JP2008166361A - 半導体素子及び固体撮像装置並びに撮像装置 - Google Patents

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実 安田
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Abstract

【課題】ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減でき、かつ信号電荷の変換効率を向上できる半導体素子及び固体撮像装置並びに撮像装置を提供する。
【解決手段】ＭＯＳトランジスタ２８のソース領域３２を第１高濃度拡散層３２ａと第１低濃度拡散層３２ｂとを有するＬＤＤ構造とするとともに、ドレイン領域３３を第２低濃度拡散層３３ｂと第２高濃度拡散層３３ａとを有するＬＤＤ構造とし、第２低濃度拡散層３３ｂの面積を第１低濃度拡散層３２ｂの面積より大きくして第２高濃度拡散層３３ａのゲート電極３５からの距離を第１高濃度拡散層３２ａのゲート電極３５からの距離より大きくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゲートに起因する容量成分を低減できる半導体素子及びこれを用いてなる固体撮像装置並びにこの固体撮像装置を用いた撮像装置に関する。
近年、ビデオカメラや電子カメラまたは携帯電話などのモバイル機器に内蔵されたカメラには、ＣＣＤ型や増幅型（ＣＭＯＳ型）の固体撮像素子（イメージセンサ）が使用されている。これらの固体撮像素子は、それぞれ光電変換素子（フォトダイオード：ＰＤ）を有する単位画素を撮像領域内に２次元配列のアレイ状に配列して構成される。
このようなＣＣＤ型の固体撮像素子は、各単位画素に入射した光をフォトダイオードにより光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を垂直ＣＣＤ転送レジスタ及び水平ＣＣＤ転送レジスタを介して出力部に設けたフローティングディフュージョン（ＦＤ）部に転送し、このＦＤ部の電位変動をＭＯＳトランジスタにより検出して、これを信号電圧に変換し増幅することにより、撮像信号として出力するように構成されている（特許文献１参照）。
一方、増幅型の固体撮像素子は、各単位画素内にフォトダイオード及びＦＤ部や転送、増幅等の各種ＭＯＳトランジスタを設け、各単位画素に入射した光をフォトダイオードにより光電変換して信号電荷を生成し、この信号電荷を転送トランジスタによりＦＤ部に転送し、このＦＤ部の電位変動を増幅トランジスタにより検出して、これを信号電圧に変換し増幅することにより、各画素の信号を画素毎に信号線から撮像信号として出力するように構成されている（特許文献２参照）。
従来のＣＣＤ型固体撮像素子について、図１８及び図１９を参照して説明する。
図１８はＣＣＤ型固体撮像素子を構成するＣＣＤ転送レジスタ部、ＦＤ部及びＦＤアンプ部分の概略平面図であり、図１９（Ａ），（Ｂ）は図１７におけるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図である。
この図１８及び図１９において、１は固体撮像素子のＣＣＤ転送レジスタ部、２はＦＤ部、３はＦＤ部２の電荷量を電圧値に変換して出力するＦＤアンプを構成する第１のＭＯＳトランジスタである。
ＦＤ部２は、図１９に示すように、Ｐ型半導体基板４に形成したＮ＋拡散領域２ａと、このＮ＋拡散領域２ａの上面に形成した多結晶シリコンからなる電極２ｂとを有する。また、第１のＭＯＳトランジスタ３は、Ｐ型半導体基板４に所定の間隔をおいて形成したソース用のＮ＋拡散領域３ａ及びドレイン用のＮ＋拡散領域３ｂと、このＮ＋拡散領域３ａと３ｂとの間に位置するＰ型半導体基板４上に絶縁層を介して設けられた、多結晶シリコンからなるゲート電極３ｃとを有している。
ＣＣＤ型の固体撮像素子において、その信号電圧は信号電荷量に比例し、ＦＤ部のキャパシタンスに反比例する。また、ＦＤ部に接続されたＦＤアンプの利得を含めて電荷１個あたりに出力される信号電圧を表す検出感度を変換効率と称し、固体撮像素子の出力電圧は、変換効率と出力回路のゲインにより決定される。このため、変換効率が低い場合には、出力回路のゲインを上げる必要がある。
一方、ＣＣＤ型の固体撮像素子には光ショット・ノイズが存在する。この光ショット・ノイズを考えた場合、光ショット・ノイズは、ＦＤ部では電子数に対して平方根に比例するが、出力回路ではそのゲインに比例する。このため、変換効率を２として、出力回路のゲイン２とした場合、出力は２×２＝４となるが、光ショット・ノイズは√２×２＝２．４となる。仮に変換効率が１の場合、同じ出力を得るために、ゲインを４としなければならない。この際、ノイズは√１×４＝４となってしまう。このため、ノイズを考えた場合、出来るだけ変換効率を上げて出力回路のゲインを下げることが有効である。
ここで、変換効率は、Ｑ／Ｃ＝Ｖ（Ｑ：ＦＤ部にたまる電荷量、Ｃ：ＦＤ部から見える容量、Ｖ：電圧）という式できまる。このため、変換効率を上げるには、このＦＤ部から見える容量を下げればよい。
また、昨今のＣＣＤイメージセンサを初めとした固体撮像素子では、微細化に伴う感度の低下、飽和信号量の低下が避けられない状況にあり、そのため、小さな信号を、よりゲインアップして出力し、出力電圧を確保する必要が生じている。この場合、固体撮像素子外の信号処理システムにて、ゲインアップすることはもちろん可能であるが、このゲインアップを固体撮像素子の出力回路内にて行うことができれば、固体撮像素子外のシステムでゲインアップした場合に比べ、ノイズの面で当然有利となる。
