、「IT−CCD型」という。)固体撮像装置における垂直CCDでは、図8に示すように垂直CCDのうち一画素に相当する領域において、半導体基板101の主面にシリコン酸化膜102、シリコン窒化膜103、シリコン酸化膜104,106がこの順に積層されてなるゲート絶縁膜が配設され、シリコン酸化膜104の主面に第1ゲート電極105が、シリコン酸化膜106の主面に第2ゲート電極108がそれぞれ配設されている。第1のゲート電極105は電荷転送専用であり、第2のゲート電極108は受光部からの電荷の読み出しと読み出された電荷を転送する機能を併せ持つ。図示を省略しているが、半導体基板101は信号転送路を備えている。   In a vertical CCD in a first conventional CCD type (hereinafter referred to as “IT-CCD type”) solid-state imaging device adopting an interline transfer system, an area corresponding to one pixel of the vertical CCD as shown in FIG. 1, a gate insulating film in which a silicon oxide film 102, a silicon nitride film 103, and silicon oxide films 104 and 106 are laminated in this order is disposed on the main surface of the semiconductor substrate 101, and the first surface is disposed on the main surface of the silicon oxide film 104. The gate electrode 105 and the second gate electrode 108 are disposed on the main surface of the silicon oxide film 106, respectively. The first gate electrode 105 is dedicated to charge transfer, and the second gate electrode 108 has a function of reading out charges from the light receiving portion and transferring the read charges. Although not shown, the semiconductor substrate 101 includes a signal transfer path.

当該ゲート絶縁膜では、製造工程上、各ゲート電極直下の領域ごとに膜厚差が生じることによって起こるノイズの発生等を抑制するため、いわゆるONO構造を採用することが趨勢となっている(特許文献1参照)。
シリコン酸化膜102,104,106がシリコン窒化膜103を挟むようにこれらを積層させてなる、いわゆるONO構造のゲート絶縁膜では、受光部から垂直CCDに信号電荷を読み出す度にホットエレクトロン効果によって電子がシリコン窒化膜103内にトラップされるという弊害がある。
In the gate insulating film, a so-called ONO structure has been a trend in the manufacturing process in order to suppress noise generation caused by a difference in film thickness for each region immediately below each gate electrode (patents). Reference 1).
In the gate insulating film having a so-called ONO structure in which the silicon oxide films 102, 104, and 106 are laminated so as to sandwich the silicon nitride film 103, every time signal charges are read from the light receiving portion to the vertical CCD, electrons are generated by the hot electron effect. Is trapped in the silicon nitride film 103.

この弊害は、図9に示した読み出し電圧増加量と使用時間との関係を表す特性図から分かるように、製造ロットによって多少のずれが生じるものの、従来の固体撮像装置において、使用時間の経過とともに信号電荷を読出すために必要な電圧を上昇させる。したがって、次第に規定の読み出し電圧では、受光部から垂直CCDへの信号電荷の読出しを困難にして、画質の劣化を発生させ、CCD型固体撮像装置に対する高画質化の要求に反するという問題を引き起こす。
特開平4−335572号公報
As can be seen from the characteristic diagram showing the relationship between the read voltage increase amount and the usage time shown in FIG. 9, this problem is caused by the manufacturing lot, but in the conventional solid-state imaging device, the usage time elapses. The voltage necessary for reading the signal charge is increased. Therefore, with a gradually specified read voltage, it becomes difficult to read signal charges from the light receiving unit to the vertical CCD, causing degradation of image quality and causing a problem that goes against the demand for higher image quality for the CCD type solid-state imaging device.
JP-A-4-335572

この問題を解決する手段として、読み出し時の固体撮像装置の駆動電圧を上げることも考えられるが、この手段を採用すると、低消費電力化の要求に逆行するだけでなくCCD型固体撮像装置においては電界が強くなることによる白キズの増加などの弊害が生じて画質向上の要求に反する。これに対して発明者は、図10に示した読み出し電圧増加量とシリコン窒化膜の膜厚との関係を示す特性図から分かるように、シリコン窒化膜103の膜厚を薄くすることによって信号電荷読出し電圧の上昇を抑制できることを見出した。   As a means for solving this problem, it is conceivable to increase the driving voltage of the solid-state imaging device at the time of reading, but if this means is adopted, not only does it go against the demand for low power consumption, but in the CCD type solid-state imaging device, There are adverse effects such as an increase in white flaws caused by an increase in the electric field, which is against the demand for image quality improvement. On the other hand, the inventor reduces the signal charge by reducing the thickness of the silicon nitride film 103, as can be seen from the characteristic diagram showing the relationship between the read voltage increase and the thickness of the silicon nitride film shown in FIG. It was found that an increase in read voltage can be suppressed.

しかし、あまりにシリコン窒化膜103を薄くすると、垂直CCDを構成する半導体基板101のポテンシャルが隣接電極によるフリンジ電界の影響を受けにくくなり、垂直CCDにおいて電荷を転送させる際、ドリフトを支配的にして規定時間内に電荷を転送することが困難になって画質の向上に反する。逆に規定時間内に転送するには高い電圧を印加する必要が生じ、低消費電力化の要求に反する。   However, if the silicon nitride film 103 is made too thin, the potential of the semiconductor substrate 101 constituting the vertical CCD becomes difficult to be affected by the fringe electric field due to the adjacent electrodes, and the drift is dominantly defined when transferring charges in the vertical CCD. It becomes difficult to transfer charges in time, which is contrary to the improvement of image quality. On the contrary, it is necessary to apply a high voltage to transfer within a specified time, which is contrary to the demand for low power consumption.

そこで、図11(b)に示すように、第1の従来のIT−CCD型固体撮像装置に比べて当該ポテンシャルの過度の変化を抑制するためにシリコン窒化膜203を覆うシリコン酸化膜204,206を厚く配設した。なお、図11(a)は、第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置の一画素306を示す概略構成図であり、同図(b)は、図11(a)にて示すA断面を矢視した概略断面図である。   Therefore, as shown in FIG. 11B, silicon oxide films 204 and 206 covering the silicon nitride film 203 in order to suppress an excessive change in the potential as compared with the first conventional IT-CCD type solid-state imaging device. Was thickly arranged. FIG. 11A is a schematic configuration diagram showing one pixel 306 of the second conventional IT-CCD type solid-state imaging device, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along A in FIG. 11A. It is the schematic sectional drawing which looked at.

すると、図12(b)に示すように、第1ゲート電極205を形成した後の酸化工程において、第1ゲート電極205の端がゲート絶縁膜と反対の方向に向けて反った状態になることが顕著に現れた。
これにより第1の従来のIT−CCD型固体撮像装置の垂直CCDに比べてシリコン酸化膜204の膜厚の均一な領域が顕著に減少し、すなわち電荷転送のために電極に要求される実効的な面積がC領域からD領域に顕著に減少して、第1の従来の垂直CCDに比べて第2の従来の垂直CCDにおいて取り扱い可能な電荷量が顕著に減少し、画質の劣化を誘発するという新たな問題が発生した。図12(a)は、第2の従来のCCD型固体撮像装置の一画素306を示す概略構成図であり、同図(b)は、図12(a)にて示すB断面を矢視した概略断面図である。
Then, as shown in FIG. 12B, in the oxidation process after forming the first gate electrode 205, the end of the first gate electrode 205 is warped in the direction opposite to the gate insulating film. Appeared prominently.
As a result, the uniform region of the thickness of the silicon oxide film 204 is remarkably reduced as compared with the vertical CCD of the first conventional IT-CCD type solid-state imaging device, that is, the effective required for the electrode for charge transfer. Area significantly decreases from the C region to the D region, and the amount of charge that can be handled in the second conventional vertical CCD is significantly reduced as compared with the first conventional vertical CCD, thereby inducing deterioration in image quality. A new problem has occurred. FIG. 12A is a schematic configuration diagram showing one pixel 306 of the second conventional CCD type solid-state imaging device, and FIG. 12B is a view of the B cross section shown in FIG. It is a schematic sectional drawing.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、CCD型固体撮像装置に適用した場合に信号電荷読出し電圧の上昇を低減でき、かつ、取り扱い電荷量の減少を抑制して画質の劣化を抑制することのできる電荷転送装置とその製造方法とを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and when applied to a CCD type solid-state imaging device, the increase in signal charge read voltage can be reduced, and the reduction in the amount of charge handled can be suppressed to reduce the image quality. It is an object of the present invention to provide a charge transfer device that can be suppressed and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するため、本発明に係る電荷転送装置では、半導体基板の上面に第1の絶縁膜を積層させ、その上に、第1ゲート電極と、第2ゲート電極とを電荷転送方向に交互に並んだ状態で積層させ、上記第1ゲート電極と上記第2ゲート電極との間には、第2の絶縁膜が介在する構造を備えた電荷転送装置に対し、上記第1の絶縁膜では、窒化膜の上に酸化膜を積層した構成を有するようにし、上記酸化膜においては、上記窒化膜と上記第1ゲート電極との間に介在する部分の第1の厚みと、上記窒化膜と上記第2ゲート電極との間に介在する部分の第2の厚みとを異ならせ、かつ上記窒化膜においては、上記第1ゲート電極直下の部分の第3の厚みと、上記第2ゲート電極直下の部分の第4の厚みとを異ならせた。   In order to achieve the above object, in the charge transfer device according to the present invention, a first insulating film is stacked on the upper surface of a semiconductor substrate, and a first gate electrode and a second gate electrode are formed on the first insulating film in the charge transfer direction. For the charge transfer device having a structure in which the second insulating film is interposed between the first gate electrode and the second gate electrode, the first insulating film is stacked in an alternately arranged state. Then, an oxide film is laminated on the nitride film, and the oxide film includes a first thickness of a portion interposed between the nitride film and the first gate electrode, and the nitride film. And the second thickness of the portion interposed between the second gate electrode and the second gate electrode, and in the nitride film, the third thickness of the portion immediately below the first gate electrode and the second gate electrode The fourth thickness of the portion immediately below was made different.