特許第３１１８８８９号公報 特開平１１−２７４４６１号公報
ところで、ＦＤ部２の容量は、図１９に示すように、ＦＤ部２でのウエル間容量Ｃ１と、ＦＤ部２の電極２ｂ側面との容量Ｃ２と、ＭＯＳトランジスタ３のゲート電極３ｃとウエル間容量Ｃ３、ゲート電極３ｃの側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ４，Ｃ５との合計で表される。
ＦＤ部２のウエル間容量Ｃ１とＦＤ部２の電極側面との容量Ｃ２は、ＦＤ部２の面積を減らすことによって小さくすることができる。しかしながら、ＦＤ部２の面積を小さくすると、ここで扱える電子数も減ってしまうため、画素で扱う電子数とのバランスを考える必要で起こり、簡単に変更することはできない。また、ＭＯＳトランジスタ３のゲート電極３ｃの側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ４，Ｃ５は、ＭＯＳトランジスタ３のサイズ（ゲート面積）とゲート酸化膜の厚さによって決まっており、ＭＯＳトランジスタ３のゲイン特性などの諸特性にも大きく影響するため、簡単に対応できない。
また、ＭＯＳトランジスタのゲート電極の側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ４，Ｃ５は、ゲート電極側面の面積と、このゲート電極側面からＭＯＳトランジスタ３のソース／ドレイン用Ｎ＋領域までの距離で決まってくる。
したがって、上記のようなＭＯＳトランジスタからなる出力回路を用いた固体撮像装置では、ＦＤの容量を低く抑えることができず、ＦＤの変換効率を上げることができないという問題があった。
また、従来のＣＣＤ型固体撮像装置のＦＤ部において、電子数を電圧値に変換するピックアップ用ＭＯＳトランジスタのゲート電極の断面は矩形状を呈しており、この構造のＭＯＳトランジスタにおけるゲート−ソース間の距離、ゲート−ドレイン間の距離または他の配線間の距離はより短くなり、容量が大きくなってしまう傾向にある。その結果、1電子あたりの電圧値への変換率（変換効率）が小さくなってしまう。また、このような矩形状の断面を呈するゲート電極では、これに起因する変換効率成分を調整することはできない。
図２０は、従来におけるＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置を構成する垂直ＣＣＤレジスタ及びフォトダイオード部分の断面構造を示している。
この図２０において、４はＮ型のシリコン基板、５はシリコン基板４上に形成されたＰ型ウエルであり、このＰ型ウエル５の上層にはＮ型拡散領域６が設けられており、このＮ拡散領域６とＰ型ウエル５はフォトダイオードＰＤを構成する。また、Ｐ型ウエル５の上層には垂直ＣＣＤレジスタを構成するＮ型拡散領域７が形成され、さらに、このＮ型拡散領域６とＮ型拡散領域７との間には読み出しゲートを構成する領域８が設けられている。
また、Ｎ型拡散領域７と読み出しゲート領域８の上には絶縁膜９を介してゲート電極１０が設けられており、さらに、このゲート電極１０の上には、その上面及び側面を取り囲むように絶縁膜１１を介して遮光膜１２が設けられている。また、フォトダイオードＰＤの上面と対応する箇所には、入射光が導入される開口１３が形成されている。
このようなＣＣＤ転送型固体撮像装置の垂直ＣＣＤレジスタで使用するゲート電極１０の断面形状は矩形を呈しており、これに伴い、ゲート電極１０の上部に絶縁膜１１を介して形成される遮光膜１２の断面形状もゲート電極１０に相似な矩形状を呈し、その側面の面積も大きくなる。このため、ゲート電極１０と遮光膜１２との間の容量Ｃが増大していた。また、この場合、隣接するゲート電極間の側面の面積も大きくなるため、ゲート電極１０に加えられる電圧の伝播遅延が大きくなり、駆動に必要な電力の増加、読み出し電圧値の増加、垂直ＣＣＤレジスタのドライブ力が制限されていた。特に垂直ＣＣＤレジスタで使用するゲート電極の断面形状が矩形の場合、そのゲート電極構造に起因して、フォトダイオードＰＤに対し斜め方向から入射する光が遮光膜１２の角部１２ａで遮られてしまい、その結果、例えばF値が小さいレンズをカメラシステムに用いた場合、その遮られ分による感度低下が著しくなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減でき、かつ信号電荷の変換効率を向上できる半導体素子及びこれを用いてなる固体撮像装置並びにこの固体撮像装置を用いた撮像装置を提供するにある。
上記目的を達成するために本発明の半導体素子は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくしたことを特徴とする。
また、本発明にかかる半導体素子は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成したことを特徴とする。
また、本発明にかかる半導体素子は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくしたことを特徴とする。