本発明に係る電荷転送装置の製造方法では、半導体基板の一方の主面上に窒化膜を形成するステップと、上記窒化膜上にその主面に沿う1軸方向に点在するように第1の酸化膜と第1ゲート電極とをこの順に積重ねた状態で形成するステップと、上記第1ゲート電極の露出面から上記窒化膜の露出面に亘って酸素ラジカルを用いて当該露出面を酸化することのみによって第2の酸化膜を、上記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも上記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように形成するステップと、上記第1ゲート電極と隣接するように上記第2の酸化膜の露出面に第2ゲート電極を上記1軸方向に形成するステップとを含ませた。   In the method of manufacturing a charge transfer device according to the present invention, the step of forming a nitride film on one main surface of the semiconductor substrate, and the first so as to be scattered in one axial direction along the main surface on the nitride film. Forming the first oxide film and the first gate electrode in a stacked state in this order, and oxidizing the exposed surface using oxygen radicals from the exposed surface of the first gate electrode to the exposed surface of the nitride film. The step of forming the second oxide film so that the thickness of at least the portion on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film, and so as to be adjacent to the first gate electrode. Forming a second gate electrode on the exposed surface of the second oxide film in the uniaxial direction.

また、本発明に係る電荷転送装置の製造方法では、半導体基板の一方の主面上に窒化膜を形成するステップと、上記窒化膜上にその主面に沿う一軸方向に点在するように第1の酸化膜と第1ゲート電極とをこの順に積重ねた状態で形成するステップと、上記窒化膜の露出面から第1ゲート電極の露出面に亘って酸素ラジカルを用いた酸化法を用いて酸化した後パイロ酸化法を用いて当該露出面を酸化し、あるいはこの逆の順序で当該露出面を酸化することによって第2の酸化膜を、上記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも上記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように形成するステップと、上記第1ゲート電極と隣接するように上記第2の酸化膜の露出面に第2ゲート電極を上記1軸方向に形成するステップとを含ませた。   Further, in the method for manufacturing the charge transfer device according to the present invention, the step of forming a nitride film on one main surface of the semiconductor substrate, and the step of forming a scatter in the uniaxial direction along the main surface on the nitride film. Forming a first oxide film and a first gate electrode in a stacked state in this order, and oxidizing using an oxidation method using oxygen radicals from the exposed surface of the nitride film to the exposed surface of the first gate electrode. Then, the exposed surface is oxidized by using a pyro-oxidation method, or the exposed surface is oxidized in the reverse order, so that the second oxide film is at least nitridized compared to the thickness of the first oxide film. Forming a thickness of a portion on the film, and forming a second gate electrode in the uniaxial direction on the exposed surface of the second oxide film so as to be adjacent to the first gate electrode; Included.

本発明では、上記第1の絶縁膜を構成する上記酸化膜、上記窒化膜それぞれの厚みを、面内均一にせず、上記第1ゲート電極に覆われた部分と上記第2ゲート電極に覆われた部分とで、異なるようにしたので、上記窒化膜の厚みを上記各部分でホットエレクトロン効果に起因する弊害を抑制できる厚みに調整できると共に、上記酸化膜の厚みを上記各部分で電極の反りを抑制できる厚みに調整することができ、したがって、両方の問題を同時に解決することができる。   In the present invention, the thickness of each of the oxide film and the nitride film constituting the first insulating film is not uniform in the surface, and is covered by the portion covered with the first gate electrode and the second gate electrode. Therefore, the thickness of the nitride film can be adjusted to a thickness that can suppress the adverse effects caused by the hot electron effect in each of the portions, and the thickness of the oxide film can be warped in each portion. Therefore, both problems can be solved at the same time.

従来の各電荷転送装置を固体撮像装置に適用した場合、それぞれにおいてゲート絶縁膜を構成する酸化膜、窒化膜各々の厚みを面内均一に調整していたので、信号電荷読み出し電圧の上昇を抑制できるように窒化膜の厚みを減らすと、それに伴って容量維持の観点から酸化膜の厚みを増さなければならず、既述の取り扱い電荷量の減少という弊害が発生する。逆に取り扱い電荷量の減少を抑制するには酸化膜の厚みを減らせばよいが、それに伴って容量維持の観点から窒化膜の厚みを増さなければならず、信号電荷読み出し電圧の上昇を招く。   When each conventional charge transfer device is applied to a solid-state imaging device, the thickness of each of the oxide film and nitride film constituting the gate insulating film is adjusted to be uniform in the surface, thereby suppressing an increase in signal charge read voltage. If the thickness of the nitride film is reduced as much as possible, the thickness of the oxide film must be increased from the standpoint of maintaining the capacity, resulting in the disadvantage of reducing the amount of charge already described. Conversely, the thickness of the oxide film can be reduced in order to suppress the decrease in the amount of charge handled. However, the thickness of the nitride film must be increased from the standpoint of maintaining the capacity, leading to an increase in the signal charge read voltage. .

これに対して本発明では、第1ゲート電極直下と、第2ゲート電極直下とで酸化膜、窒化膜それぞれの厚みの適値が異なることに着目し、上記第1の絶縁膜を構成する酸化膜ならびに窒化膜それぞれの厚みを個別に適値に調整できる構成としたので、本発明では上記各弊害を同時に抑制することができる。
具体的には、本発明に係る電荷転送装置を固体撮像装置に組み込み、上記第2ゲート電極を、上記光電変換素子に蓄積された電荷を上記電荷転送路に読み出すゲート電極に割り当て、上記第1ゲート電極を電荷転送用のゲート電極に割り当てて駆動させた場合、上記窒化膜のうち、上記第2ゲート電極直下の部分の厚みを、上記第1ゲート電極直下の部分の厚みに比べて小さくすると、上記ホットエレクトロン効果が生じる部分に対応する上記窒化膜部分のみの厚みを減らすことができるので、第1の従来のIT−CCD型固体撮像装置と比べて、ホットエレクトロン効果によって発生した電荷が上記窒化膜にトラップされることを抑制できる。
On the other hand, in the present invention, focusing on the fact that the appropriate values of the thicknesses of the oxide film and the nitride film are different between immediately below the first gate electrode and immediately below the second gate electrode, the oxidation that constitutes the first insulating film is performed. Since the thickness of each of the film and the nitride film can be individually adjusted to an appropriate value, the present invention can simultaneously suppress each of the above disadvantages.
Specifically, the charge transfer device according to the present invention is incorporated in a solid-state imaging device, the second gate electrode is assigned to the gate electrode that reads out the charge accumulated in the photoelectric conversion element to the charge transfer path, and the first When driving by assigning the gate electrode to the gate electrode for charge transfer, the thickness of the portion of the nitride film immediately below the second gate electrode is made smaller than the thickness of the portion immediately below the first gate electrode. Since the thickness of only the nitride film portion corresponding to the portion where the hot electron effect occurs can be reduced, the charge generated by the hot electron effect is higher than that of the first conventional IT-CCD solid-state imaging device. Trapping by the nitride film can be suppressed.

また、この場合に、上記酸化膜のうち、上記第1ゲート電極と上記窒化膜との間に介在する部分の厚みを、上記第2ゲート電極と上記窒化膜との間に介在する部分の厚みに比べて小さくすると、既述の取り扱い電荷量の減少を招く上記酸化膜部分の厚みのみを減らすことができるので、上記第1ゲート電極と上記第2ゲート電極との間に介在する第2の絶縁膜を、具体的には第2絶縁膜を酸化膜で形成する際に、上記第1ゲート電極と窒化膜との間に介在する酸化膜部分を透過する酸素原子の量を抑制することができ、第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置と比べて、電極の反りを抑制することができる。   In this case, the thickness of the portion of the oxide film interposed between the first gate electrode and the nitride film is the thickness of the portion of the oxide film interposed between the second gate electrode and the nitride film. Since the thickness of the oxide film portion that causes a reduction in the amount of charge handled as described above can be reduced, the second gate electrode interposed between the first gate electrode and the second gate electrode can be reduced. When the insulating film, specifically, the second insulating film is formed of an oxide film, the amount of oxygen atoms transmitted through the oxide film portion interposed between the first gate electrode and the nitride film can be suppressed. In comparison with the second conventional IT-CCD type solid-state imaging device, the warpage of the electrodes can be suppressed.

したがって、本発明に係る電荷転送装置を固体撮像装置に組み込んだ場合には、第1の従来のIT−CCD型固体撮像装置と比べて、光電変換素子から信号電荷を読み出す際に印加する電圧の経時的上昇を抑制することができ、かつ第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置と比べて、取り扱い電荷量の減少を抑制して画質の劣化を抑制することができる。   Therefore, when the charge transfer device according to the present invention is incorporated in a solid-state imaging device, the voltage applied when reading the signal charge from the photoelectric conversion element is compared with the first conventional IT-CCD solid-state imaging device. A rise with time can be suppressed, and a reduction in the amount of charge handled can be suppressed and deterioration of image quality can be suppressed as compared with the second conventional IT-CCD solid-state imaging device.

上記酸化膜のうち上記第1ゲート電極と上記窒化膜との間に介在する部分の厚みを上記第2ゲート電極と上記窒化膜との間に介在する部分の厚みより小さく、上記窒化膜のうち上記第1ゲート電極直下の部分の厚みを上記第2ゲート電極直下の部分の厚みより大きくすると、上記第1ゲート電極と上記半導体基板との間の静電容量と、上記第2ゲート電極と上記半導体基板との間の静電容量とを略等しくすることが可能になり、転送効率の低下を抑制することができて、好ましい。   Of the oxide film, the thickness of the portion interposed between the first gate electrode and the nitride film is smaller than the thickness of the portion interposed between the second gate electrode and the nitride film, When the thickness of the portion immediately below the first gate electrode is greater than the thickness of the portion immediately below the second gate electrode, the capacitance between the first gate electrode and the semiconductor substrate, the second gate electrode, and the It is preferable because the capacitance between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate can be made substantially equal, and a decrease in transfer efficiency can be suppressed.

上記第1ゲート電極が、上記電荷転送路に沿って電荷を転送する機能を併せ持っていても、上記効果と同様の効果を奏することができる。
本発明に係る製造方法では、上記第1ゲート電極の露出面から上記窒化膜の露出面に亘って酸素ラジカルを用いて当該露出面を酸化することのみによって上記酸化膜を形成するので、被酸化物の材質が異なっていても、同等のレートで酸化することができる。
Even if the first gate electrode has a function of transferring charges along the charge transfer path, the same effect as described above can be obtained.
In the manufacturing method according to the present invention, the oxide film is formed only by oxidizing the exposed surface using oxygen radicals from the exposed surface of the first gate electrode to the exposed surface of the nitride film. Even if the materials are different, they can be oxidized at the same rate.