また、本発明にかかる固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成したことを特徴とする。
また、本発明にかかる固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える複数の光電変換素子と前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を転送する電荷転送部及び前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部を備え、前記電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送レジスタ領域に配列された複数の転送用ゲート電極を有し、前記転送用ゲート電極の前記転送レジスタ領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくしたことを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成したことを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、前記絶縁ゲートトランジスタは、前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第１の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる撮像装置は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、前記固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える複数の光電変換素子と前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を転送する電荷転送部及び前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部を備え、前記電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送レジスタ領域に配列された複数の転送用ゲート電極を有し、前記転送用ゲート電極の前記転送レジスタ領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体素子及び固体撮像装置並びに撮像装置によれば、絶縁ゲートトランジスタのソース領域を第１高濃度拡散層と第１低濃度拡散層とを有するＬＤＤ構造とするとともにドレイン領域を第２低濃度拡散層と第２高濃度拡散層とを有するＬＤＤ構造とし、第２低濃度拡散層の面積を第１低濃度拡散層の面積より大きくして第２高濃度拡散層のゲート電極からの距離を第１高濃度拡散層のゲート電極からの距離より大きくしたので、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極側面から見た寄生容量を絶縁ゲートトランジスタの特性を低下することなく低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
また、本発明の半導体素子及び固体撮像装置並びに撮像装置によれば、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極が、絶縁ゲートトランジスタのソース用拡散層とドレイン用拡散層とが並べられた方向においてソース用拡散層側に位置する端面と、ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、ゲート電極とソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、かつドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、ゲート電極とドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成したので、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極側面から見た寄生容量を絶縁ゲートトランジスタの特性を低下することなく低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
また、本発明の半導体素子及び固体撮像装置並びに撮像装置によれば、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極のゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面を、ゲートチャネル領域に臨む第１の面と、この第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成し、第２の面をゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成したので、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極側面から見た寄生容量を絶縁ゲートトランジスタの特性を低下することなく低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