一般的に、上記各ゲート電極はポリシリコンを主成分に含んでおり、かつポリシリコンを主成分に含む部材と窒化物とでは、酸化レートに大きな差のあることが知られている。
既述の製造工程から、当該ポリシリコンを主成分とする第1ゲート電極と窒化膜とが同時に酸化されることとなるが、当該酸化工程において酸素ラジカルを用いることなく酸化すると、ポリシリコンを主成分とする第1ゲート電極の酸化が進む一方で、窒化膜の酸化が進まず、窒化膜を酸化して所望の厚みの酸化膜を得るまでに第1ゲート電極が過剰に酸化されてしまい、ゲート電極として機能するために必要な実効的な面積を確保することが困難となる。
In general, each of the gate electrodes contains polysilicon as a main component, and it is known that there is a great difference in oxidation rate between a nitride and a member containing polysilicon as a main component.
From the manufacturing process described above, the first gate electrode containing the polysilicon as a main component and the nitride film are oxidized at the same time. However, if oxidation is performed without using oxygen radicals in the oxidation process, the polysilicon is mainly used. While the oxidation of the first gate electrode as a component proceeds, the oxidation of the nitride film does not proceed, and the first gate electrode is excessively oxidized until the oxide film having a desired thickness is obtained by oxidizing the nitride film, It becomes difficult to secure an effective area necessary for functioning as a gate electrode.

これに対して、本発明に係る製造方法では、酸素ラジカルを用いて酸化することのみによって上記酸化膜を形成するので、上記第1ゲート電極と上記窒化膜とが異なる材質であろうと、同等のレートで酸化することができ、上記第1ゲート電極と上記第2ゲート電極とを電気的に絶縁する酸化膜を形成しながら、上記第1ゲート電極を過剰に酸化することを抑制することができて、上記第1ゲート電極がその機能を発揮するために必要な実効的な面積を確保することができる。   On the other hand, in the manufacturing method according to the present invention, the oxide film is formed only by oxidation using oxygen radicals. Therefore, even if the first gate electrode and the nitride film are made of different materials, they are equivalent. It is possible to oxidize at a rate and to suppress excessive oxidation of the first gate electrode while forming an oxide film that electrically insulates the first gate electrode and the second gate electrode. Thus, an effective area necessary for the first gate electrode to perform its function can be ensured.

なおかつ、本発明に係る製造方法では、上記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも上記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように上記第2の酸化膜を、酸素ラジカルを用いて酸化することのみにより形成するので、上記第2の酸化膜のうち上記窒化膜上の部分の厚みが上記第1の酸化膜の厚みと比べて大きくなるように形成できるとともに、それに伴って上記第2ゲート電極直下の窒化膜の厚みを上記第1ゲート電極直下の窒化膜の厚みより小さくすることができる。   Moreover, in the manufacturing method according to the present invention, the second oxide film is oxidized using oxygen radicals so that the thickness of at least a portion on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film. Therefore, the second oxide film can be formed so that the thickness of the portion of the second oxide film on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film. The thickness of the nitride film directly under the electrode can be made smaller than the thickness of the nitride film directly under the first gate electrode.

したがって、本発明に係る製造方法では、第1ゲート電極直下の酸化膜部分の厚みが第2ゲート電極直下の酸化膜部分の厚みより大きく形成できるとともに、同時に第2ゲート電極直下の窒化膜部分の厚みを第1ゲート電極直下の窒化膜部分の厚みより小さく形成できるので、本発明に係る電荷転送装置(固体撮像装置)を好適に製造することができる。
また、本発明に係る製造方法では、上記第1ゲート電極の露出面から上記窒化膜の露出面に亘ってこれらを酸化して酸化膜を形成する際に、酸素ラジカルを用いた酸化とパイロ酸化とを併用して酸化する。
Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the oxide film portion immediately below the first gate electrode can be formed larger than the thickness of the oxide film portion directly below the second gate electrode, and at the same time, the thickness of the nitride film portion directly below the second gate electrode Since the thickness can be made smaller than the thickness of the nitride film portion directly below the first gate electrode, the charge transfer device (solid-state imaging device) according to the present invention can be suitably manufactured.
Further, in the manufacturing method according to the present invention, when an oxide film is formed by oxidizing these from the exposed surface of the first gate electrode to the exposed surface of the nitride film, oxidation using oxygen radicals and pyro-oxidation are performed. Oxidizes in combination with.

酸化膜を薄く形成する酸化法として急速熱酸化法が知られており、また、質の高い酸化膜を形成する酸化法としてドライ酸化法が知られているが、パイロ酸化法によって酸化膜を形成すると、それらの酸化法によって形成された酸化膜と比べて、膜中の欠陥密度が低く、かつ同等の厚みの酸化膜を得ることができる。
したがって、当該パイロ酸化を用いることによって、酸化膜の経時絶縁破壊寿命を延伸させることができる。
A rapid thermal oxidation method is known as an oxidation method for forming a thin oxide film, and a dry oxidation method is known as an oxidation method for forming a high-quality oxide film. An oxide film is formed by a pyro oxidation method. Then, compared with the oxide film formed by those oxidation methods, an oxide film having a low defect density in the film and an equivalent thickness can be obtained.
Therefore, the dielectric breakdown lifetime of the oxide film can be extended by using the pyrooxidation.

そして、酸素ラジカルを用いて酸化処理を施せば、上記第1ゲート電極と上記窒化膜とが異なる材質であろうと、これらを同等のレートで酸化でき、上記第1ゲート電極と上記第2ゲート電極とを電気的に絶縁する酸化膜を形成しながら、上記第1ゲート電極を過剰に酸化することを抑制することができて、上記第1ゲート電極がその機能を発揮するために必要な実効的な面積を確保することができる。   If the oxidation treatment is performed using oxygen radicals, the first gate electrode and the second gate electrode can be oxidized at the same rate regardless of whether the first gate electrode and the nitride film are made of different materials. The first gate electrode can be prevented from being excessively oxidized while forming an oxide film that electrically insulates the first gate electrode, and the first gate electrode is effective for exhibiting its function. A large area can be secured.

なおかつ、本発明に係る製造方法では、上記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも上記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように上記第2の酸化膜を、酸素ラジカルを用いた酸化法とパイロ酸化法とを併用することにより形成するので、上記第2の酸化膜のうち上記窒化膜上の部分の厚みが上記第1の酸化膜の厚みと比べて大きくなるように形成できるとともに、それに伴って上記第2ゲート電極直下の窒化膜の厚みを上記第1ゲート電極直下の窒化膜の厚みより小さくすることができる。   In the manufacturing method according to the present invention, the second oxide film is oxidized using an oxygen radical so that the thickness of at least a portion on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film. And the pyro-oxidation method can be used so that the thickness of the portion of the second oxide film on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film, Accordingly, the thickness of the nitride film immediately below the second gate electrode can be made smaller than the thickness of the nitride film immediately below the first gate electrode.

したがって、本発明に係る製造方法では、第1ゲート電極直下の酸化膜部分の厚みが第2ゲート電極直下の酸化膜部分の厚みより大きく形成できるとともに、同時に第2ゲート電極直下の窒化膜部分の厚みを第1ゲート電極直下の窒化膜部分の厚みより小さく形成できるので、本発明に係る電荷転送装置(固体撮像装置)を好適に製造することができる。   Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, the thickness of the oxide film portion immediately below the first gate electrode can be formed larger than the thickness of the oxide film portion directly below the second gate electrode, and at the same time, the thickness of the nitride film portion directly below the second gate electrode Since the thickness can be made smaller than the thickness of the nitride film portion directly below the first gate electrode, the charge transfer device (solid-state imaging device) according to the present invention can be suitably manufactured.

(実施の形態1)
以下に、本発明の第1の実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の概略構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置では、半導体基板1に複数の受光部2が二次元状に配設されており、Y方向に配列された受光部2に沿って垂直転送部(垂直CCD)3が受光部2の列ごとに配設され、かつ受光部2の最終行に隣接するように水平転送部(水平CCD)4がX方向に配列され、水平CCD4の列の端にアンプ5が設けられている。受光部2はフォトダイオードであって、受光した光の強度に応じて電荷を蓄積する光電変換素子としての機能を有しており、1つの受光部2とこれに隣接する垂直CCD3の一部とで1つの画素6が構成されている。
(Embodiment 1)
The IT-CCD type solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, a plurality of light receiving portions 2 are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate 1 and are arranged in the Y direction. A vertical transfer unit (vertical CCD) 3 is arranged for each column of the light receiving unit 2 along the horizontal line 2, and a horizontal transfer unit (horizontal CCD) 4 is arranged in the X direction so as to be adjacent to the last row of the light receiving unit 2. An amplifier 5 is provided at the end of the horizontal CCD 4 column. The light receiving unit 2 is a photodiode and has a function as a photoelectric conversion element that accumulates electric charges according to the intensity of received light, and includes one light receiving unit 2 and a part of the vertical CCD 3 adjacent thereto. Thus, one pixel 6 is configured.

図1の矢印で示すように、受光部2に蓄積された電荷は、各受光部2に隣接する垂直CCD3に読み出され、垂直CCD3の列によってY方向に転送され、かつ水平CCD4の列によってX方向に転送され、アンプ5によって増幅されて外部に出力される。
図2は、本実施の形態に係るCCD型固体撮像装置において垂直CCDの一部を拡大した要部断面図である。図2に示すように、本実施の形態に係る垂直CCDでは、半導体基板1の一方の主面上にシリコン酸化膜12、シリコン窒化膜13、シリコン酸化膜14,16がこの順に積層されてなるゲート絶縁膜が配設されており、シリコン酸化膜14,16上に第1ゲート電極15と第2ゲート電極18とが信号電荷を転送するために設けられている。第1ゲート電極15と第2ゲート電極18とは層間絶縁膜17で分離され電気的に絶縁されている。半導体基板1には図示を省略しているが周知の信号転送路が設けられている。
As indicated by the arrows in FIG. 1, the charges accumulated in the light receiving units 2 are read out to the vertical CCDs 3 adjacent to the respective light receiving units 2, transferred in the Y direction by the columns of the vertical CCDs 3, and by the columns of the horizontal CCDs 4. It is transferred in the X direction, amplified by the amplifier 5 and output to the outside.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a vertical CCD in the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the vertical CCD according to the present embodiment, a silicon oxide film 12, a silicon nitride film 13, and silicon oxide films 14 and 16 are laminated in this order on one main surface of a semiconductor substrate 1. A gate insulating film is provided, and a first gate electrode 15 and a second gate electrode 18 are provided on the silicon oxide films 14 and 16 for transferring signal charges. The first gate electrode 15 and the second gate electrode 18 are separated by an interlayer insulating film 17 and are electrically insulated. Although not shown, the semiconductor substrate 1 is provided with a well-known signal transfer path.