また、本発明の固体撮像装置並びに撮像装置によれば、電荷転送部の転送用ゲート電極の転送レジスタ領域の延在方向と直交する面で切った断面を、ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、この第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成し、第２の面をゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成したので、絶縁ゲートトランジスタのゲート電極側面から見た寄生容量を絶縁ゲートトランジスタの特性を低下することなく低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる半導体素子及びこれを用いてなる固体撮像装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかる半導体素子及びこれを用いた固体撮像装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
図１は本発明によるＣＣＤ型固体撮像装置の一例を示す構成図である。
この図１において、ＣＣＤ型の固体撮像装置２０は、入射光を画素単位で信号電荷に変換して蓄積する二次元配列された複数の光電変換素子（フォトダイオード：ＰＤ）２１と、これら光電変換素子２１の垂直列毎に配され、かつ読み出しゲート２２を介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直ＣＣＤレジスタ２３と、この複数の垂直ＣＣＤレジスタ２３から転送された１走査線分の信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤレジスタ２４と、この水平ＣＣＤレジスタ２４の出力端に接続され、水平ＣＣＤレジスタ２４よって転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路（ソースフォロワ回路）２５とから構成されている。
図２は、第１の実施の形態における固体撮像装置の水平ＣＣＤレジスタと、その出力端に接続されたＭＯＳトランジスタの平面図であり、図３（Ａ），（Ｂ）は図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
この図２及び図３において、２４は水平ＣＣＤレジスタであり、この水平ＣＣＤレジスタ２４の出力端にはＦＤ部２６が設けられ、このＦＤ部２６とＭＯＳトランジスタ（特許請求の範囲に記載した絶縁ゲートトランジスタに相当する）２８との間はアルミ等の金属配線２７により接続されている。
ＦＤ部２６は、図３（Ｂ）に示すように、Ｐ型（第１導電型）のシリコンからなる半導体基板２９に形成したＮ＋拡散領域から構成され、このＮ＋拡散領域の上面には多結晶シリコンからなる電極３０が形成されている。
前記ＭＯＳトランジスタ２８は、水平ＣＣＤレジスタ２４からＦＤ部２６に転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路２５の増幅用トランジスタを構成するもので、図３（Ａ）に示すように、半導体基板２９の上層にゲートチャネル領域３１を挟んで形成されたＮ型（第２導電型）のソース領域３２及びドレイン領域３３と、ゲートチャネル領域３１の上にゲート絶縁膜３４を介して設けられたゲート電極３５とを有している。このゲート電極３５は、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンをタングステン・シリサイド（ＷＳｉ２）などで裏打ちしたプリサイドゲートなどから構成される。
前記ソース領域３２は、図３（Ａ）に示すように、ゲート電極３５から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層３２ａと、ゲート電極３５に隣接して形成された、第１高濃度拡散層３２ａより不純物濃度の低い第１低濃度拡散層３２ｂとから構成されている。また、前記ドレイン領域３３は、図３（Ａ）に示すように、ゲート電極３５に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層３３ａと、この第２低濃度拡散層に隣接しかつゲート電極３５から離間した箇所に形成された、第２低濃度拡散層３３ｂより不純物濃度の高い第２高濃度拡散層３３ａとから構成されている。
このようにソース領域３２とドレイン領域３３をＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造にすると共にソース側第１高濃度拡散層３２ａとドレイン側第２高濃度拡散層３３ａのゲート電極３５からの距離を非対称にして、第２低濃度拡散層３３ｂの面積を第１低濃度拡散層３２ｂの面積より大きくして第２高濃度拡散層３３ａのゲート電極３５からの距離を第１高濃度拡散層３２ａのゲート電極からの距離より大きくする。これにより、ＭＯＳトランジスタ２８のゲート電極３５の側面から見た寄生容量Ｃ６，Ｃ７をＭＯＳトランジスタ２８の特性（例えばｇｍ：相互コンダクタンス）を低下することなく低減することが可能になり、同時にＦＤ部２６の容量も低減することができる。
したがって、上記のようなＭＯＳトランジスタ２８からなる出力回路を用いた固体撮像装置では、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