本実施の形態では、第2ゲート電極18が、電荷転送用の電極として用いられているのみならず、受光部2(図1参照)として機能するフォトダイオードからそこに蓄積された信号電荷を読み出すための信号電荷読み出し電極として用いられている。
ゲート絶縁膜において第2ゲート電極18に覆われた部分では、シリコン窒化膜13の膜厚t13bが第1の従来の垂直CCDにおいて上記信号電荷読み出し電極に覆われたシリコン窒化膜の厚みに比べて小さいので、上記信号電荷を読み出す際にホットエレクトロン効果によって電子がシリコン窒化膜13にトラップされることを抑制することができる。
In the present embodiment, the second gate electrode 18 is used not only as an electrode for charge transfer, but also reads out the signal charge accumulated therein from the photodiode functioning as the light receiving unit 2 (see FIG. 1). Is used as a signal charge readout electrode.
In the portion of the gate insulating film covered with the second gate electrode 18, the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 is larger than the thickness of the silicon nitride film covered with the signal charge readout electrode in the first conventional vertical CCD. Since it is small, it is possible to suppress trapping of electrons in the silicon nitride film 13 by the hot electron effect when reading out the signal charges.

他方、ゲート絶縁膜において第1ゲート電極15に覆われた部分では、シリコン酸化膜14の膜厚t14が第2の従来のCCDにおいて電荷転送専用電極に接するシリコン酸化膜の厚みに比べて小さいので、第2の従来のCCDに比べて、第1ゲート電極15と第2ゲート電極18とを電気的に分離するための層間絶縁膜を形成する際に第1ゲート電極15の縁が反った状態になることを抑制でき、CCD型固体撮像装置の電荷転送部(垂直CCD3)において、半導体基板1のうち第1ゲート電極15に覆われた部分でのポテンシャルに寄与する、第1ゲート電極15の実効的な面積が減少することを抑制することができる。   On the other hand, in the portion of the gate insulating film covered with the first gate electrode 15, the thickness t14 of the silicon oxide film 14 is smaller than the thickness of the silicon oxide film in contact with the charge transfer dedicated electrode in the second conventional CCD. Compared to the second conventional CCD, the edge of the first gate electrode 15 is warped when an interlayer insulating film for electrically separating the first gate electrode 15 and the second gate electrode 18 is formed. Of the first gate electrode 15 that contributes to the potential of the portion of the semiconductor substrate 1 covered by the first gate electrode 15 in the charge transfer unit (vertical CCD 3) of the CCD solid-state imaging device. A reduction in effective area can be suppressed.

本実施の形態では、ゲート絶縁膜のうち第2ゲート電極18に覆われた部分と第1ゲート電極15に覆われた部分とを対比すると、当該第2ゲート電極18被覆部分のシリコン酸化膜16の膜厚t16が当該第1ゲート電極15被覆部分のシリコン酸化膜14の膜厚t14に比べて厚い反面、当該第2ゲート電極18被覆部分のシリコン窒化膜13の膜厚t13bが当該第1ゲート電極15被覆部分のシリコン窒化膜13の膜厚t13aに比べて薄くなるようにゲート絶縁膜が配設されている。   In the present embodiment, when the portion covered with the second gate electrode 18 and the portion covered with the first gate electrode 15 in the gate insulating film are compared, the silicon oxide film 16 in the covered portion of the second gate electrode 18 is compared. The film thickness t16 is thicker than the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 covering the first gate electrode 15, whereas the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 covering the second gate electrode 18 is the first gate. A gate insulating film is disposed so as to be thinner than the film thickness t13a of the silicon nitride film 13 covering the electrode 15.

ゲート絶縁膜が上記構造を有することによって、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極18と半導体基板1との間の静電容量との差が生じることを抑制することができる。
<ゲート電極ごとの静電容量調整の例>
第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極と半導体基板1との間の静電容量とを略等しくするための一例を示す。例えば、第1ゲート電極15に覆われたシリコン窒化膜13の膜厚t13aが40[nm]に設定され、このシリコン窒化膜13を覆うシリコン酸化膜14の膜厚t14が5[nm]に設定されているとき、第2ゲート電極18に覆われたシリコン窒化膜13の膜厚t13bが20[nm]に設定され、このシリコン窒化膜13を覆うシリコン酸化膜16の膜厚t16が15[nm]に設定されていると、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極と半導体基板1との間の静電容量とを略等しくすることができる。
When the gate insulating film has the above structure, a difference between the capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 and the capacitance between the second gate electrode 18 and the semiconductor substrate 1 occurs. This can be suppressed.
<Example of capacitance adjustment for each gate electrode>
An example for making the electrostatic capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 substantially equal to the electrostatic capacitance between the second gate electrode and the semiconductor substrate 1 is shown. For example, the film thickness t13a of the silicon nitride film 13 covered with the first gate electrode 15 is set to 40 [nm], and the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 covering the silicon nitride film 13 is set to 5 [nm]. In this case, the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 covered with the second gate electrode 18 is set to 20 [nm], and the film thickness t16 of the silicon oxide film 16 covering the silicon nitride film 13 is 15 [nm]. ], The capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 and the capacitance between the second gate electrode and the semiconductor substrate 1 can be made substantially equal.

なぜなら、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜の誘電率は約2倍であるので、シリコン酸化膜の誘電率に対するシリコン窒化膜の誘電率の比ε1(n/o)を約2倍とし、静電容量を略等しくするための膜厚計算をする際、シリコン酸化膜を基準にすると、シリコン窒化膜の膜厚に当該比ε1(n/o)の逆数を乗じて、すなわちシリコン窒化膜の膜厚を約半分にして計算をし、この計算結果に基づいて各々の膜厚を決定したからである。   Because the dielectric constant of the silicon nitride film is about twice that of the silicon oxide film, the ratio ε1 (n / o) of the dielectric constant of the silicon nitride film to the dielectric constant of the silicon oxide film is about twice, When calculating the film thickness to make the capacitances substantially equal, if the silicon oxide film is used as a reference, the film thickness of the silicon nitride film is multiplied by the reciprocal of the ratio ε1 (n / o), that is, the film of the silicon nitride film This is because the calculation was performed with the thickness approximately halved, and each film thickness was determined based on the calculation result.

具体的には、シリコン酸化膜12が第1ゲート電極15に覆われた部分から第2ゲート電極18に覆われた部分にかけて均一に20[nm]の膜厚で配され、シリコン窒化膜13が第1ゲート電極15に覆われた部分の膜厚が40[nm]となるようにかつ第2ゲート電極18に覆われた部分の膜厚が20[nm]となるように配され、シリコン酸化膜14が5.0[nm]の膜厚で配され、かつシリコン酸化膜16が15[nm]の膜厚で配されているとき、ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極15に覆われた部分において、シリコン酸化膜を基準にして静電容量を等しくするための膜厚換算をすると、換算後の膜厚は20+(40/2)+5で45[nm]となり、他方、ゲート絶縁膜のうち第2ゲート電極18に覆われた部分において、シリコン酸化膜を基準にして静電容量を等しくするための膜厚換算をすると、換算後の膜厚は20+(20/2)+15で45[nm]となって、ゲート絶縁膜において第1ゲート電極に覆われた部分と第2ゲート電極に覆われた部分とを比較すると、静電容量を等しくする観点から換算した膜厚が等しくなり、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極18と半導体基板1との間の静電容量とを略等しくすることができる。   Specifically, the silicon oxide film 12 is uniformly distributed with a thickness of 20 [nm] from the portion covered with the first gate electrode 15 to the portion covered with the second gate electrode 18, and the silicon nitride film 13 is formed. Silicon oxide is disposed so that the film thickness of the portion covered by the first gate electrode 15 is 40 [nm] and the film thickness of the portion covered by the second gate electrode 18 is 20 [nm]. When the film 14 was disposed with a thickness of 5.0 [nm] and the silicon oxide film 16 was disposed with a thickness of 15 [nm], the gate insulating film was covered with the first gate electrode 15. When the film thickness is converted to equalize the capacitance with respect to the silicon oxide film in the portion, the converted film thickness is 20+ (40/2) +5, which is 45 [nm]. Of these, in the portion covered by the second gate electrode 18 When the film thickness conversion for equalizing the capacitance with respect to the silicon oxide film is performed, the converted film thickness is 20+ (20/2) +15, which is 45 [nm], and the first gate in the gate insulating film. When comparing the portion covered with the electrode and the portion covered with the second gate electrode, the film thicknesses converted from the viewpoint of equalizing the capacitance are equal, and the gap between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 is the same. The capacitance and the capacitance between the second gate electrode 18 and the semiconductor substrate 1 can be made substantially equal.

なお、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜の誘電率が2倍からずれる場合があっても、シリコン酸化膜の誘電率に対するシリコン窒化膜の誘電率の比εx(n/o)を適宜、改めて算出し、静電容量を略等しくするための膜厚計算をする際、シリコン酸化膜を基準にすると、シリコン窒化膜の膜厚にこの改めて算出した比εx(n/o)の逆数を乗じて計算をし、各々の膜厚を決定すればよい。   Even if the dielectric constant of the silicon nitride film may deviate from twice that of the silicon oxide film, the ratio εx (n / o) of the dielectric constant of the silicon nitride film to the dielectric constant of the silicon oxide film is changed as appropriate. When calculating and calculating the film thickness to make the capacitances substantially equal, with the silicon oxide film as a reference, the film thickness of the silicon nitride film is multiplied by the reciprocal of the newly calculated ratio εx (n / o). It is only necessary to calculate and determine each film thickness.

《実施の形態1に係るIT−CCD型固体撮像装置の効果》
本実施の形態では、第2ゲート電極18が、電荷転送用の電極として用いられているのみならず、受光部であるフォトダイオードからそこに蓄積された信号電荷を読み出すための信号電荷読み出し電極として用いられている。そして、ゲート絶縁膜において第2ゲート電極18に覆われた部分では、シリコン窒化膜13の膜厚t13bが第1の従来の垂直CCDにおいて上記信号電荷読み出し電極に覆われたシリコン窒化膜の厚みに比べて小さいので、上記信号電荷を読み出す際にホットエレクトロン効果によって電子がシリコン窒化膜13にトラップされることを抑制することができる。
<< Effects of IT-CCD Solid-State Imaging Device According to Embodiment 1 >>
In the present embodiment, the second gate electrode 18 is not only used as an electrode for charge transfer, but also as a signal charge readout electrode for reading out signal charges accumulated therein from a photodiode as a light receiving unit. It is used. In the portion of the gate insulating film covered with the second gate electrode 18, the thickness t13b of the silicon nitride film 13 is equal to the thickness of the silicon nitride film covered with the signal charge readout electrode in the first conventional vertical CCD. Since it is smaller than that, it is possible to suppress trapping of electrons in the silicon nitride film 13 due to the hot electron effect when reading out the signal charges.

したがって、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置では、上記信号電荷を読み出す度に規定の読み出し電圧では読み出しにくくなるという弊害を抑制することができ、読み出し電圧を維持していても画質の劣化を抑制することができる。また、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置では、上記弊害を抑制することができることから、画質の劣化を抑制するために読み出し電圧を上昇させる必要が無くなって、白キズの増加を抑制することができる。   Therefore, in the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to suppress the adverse effect that it becomes difficult to read with the specified read voltage every time the signal charge is read, and the image quality can be maintained even if the read voltage is maintained. Can be prevented. Further, in the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, since the above-described adverse effects can be suppressed, there is no need to increase the readout voltage in order to suppress the deterioration of the image quality, and an increase in white scratches can be achieved. Can be suppressed.

他方、本実施の形態では、第1ゲート電極15が電荷転送専用の電極として用いられている。そして、ゲート絶縁膜において第1ゲート電極15に覆われた部分では、シリコン酸化膜14の膜厚t14が第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置において電荷転送専用電極に接するシリコン酸化膜の厚みに比べて小さくなるように設けられたので、第1ゲート電極15と第2ゲート電極18とを電気的に分離するための層間絶縁膜を形成する際に第1ゲート電極15の縁が反った状態になることを抑制することができ、これにより、完成品においてシリコン酸化膜14の膜厚t14の均一な領域の面積が設計で見込んだ面積よりも減少して実効的な電荷転送部の面積が減少することを抑制できる。   On the other hand, in the present embodiment, the first gate electrode 15 is used as an electrode dedicated to charge transfer. In the portion of the gate insulating film covered with the first gate electrode 15, the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 is that of the silicon oxide film in contact with the charge transfer dedicated electrode in the second conventional IT-CCD solid-state imaging device. Since the thickness is smaller than the thickness, the edge of the first gate electrode 15 is warped when an interlayer insulating film for electrically separating the first gate electrode 15 and the second gate electrode 18 is formed. As a result, the area of the uniform region of the thickness t14 of the silicon oxide film 14 in the finished product is smaller than the area expected in the design, and the effective charge transfer portion is reduced. It can suppress that an area decreases.

したがって、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置では、第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置に比べて、垂直CCDにおいて電荷を転送する際の取り扱い電荷量の減少を抑制することができ、画質の劣化を抑制することができる。
すなわち、従来のIT−CCD型固体撮像装置に比べて、本実施の形態におけるIT−CCD型固体撮像装置では、上記ゲート絶縁膜のうち機能の異なるゲート電極に覆われた部分間において、上記ゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のそれぞれの膜厚を異ならしめたことにより、受光部から信号電荷を読み出す際の弊害を抑制することができ、かつ読み出された信号電荷を転送する際の弊害を抑制することができる。
Therefore, in the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, compared with the second conventional IT-CCD type solid-state imaging device, a reduction in the amount of charge handled when transferring charges in the vertical CCD is suppressed. And deterioration of image quality can be suppressed.
That is, as compared with the conventional IT-CCD type solid-state imaging device, in the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, the gate is interposed between portions of the gate insulating film covered with gate electrodes having different functions. By making the thicknesses of the silicon oxide film and silicon nitride film that make up the insulating film different, it is possible to suppress adverse effects when reading signal charges from the light receiving unit, and transfer the read signal charges It is possible to suppress adverse effects when doing so.

本実施の形態では、第1ゲート電極15から第2ゲート電極18にかけてこれらに覆われるように配されたゲート絶縁膜において、第1ゲート電極15覆われた部分と第2ゲート電極18に覆われた部分とを対比したとき、第1ゲート電極15に覆われた部分におけるシリコン酸化膜14の膜厚t14が第2ゲート電極18に覆われた部分におけるシリコン酸化膜16の膜厚t16より小さくなるように配する一方、第1ゲート電極15に覆われた部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13aが第2ゲート電極18に覆われた部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13bより大きくなるように配した構成を採用したため、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極18と半導体基板1との間の静電容量とを略等しくすることができる。   In the present embodiment, a portion of the gate insulating film disposed so as to be covered from the first gate electrode 15 to the second gate electrode 18 is covered with the portion covered with the first gate electrode 15 and the second gate electrode 18. In contrast, the thickness t14 of the silicon oxide film 14 in the portion covered with the first gate electrode 15 is smaller than the thickness t16 of the silicon oxide film 16 in the portion covered with the second gate electrode 18. On the other hand, the thickness t13a of the silicon nitride film 13 in the portion covered by the first gate electrode 15 is larger than the thickness t13b of the silicon nitride film 13 in the portion covered by the second gate electrode 18. Since the arranged configuration is adopted, the capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 and the capacitance between the second gate electrode 18 and the semiconductor substrate 1 are adopted. It can be made substantially equal to.

したがって、本実施の形態では、ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極に覆われた部分のポテンシャルと第2ゲート電極に覆われた部分のポテンシャルとを略等しくすることができ、転送効率の低下を抑制することができる。
(実施の形態2)
以下に、本発明の第2の実施の形態にかかるIT−CCD型固体撮像装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
Therefore, in the present embodiment, the potential of the portion covered with the first gate electrode and the potential of the portion covered with the second gate electrode in the gate insulating film can be made substantially equal, and the transfer efficiency is reduced. Can be suppressed.
(Embodiment 2)
Hereinafter, a manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3,4は、実施の形態2に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法を示す概略工程図である。
本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、ゲート絶縁膜の堆積方法に特徴があり、その他の構成については従来のものと同様の工程で作製することから、ここでは、その他の構成についての説明を省略する。
3 and 4 are schematic process diagrams illustrating a method for manufacturing the IT-CCD type solid-state imaging device according to the second embodiment.
In the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, there is a feature in the method of depositing the gate insulating film, and other configurations are manufactured in the same process as the conventional one. The description of other configurations is omitted.

まず、信号転送路形成済みの半導体基板1の主面に例えば熱酸化によってシリコン酸化膜12を堆積させ、当該シリコン酸化膜12の主面に例えばCVD法によってシリコン窒化膜13を堆積させ、当該シリコン窒化膜13の主面にシリコン酸化膜14を、例えばCVD法によって堆積させ、あるいは、パイロ酸化法によってシリコン窒化膜13を直接酸化して形成し、当該シリコン酸化膜14の主面に例えばCVD法によって第1のポリシリコン膜505を堆積させる(図3(a)参照)。   First, a silicon oxide film 12 is deposited by, for example, thermal oxidation on the main surface of the semiconductor substrate 1 on which the signal transfer path is formed, and a silicon nitride film 13 is deposited on the main surface of the silicon oxide film 12 by, for example, a CVD method. A silicon oxide film 14 is deposited on the main surface of the nitride film 13 by, for example, a CVD method or formed by directly oxidizing the silicon nitride film 13 by a pyro-oxidation method, and the main surface of the silicon oxide film 14 is formed by, for example, a CVD method. Thus, a first polysilicon film 505 is deposited (see FIG. 3A).

そして、第1のポリシリコン膜505のうち所定の部分を選択的にドライエッチングにより除去して第1ゲート電極15を形成する。その際に、シリコン酸化膜14およびシリコン窒化膜13の一部も除去する(図3(b)参照)。
上記堆積・除去工程を経て、シリコン窒化膜13の上にシリコン酸化膜14と第1ゲート電極15とをこの順に積み重ねて形成できる。
Then, a predetermined portion of the first polysilicon film 505 is selectively removed by dry etching to form the first gate electrode 15. At this time, the silicon oxide film 14 and a part of the silicon nitride film 13 are also removed (see FIG. 3B).
Through the deposition / removal process, the silicon oxide film 14 and the first gate electrode 15 can be stacked in this order on the silicon nitride film 13.

本実施の形態では、第1ゲート電極15は信号電荷転送専用の電極として配されている。
次に、常圧に保たれた公知の拡散炉において水素と酸素とを燃焼させてHOを生成し、同じ拡散炉においてこのHOを用いて酸化処理を実行するいわゆるパイロ酸化法によって、第1ゲート電極15からシリコン窒化膜13、シリコン酸化膜14に亘って露出している面に酸化処理を施し、ポリシリコンからなる第1ゲート電極15の表面にたとえば20[nm]程度のシリコン酸化膜17を堆積させ、かつシリコン窒化膜13の表面に約数[nm]のシリコン酸化膜16を堆積させる(図3(c)参照)。堆積されたシリコン酸化膜16とシリコン酸化膜17とを比較したときにその膜厚に差が生じるのは、シリコン窒化膜13がポリシリコンからなる第1ゲート電極15に比べて酸化され難いからである。
In the present embodiment, the first gate electrode 15 is arranged as an electrode dedicated for signal charge transfer.
Next, by burning hydrogen and oxygen to produce of H 2 O in the known diffusion furnace kept at normal pressure in the same diffusion furnace by a so-called pyro-oxidation method to perform oxidation processing using the H 2 O The surface exposed from the first gate electrode 15 to the silicon nitride film 13 and the silicon oxide film 14 is subjected to oxidation treatment, and the surface of the first gate electrode 15 made of polysilicon has a silicon of about 20 [nm], for example. An oxide film 17 is deposited, and a silicon oxide film 16 of about several nm is deposited on the surface of the silicon nitride film 13 (see FIG. 3C). When the deposited silicon oxide film 16 and the silicon oxide film 17 are compared, the difference in film thickness occurs because the silicon nitride film 13 is less likely to be oxidized than the first gate electrode 15 made of polysilicon. is there.

上記パイロ酸化処理に引き続いて、ラジカル酸素を含む酸化法(たとえば、プラズマ酸化、ISSG(In−Situ Steam Generator)など)を用いて、酸化処理を実行することにより、シリコン酸化膜17を、その膜厚が40[nm]程度になるまで成長させるとともに、シリコン窒化膜13を覆うように設けられたシリコン酸化膜16を、シリコン酸化膜17の膜厚増加量の約80%程度に相当する10数[nm]成長させる(図4(a)参照)。   Subsequent to the pyro-oxidation process, the silicon oxide film 17 is formed by performing an oxidation process using an oxidation method including radical oxygen (for example, plasma oxidation, ISSG (In-Situ Steam Generator) or the like). While the silicon oxide film 16 is grown until the thickness reaches about 40 [nm], the silicon oxide film 16 provided so as to cover the silicon nitride film 13 is approximately ten times corresponding to about 80% of the increase in the thickness of the silicon oxide film 17. [Nm] is grown (see FIG. 4A).

当該酸化工程において、ラジカル酸素を含む酸化法を用いているので、第1ゲート電極15の酸化レートとシリコン窒化膜13の酸化レートとを近づけることができ、上記実施の形態1にて言及したように、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極18と半導体基板1との間の静電容量とが略等しくなるように膜厚調整をすることができる。   Since an oxidation method including radical oxygen is used in the oxidation step, the oxidation rate of the first gate electrode 15 and the oxidation rate of the silicon nitride film 13 can be brought close to each other, as described in the first embodiment. In addition, the film thickness may be adjusted so that the capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 and the capacitance between the second gate electrode 18 and the semiconductor substrate 1 are substantially equal. it can.

また、当該酸化工程において、上記ラジカル酸素を含む酸化法にパイロ酸化法を組み合わせている。当該パイロ酸化法によって酸化膜を形成すると、高速熱酸化(RTO)法やドライ酸化法により形成された酸化膜と比べて、欠陥密度の低い酸化膜を、同等の厚みで形成することができるので、当該絶縁膜が経時的に絶縁破壊されることを抑制することができる。   In the oxidation step, a pyro-oxidation method is combined with the oxidation method containing radical oxygen. When an oxide film is formed by the pyro-oxidation method, an oxide film having a low defect density can be formed with the same thickness as an oxide film formed by a rapid thermal oxidation (RTO) method or a dry oxidation method. The dielectric breakdown of the insulating film over time can be suppressed.

次に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜16からシリコン酸化膜17に亘ってそれらの表面に第2のポリシリコン膜508を堆積させ(図4(b)参照)、第2のポリシリコン膜508のうち所定の部分を選択的にドライエッチングにより除去して、信号電荷の読み出しおよび転送機能を備えた第2ゲート電極18を形成する(図4(c)参照)。
上記製造工程を経て、シリコン酸化膜12とシリコン酸化膜14,16とでシリコン窒化膜13を挟むようにこれらを積層させてなるゲート絶縁膜を形成すると、当該ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極15に覆われた部分と第2ゲート電極18に覆われた部分とを対比したとき、第1ゲート電極15に覆われた部分におけるシリコン酸化膜14の膜厚t14が第2ゲート電極18に覆われた部分におけるシリコン酸化膜16の膜厚t16より小さくなるようにシリコン酸化膜14,16を堆積させることができ、なおかつ、第1ゲート電極15に覆われた部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13aが第2ゲート電極18に覆われた部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13bより大きくなるようにシリコン窒化膜13を堆積させることができる。
Next, a second polysilicon film 508 is deposited on the surface of the silicon oxide film 16 to the silicon oxide film 17 by, eg, CVD (see FIG. 4B), and the second polysilicon film 508 is formed. A predetermined portion is selectively removed by dry etching to form a second gate electrode 18 having a function of reading and transferring signal charges (see FIG. 4C).
When the gate insulating film is formed by laminating the silicon nitride film 13 between the silicon oxide film 12 and the silicon oxide films 14 and 16 through the above manufacturing process, the first gate electrode of the gate insulating film is formed. When the portion covered with 15 and the portion covered with the second gate electrode 18 are compared, the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 in the portion covered with the first gate electrode 15 covers the second gate electrode 18. The silicon oxide films 14 and 16 can be deposited so as to be smaller than the film thickness t16 of the silicon oxide film 16 in the broken portion, and the film thickness of the silicon nitride film 13 in the portion covered with the first gate electrode 15 The silicon nitride film 13 is deposited so that t13a is larger than the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 in the portion covered with the second gate electrode 18. It is possible.

本実施の形態では、堆積したシリコン窒化膜13を例えばドライエッチングによりその一部を除去した後、酸化していたが、これに限定されず、窒化膜13の一部を除去せずに、ラジカル酸素を含む酸化法を用いて第1ゲート電極15からシリコン窒化膜13、シリコン酸化膜14に亘って露出している面に酸化処理を施しても良い。ラジカル酸素を含む酸化法を採用することによってポリシリコンを主成分とする第1ゲート電極15の酸化レートと窒化膜13の酸化レートとをほぼ等しくすることができるので、あらかじめ窒化膜13の一部を除去せずとも、第1ゲート電極15からシリコン窒化膜13、シリコン酸化膜14に亘って露出している面に酸化処理を施す際にポリシリコンを主成分とする第1ゲート電極15が窒化膜13と比べて過剰に酸化されることを抑制でき、第1ゲート電極15の露出面上ならびに窒化膜13の露出面上に酸化膜16、17を所望の厚みになるように調節して堆積させることができる。   In the present embodiment, the deposited silicon nitride film 13 is oxidized after removing a part thereof by, for example, dry etching. However, the present invention is not limited to this, and a radical can be formed without removing a part of the nitride film 13. An oxidation process may be performed on the surface exposed from the first gate electrode 15 to the silicon nitride film 13 and the silicon oxide film 14 using an oxidation method including oxygen. By adopting an oxidation method including radical oxygen, the oxidation rate of the first gate electrode 15 mainly composed of polysilicon and the oxidation rate of the nitride film 13 can be made substantially equal. The first gate electrode 15 mainly composed of polysilicon is nitrided when the surface exposed from the first gate electrode 15 to the silicon nitride film 13 and the silicon oxide film 14 is oxidized without removing the first gate electrode 15. Excessive oxidation as compared with the film 13 can be suppressed, and the oxide films 16 and 17 are deposited on the exposed surface of the first gate electrode 15 and the exposed surface of the nitride film 13 so as to have a desired thickness. Can be made.

《実施の形態2に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法の効果》
本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、上記ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極15に覆われた部分のシリコン窒化膜13の膜厚t13aに比べて第2ゲート電極18に覆われた部分のシリコン窒化膜13の膜厚t13bが小さくなるようにゲート絶縁膜を堆積させることができるので、ゲート絶縁膜のうち第2ゲート電極18に覆われた部分においてシリコン窒化膜13を薄膜化傾向に堆積させることができ、したがって、電荷転送機能および受光部からの電荷読み出し機能を有する第2ゲート電極18に覆われた部分において、シリコン窒化膜13の膜厚t13bが、第1の従来の垂直CCDのうち上記信号電荷読み出し電極に覆われた部分のシリコン窒化膜の厚みに比べて小さくなるように堆積させることができ、上記信号電荷を受光部から読み出す際にホットエレクトロン効果によって電子がシリコン窒化膜13にトラップされることを抑制可能な垂直CCDを備えたIT−CCD型固体撮像装置を製造することができる。
<< Effect of Manufacturing Method of IT-CCD Solid-State Imaging Device According to Embodiment 2 >>
In the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, the second gate electrode compared to the film thickness t13a of the silicon nitride film 13 in the portion covered with the first gate electrode 15 in the gate insulating film. Since the gate insulating film can be deposited so that the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 in the portion covered with 18 is reduced, the silicon nitride film in the portion covered with the second gate electrode 18 in the gate insulating film 13 can be deposited in a thinning tendency. Therefore, in the portion covered with the second gate electrode 18 having the charge transfer function and the charge reading function from the light receiving portion, the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 is The conventional vertical CCD may be deposited so as to be smaller than the thickness of the portion of the silicon nitride film covered with the signal charge readout electrode. Come, it is possible to manufacture the IT-CCD type solid-state imaging device having a vertical CCD capable of suppressing the electrons are trapped in the silicon nitride film 13 by hot electron effects in reading out the signal charge from the light receiving unit.

よって、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、上記受光部から信号電荷を読み出す度に規定の読み出し電圧では読みだし難くなるという弊害を抑制可能な垂直CCDを備えたIT―CCD型固体撮像装置を製造することができ、従来の読み出し電圧を維持していても画質の経時的劣化を抑制可能な垂直CCDを備えたCCD型固体撮像装置を製造することができる。また、本実施の形態に係るCCD型固体撮像装置の製造方法では、上記弊害を抑制可能なCCD型個体撮像装置を製造することができることから、画質の経時的劣化を抑制するために読み出し電圧を上昇させる必要が無くなって、白キズの増加を抑制可能な垂直CCDを備えたCCD型固体撮像装置を製造することができる。   Therefore, the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment includes a vertical CCD that can suppress the adverse effect of being difficult to read at a specified read voltage every time signal charges are read from the light receiving unit. An IT-CCD solid-state image pickup device can be manufactured, and a CCD solid-state image pickup device including a vertical CCD capable of suppressing deterioration of image quality over time even when a conventional readout voltage is maintained can be manufactured. Further, in the manufacturing method of the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment, a CCD type solid-state imaging device capable of suppressing the above-described adverse effects can be manufactured. Therefore, in order to suppress deterioration of image quality over time, a readout voltage is set. A CCD type solid-state imaging device having a vertical CCD capable of suppressing an increase in white scratches can be manufactured without the need to raise it.

他方、本実施の形態にかかるCCD型固体撮像装置の製造方法では、上記ゲート絶縁膜のうち第2ゲート電極18に覆われた部分のシリコン酸化膜16の膜厚t16に比べて第1ゲート電極15に覆われた部分のシリコン酸化膜14の膜厚t14が小さくなるようにゲート絶縁膜を堆積させることができるので、ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極に覆われた部分においてシリコン酸化膜14を薄膜化傾向に堆積させることができ、したがって、転送機能のみ有する第1ゲート電極15に覆われた部分において、シリコン酸化膜14の膜厚t14が、第2の従来の垂直CCDのうち上記転送電極に覆われた部分のシリコン酸化膜の厚みに比べて小さくなるように堆積させることができて、第1ゲート電極15と第2ゲート電極18とを電気的に分離するための層間絶縁膜を形成する際に第1ゲート電極15が反った状態になることを抑制することができ、これにより、第2の従来の垂直CCDに比べて、シリコン酸化膜14の膜厚t14の均一な領域が減少して実効的な電荷転送部の面積が減少することを抑制できる。   On the other hand, in the manufacturing method of the CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, the first gate electrode is compared with the film thickness t16 of the silicon oxide film 16 in the portion covered with the second gate electrode 18 in the gate insulating film. Since the gate insulating film can be deposited so that the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 in the portion covered with 15 is reduced, the silicon oxide film 14 in the portion covered with the first gate electrode in the gate insulating film. Therefore, in the portion covered with the first gate electrode 15 having only the transfer function, the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 is the transfer rate of the second conventional vertical CCD. The first gate electrode 15 and the second gate electrode 18 are electrically connected to each other so as to be smaller than the thickness of the silicon oxide film covered by the electrode. When the interlayer insulating film for isolation is formed, the first gate electrode 15 can be prevented from being warped, so that the silicon oxide film 14 can be formed as compared with the second conventional vertical CCD. It can suppress that the area | region with a uniform film thickness t14 reduces and the area of an effective charge transfer part reduces.

よって、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、第2の従来のIT−CCD型固体撮像装置に比べて、垂直CCDにおいて電荷を転送する際の取り扱い電荷量の減少を抑制することができ、画質の劣化を抑制可能な垂直CCDを備えたIT−CCD型固体撮像装置を製造することができる。
すなわち、本実施の形態に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、従来のIT−CCD型固体撮像装置の製造方法に比べて、上記ゲート絶縁膜における機能の異なるゲート電極に覆われた部分間において、上記ゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のそれぞれの膜厚が異なるように、上記ゲート絶縁膜を形成することができるので、受光部から信号電荷を読み出す際の弊害を抑制可能で、かつ読み出された信号電荷を転送する際の弊害を抑制可能な垂直CCDを備えたIT−CCD型固体撮像装置を製造することができる。
Therefore, in the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment, the amount of charge handled when transferring charges in the vertical CCD is reduced as compared with the second conventional IT-CCD type solid-state imaging device. It is possible to manufacture an IT-CCD type solid-state imaging device including a vertical CCD that can suppress image quality deterioration and image quality deterioration.
That is, the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the present embodiment is covered with the gate electrode having a different function in the gate insulating film as compared with the manufacturing method of the conventional IT-CCD type solid-state imaging device. Since the gate insulating film can be formed so that the thicknesses of the silicon oxide film and the silicon nitride film constituting the gate insulating film are different between the portions, the adverse effect of reading the signal charge from the light receiving portion It is possible to manufacture an IT-CCD type solid-state imaging device including a vertical CCD that can suppress the adverse effect of transferring the read signal charges.

本実施の形態では、ゲート絶縁膜を積層する際に、当該ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極15に覆われる予定の部分と第2ゲート電極18に覆われる予定の部分とを対比したとき、第1ゲート電極15に覆われる予定の部分におけるシリコン酸化膜14の膜厚t14が第2ゲート電極18に覆われる予定の部分におけるシリコン酸化膜16の膜厚t16より小さくなるように堆積させる一方、第1ゲート電極15に覆われる予定の部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13aが第2ゲート電極18に覆われる予定の部分におけるシリコン窒化膜13の膜厚t13bより大きくなるように堆積させたため、第1ゲート電極15と半導体基板1との間の静電容量と、第2ゲート電極18と半導体基板1との間の静電容量とを略等しくすることが可能な垂直CCDを備えたIT−CCD型固体撮像装置を製造することができる。   In the present embodiment, when the gate insulating film is stacked, when the portion of the gate insulating film that is to be covered by the first gate electrode 15 is compared with the portion that is to be covered by the second gate electrode 18, While the film thickness t14 of the silicon oxide film 14 in the portion to be covered by the first gate electrode 15 is deposited so as to be smaller than the film thickness t16 of the silicon oxide film 16 in the portion to be covered by the second gate electrode 18, Since the film thickness t13a of the silicon nitride film 13 in the portion to be covered with the first gate electrode 15 is deposited so as to be larger than the film thickness t13b of the silicon nitride film 13 in the portion to be covered with the second gate electrode 18, The capacitance between the first gate electrode 15 and the semiconductor substrate 1 and the capacitance between the second gate electrode 18 and the semiconductor substrate 1 are substantially equal. It is possible to manufacture the IT-CCD type solid-state imaging device including a possible vertical CCD.

したがって、本実施の形態では、ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極15に覆われた部分のポテンシャルと第2ゲート電極18に覆われた部分のポテンシャルとを略等しくすることができ、転送効率の低下を抑制可能な垂直CCDを備えたIT―CCD型固体撮像装置を製造することができる。
<その他>
図5は、実施の形態1に係るIT−CCD型固体撮像装置において、垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。
Therefore, in the present embodiment, the potential of the portion covered by the first gate electrode 15 and the potential of the portion covered by the second gate electrode 18 in the gate insulating film can be made substantially equal, and the transfer efficiency can be improved. An IT-CCD type solid-state imaging device including a vertical CCD capable of suppressing the decrease can be manufactured.
<Others>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part showing another variation of part of the vertical CCD in the IT-CCD solid-state imaging device according to the first embodiment.

当該バリエーションでは、図5に示すように、層間絶縁膜37の厚みt37がシリコン酸化膜36の厚みt36よりも大きい。
一般的に、第1ゲート電極35に印加される駆動電圧と第2ゲート電極38に印加される駆動電圧との差は10[V]以上あり、耐圧確保のために上記構成を採用することによって、層間絶縁膜37において、その耐電圧能力を向上させることができ、駆動時における第1ゲート電極35と第2ゲート電極38との短絡を抑制する機能を向上させることができる。
In this variation, the thickness t37 of the interlayer insulating film 37 is larger than the thickness t36 of the silicon oxide film 36, as shown in FIG.
In general, the difference between the drive voltage applied to the first gate electrode 35 and the drive voltage applied to the second gate electrode 38 is 10 [V] or more, and by adopting the above configuration to ensure a withstand voltage. In the interlayer insulating film 37, the withstand voltage capability can be improved, and the function of suppressing a short circuit between the first gate electrode 35 and the second gate electrode 38 during driving can be improved.

図6は、実施の形態1に係るIT−CCD型固体撮像装置において、垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。図6に示すように、第2ゲート電極48が第1ゲート電極45を覆うように配設されていても良い。
図7は、実施の形態1に係るIT−CCD型固体撮像装置において、垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。当該バリエーションでは、図7に示すように、ゲート絶縁膜のうち第1ゲート電極55とシリコン窒化膜53との間にシリコン酸化膜が配設されていない。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part showing another variation of part of the vertical CCD in the IT-CCD solid-state imaging device according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the second gate electrode 48 may be disposed so as to cover the first gate electrode 45.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part showing another variation of part of the vertical CCD in the IT-CCD solid-state imaging device according to the first embodiment. In this variation, as shown in FIG. 7, no silicon oxide film is disposed between the first gate electrode 55 and the silicon nitride film 53 in the gate insulating film.

当該構成を採用すると、第1ゲート電極55と第2ゲート電極58とを絶縁する層間絶縁膜57を堆積させる際に第1ゲート電極55が過剰に酸化されることに起因して第1ゲート電極55が反った状態になることをさらに抑制することができるので、第1ゲート電極55に覆われた部分でのゲート絶縁膜の膜厚がさらに均一になり、実効的な電荷転送部の面積が減少することをさらに抑制することができて、垂直CCDにおいて電荷を転送する際の取り扱い電荷量の減少をさらに抑制でき、その結果、画質の劣化をさらに抑制することができて、好ましい。   When this configuration is employed, the first gate electrode 55 is excessively oxidized when the interlayer insulating film 57 that insulates the first gate electrode 55 and the second gate electrode 58 is deposited. 55 can be further suppressed from being warped, so that the thickness of the gate insulating film in the portion covered with the first gate electrode 55 becomes more uniform, and the effective area of the charge transfer portion is reduced. The reduction can be further suppressed, and the decrease in the amount of charge handled when transferring charges in the vertical CCD can be further suppressed. As a result, the deterioration of image quality can be further suppressed, which is preferable.

また、実施の形態1に係るIT−CCD型固体撮像装置において、ゲート電極は1層構造を取っているが、当該ゲート電極の構造はこれに限らず、例えば、ゲート絶縁膜を覆うように配されたゲート電極が、シリコン酸化膜をポリシリコンで挟んだような複数層構造を有していてもよい。
また、実施の形態2に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、シリコン酸化膜16およびシリコン酸化膜17をパイロ酸化法とラジカル酸素を含む酸化法とを用いて形成しているが、ラジカル酸素を含む酸化法だけを用いてもよい。
In the IT-CCD solid-state imaging device according to Embodiment 1, the gate electrode has a single-layer structure, but the structure of the gate electrode is not limited to this. For example, the gate electrode is arranged so as to cover the gate insulating film. The formed gate electrode may have a multi-layer structure in which a silicon oxide film is sandwiched between polysilicon.
In the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the second embodiment, the silicon oxide film 16 and the silicon oxide film 17 are formed using a pyro-oxidation method and an oxidation method containing radical oxygen. Only an oxidation method containing radical oxygen may be used.

また、実施の形態2に係るIT−CCD型固体撮像装置の製造方法では、シリコン酸化膜16およびシリコン酸化膜17の形成に際して、パイロ酸化法を実施した後にラジカル酸素を含む酸化法を実施しているが、順番を入れ替えてこれら酸化法を実施してもよく、すなわち、先にラジカル酸素を含む酸化法を実施した後にパイロ酸化法を実施してもよい。   In the manufacturing method of the IT-CCD type solid-state imaging device according to the second embodiment, when the silicon oxide film 16 and the silicon oxide film 17 are formed, an oxidation method including radical oxygen is performed after the pyrooxidation method is performed. However, these oxidation methods may be performed by changing the order, that is, the pyro-oxidation method may be performed after the oxidation method including radical oxygen is performed first.

また、上記各実施の形態に係る固体撮像装置ならびにその製造方法では、IT−CCD型固体撮像装置として説明を行ってきたが、当該固体撮像装置は、他の方式のCCD型固体撮像装置であってもよい。   Further, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to each of the above embodiments have been described as an IT-CCD solid-state imaging device, but the solid-state imaging device is a CCD solid-state imaging device of another type. May be.

本発明に係る固体撮像装置は、取り扱い電荷量の減少を抑制でき、転送効率の改善ができると共に、読出し電圧の上昇を低減することにより、寿命を延ばす、あるいは、寿命が同一で、読出し電圧の低減を図ることが必要な、カメラ装置等の用途にも適用できる。   The solid-state imaging device according to the present invention can suppress a decrease in the amount of charge handled, improve transfer efficiency, and reduce the increase in the read voltage, thereby extending the lifetime or having the same lifetime, It can also be applied to uses such as camera devices that require reduction.

本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置において、垂直CCDの一部を示した要部断面図である。1 is a cross-sectional view of a main part showing a part of a vertical CCD in a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す概略工程図である。It is a schematic process drawing which shows the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す概略工程図である。It is a schematic process drawing which shows the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置において垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the other variation of a part of vertical CCD in the solid-state imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置において垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the other variation of a part of vertical CCD in the solid-state imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る固体撮像装置において垂直CCDの一部の他のバリエーションを示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed the other variation of a part of vertical CCD in the solid-state imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の従来の固体撮像装置における垂直CCDの一部を示した要部断面図である。It is principal part sectional drawing which showed a part of vertical CCD in the 1st conventional solid-state imaging device. 第1の従来の固体撮像装置における電荷読出し電圧の増加量と使用時間との関係を示した特性図である。It is the characteristic view which showed the relationship between the increase amount of an electric charge read-out voltage, and use time in the 1st conventional solid-state imaging device. 第1の従来の固体撮像装置における電荷読出し電圧の増加量とシリコン窒化膜の膜厚との関係を示した特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an increase in charge read voltage and a film thickness of a silicon nitride film in the first conventional solid-state imaging device. (a)は第2の従来の固体撮像装置における一画素を示した概略構成図であり、(b)は(a)で示したA断面を矢視した要部断面図である。(A) is the schematic block diagram which showed one pixel in the 2nd conventional solid-state imaging device, (b) is principal part sectional drawing which looked at the A cross section shown by (a). (a)は第2の従来の固体撮像装置における一画素を示した概略構成図であり、(b)は(a)で示したB断面を矢視した要部断面図である。(A) is the schematic block diagram which showed one pixel in the 2nd conventional solid-state imaging device, (b) is principal part sectional drawing which looked at the B cross section shown by (a).

符号の説明Explanation of symbols

1,31,41,51 半導体基板
2 受光部
3 垂直CCD
4 水平CCD
5 アンプ
12,32,42,52 シリコン酸化膜
13,33,43,53 シリコン窒化膜
15,35,45,55 第1ゲート電極
17,37,47,57 層間絶縁膜
18,38,48,58 第2ゲート電極
1, 31, 41, 51 Semiconductor substrate 2 Light receiving part 3 Vertical CCD
4 Horizontal CCD
5 Amplifier 12, 32, 42, 52 Silicon oxide film 13, 33, 43, 53 Silicon nitride film 15, 35, 45, 55 First gate electrode 17, 37, 47, 57 Interlayer insulating film 18, 38, 48, 58 Second gate electrode

Claims (8)

半導体基板の一方の主面に第1の絶縁膜が積層され、その上に、第1ゲート電極と第2ゲート電極とが並設され、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に第2の絶縁膜が介在する構造を備えた電荷転送装置であって、
前記第1の絶縁膜は、窒化膜の上に酸化膜を積層した構成を有しており、
前記酸化膜においては、前記窒化膜と前記第1ゲート電極との間に介在する部分の第1の厚みと、前記窒化膜と前記第2ゲート電極との間に介在する部分の第2の厚みとが異なり、かつ前記窒化膜においては、前記第1ゲート電極直下の部分の第3の厚みと、前記第2ゲート電極直下の部分の第4の厚みとが異なることを特徴とする電荷転送装置。
A first insulating film is stacked on one main surface of the semiconductor substrate, and a first gate electrode and a second gate electrode are provided in parallel on the first insulating film, and the first gate electrode is disposed between the first gate electrode and the second gate electrode. A charge transfer device having a structure in which a second insulating film is interposed between
The first insulating film has a configuration in which an oxide film is stacked on a nitride film,
In the oxide film, a first thickness of a portion interposed between the nitride film and the first gate electrode, and a second thickness of a portion interposed between the nitride film and the second gate electrode. And in the nitride film, the third thickness of the portion immediately below the first gate electrode is different from the fourth thickness of the portion immediately below the second gate electrode. .
前記第1の厚みが前記第2の厚みより小さく、前記第3の厚みが前記第4の厚みより大きいことを特徴とする請求項1に記載の電荷転送装置。   2. The charge transfer device according to claim 1, wherein the first thickness is smaller than the second thickness, and the third thickness is larger than the fourth thickness. 前記第1ゲート電極と前記半導体基板との間の静電容量と、前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間の静電容量とが、略等しくなるように、前記第1の厚み乃至前記第4の厚みが設定されていることを特徴とする請求項2に記載の電荷転送装置。   The first thickness to the first gate electrode so that a capacitance between the first gate electrode and the semiconductor substrate is substantially equal to a capacitance between the second gate electrode and the semiconductor substrate. The charge transfer device according to claim 2, wherein a fourth thickness is set. 前記基板には、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の配設位置に対応して電荷転送路が形成され、かつ前記電荷転送路と隣接するように、光電変換素子が設けられており、
前記第2ゲート電極は、前記素子から前記電荷転送路に電荷を読み出す機能を有し、前記第1ゲート電極は前記素子から前記電荷転送路に電荷を読み出す機能を有しないことを特徴とする請求項3に記載の電荷転送装置を備えた固体撮像装置。
A charge transfer path is formed on the substrate corresponding to the position of the first gate electrode and the second gate electrode, and a photoelectric conversion element is provided so as to be adjacent to the charge transfer path. ,
The second gate electrode has a function of reading charges from the element to the charge transfer path, and the first gate electrode does not have a function of reading charges from the element to the charge transfer path. A solid-state imaging device comprising the charge transfer device according to Item 3.
前記第2ゲート電極は、前記電荷を読み出す機能と前記電荷を前記電荷転送路に沿って転送する機能を併せ持ち、
前記第1ゲート電極は、前記電荷を前記電荷転送路に沿って転送する機能を有することを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
The second gate electrode has a function of reading the charge and a function of transferring the charge along the charge transfer path,
The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the first gate electrode has a function of transferring the charge along the charge transfer path.
半導体基板の一方の主面上に窒化膜を形成するステップと、前記窒化膜上にその主面に沿う1軸方向に点在するように第1の酸化膜と第1ゲート電極とをこの順に積重ねた状態で形成するステップと、前記第1ゲート電極の露出面から前記窒化膜の露出面に亘って酸素ラジカルを用いて当該露出面を酸化することのみによって第2の酸化膜を、前記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも前記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように形成するステップと、前記第1ゲート電極と隣接するように前記第2の酸化膜の露出面に第2ゲート電極を前記1軸方向に形成するステップとを含む電荷転送装置の形成方法。   Forming a nitride film on one main surface of the semiconductor substrate; and arranging the first oxide film and the first gate electrode in this order on the nitride film so as to be scattered in one axial direction along the main surface. Forming the second oxide film by only oxidizing the exposed surface using oxygen radicals from the exposed surface of the first gate electrode to the exposed surface of the nitride film; Forming at least a portion on the nitride film to be thicker than a thickness of the first oxide film; and a second surface on the exposed surface of the second oxide film so as to be adjacent to the first gate electrode. Forming a gate electrode in the one-axis direction. 半導体基板の一方の主面上に窒化膜を形成するステップと、前記窒化膜上にその主面に沿う一軸方向に点在するように第1の酸化膜と第1ゲート電極とをこの順に積重ねた状態で形成するステップと、前記窒化膜の露出面から第1ゲート電極の露出面に亘って酸素ラジカルを用いた酸化法を用いて酸化した後パイロ酸化法を用いて当該露出面を酸化し、あるいはこの逆の順序で酸化することによって第2の酸化膜を、前記第1の酸化膜の厚みと比べて少なくとも前記窒化膜上の部分の厚みが大きくなるように形成するステップと、前記第1ゲート電極と隣接するように前記第2の酸化膜の露出面に第2ゲート電極を前記1軸方向に形成するステップとを含む電荷転送装置の形成方法。   Forming a nitride film on one main surface of the semiconductor substrate; and stacking a first oxide film and a first gate electrode in this order on the nitride film so as to be scattered in a uniaxial direction along the main surface A step of forming the exposed surface of the nitride film from the exposed surface of the nitride film to the exposed surface of the first gate electrode using an oxidation method using oxygen radicals, and then oxidizing the exposed surface using a pyro-oxidation method. Or forming the second oxide film by oxidizing in the reverse order so that the thickness of at least the portion on the nitride film is larger than the thickness of the first oxide film; Forming a second gate electrode on the exposed surface of the second oxide film in the one-axis direction so as to be adjacent to the one gate electrode. 請求項6ないし7に記載の電荷転送装置の製造方法を含む固体撮像装置の製造方法。   A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising the method for manufacturing a charge transfer device according to claim 6.
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