なお、第１の実施の形態におけるＦＤ部２６の容量は、図３（Ａ）に示すように、ＦＤ部２６でのウエル間容量Ｃ１と、ＦＤ部２６の電極２ｂ側面との容量Ｃ２と、ＭＯＳトランジスタ２８のゲート電極３５とウエル間容量Ｃ３、ゲート電極３５の側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ６，Ｃ７との合計で表される。
次に、本発明の固体撮像装置に適用される図３に示すＭＯＳトランジスタ２８及びＦＤ部２６の製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、Ｎ＋拡散層からなるＦＤ部２６を形成したＰ型の半導体基板２９の上面にゲート絶縁膜４１を形成し、このゲート絶縁膜４１の上面に多結晶シリコン膜４２を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ＦＤ部２６及びＭＯＳトランジスタのゲートと対向する多結晶シリコン膜４２の上面にフォトリゾグラフィにより電極用のレジストパターン４３を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン４３をマスクにして多結晶シリコン膜４２をエッチングすることにより、ＦＤ部２６用の電極３０及びＭＯＳトランジスタ用のゲート電極３５を形成する。次に、図４（ｃ）に示すレジストパターン４３を除去した後、図４（ｄ）に示すように、フォトリゾグラフィにより、ゲート電極３５を含むＭＯＳトランジスタの形成領域を除いた、電極３０を含むゲート絶縁膜４１の上面全域をフォトレジスト膜４４により覆ってパターニングする。
次に、図５（ａ）に示すように、フォトレジスト膜４４をマスクにして、ゲート絶縁膜４１の下の半導体基板２９の表面にリンなどの低濃度不純物をイオン注入し、一対のＮ型領域、すなわちソース領域３２とドレイン領域３３を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜４４を除去した後、電極３０及びゲート電極３５を含むゲート絶縁膜４１の上面に酸化膜を形成し、しかる後、この酸化膜を異方性の強いドライエッチングによりエッチングして、図５（ｃ）に示すように、電極３０及びゲート電極３５の左右方向の両端面にのみ酸化膜４５、４６（サイドウォール）を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、酸化膜４６を含むソース領域３２の上面領域と、ゲート電極３５から離れたドレイン領域３３の一部分を除いた他の全領域をフォトレジスト膜４７により覆ってパターニングする。その後、フォトレジスト膜４７をマスクにして、ゲート絶縁膜４１の下のソース領域３２とドレイン領域３３に砒素などの高濃度不純物をイオン注入する。これにより、図６（ａ）に示すように、ソース領域３２に第１高濃度拡散層３２ａと第１低濃度拡散層３２ｂが形成され、また、ドレイン領域３３に第２低濃度拡散層３３ｂと第２高濃度拡散層３３ａが形成される。その後、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示すフォトレジスト膜４７を除去することにより、半導体基板２９にＦＤ部２６及びＭＯＳトランジスタ２８を形成することができる。
（第２の実施の形態）
本発明にかかる固体撮像装置の第２の実施の形態について図７を参照して説明する。
図７は第２の実施の形態における水平ＣＣＤレジスタの出力端に位置するＦＤ部及びこれに接続されたＭＯＳトランジスタの断面図である。
この図７に示す固体撮像装置は、ＦＤ部５１と、このＦＤ部５１に図示省略の水平ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を電気信号に変換する増幅用のＭＯＳトランジスタ（特許請求の範囲に記載した絶縁ゲートトランジスタに相当する）５２を備え、ＦＤ部５１とＭＯＳトランジスタ５２との間はアルミ等の金属配線５０により接続されている。
ＦＤ部５１は、図７に示すように、Ｐ型（第１導電型）のシリコンからなる半導体基板５３に形成したＮ＋拡散領域から構成され、このＮ＋拡散領域の上面には多結晶シリコンからなる電極５４が形成されている。
ＭＯＳトランジスタ５２は、図示省略の水平ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路の増幅用トランジスタを構成するもので、図７に示すように、半導体基板５３の上層にゲートチャネル領域５５を挟んで形成されたＮ型（第２導電型）のソース用拡散層５６及びドレイン用拡散層５７と、ゲートチャネル領域５５の上にゲート絶縁膜５８を介して設けられたゲート電極５９とを有している。このゲート電極５９は、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンをタングステン・シリサイド（ＷＳｉ２）などで裏打ちしたプリサイドゲートなどから構成される。
また、前記ゲート電極５９は、ソース用拡散層５６とドレイン用拡散層５７とが左右に並べられた方向において、ソース用拡散層５６側に位置する端面５９ａと、ドレイン用拡散層５７側に位置する端面５９ｂとを有し、ソース用拡散層５６側に位置する端面５９ａの表面積を、ゲート電極５９とソース用拡散層５６との間のゲート−ソース間容量Ｃ８を減少させる大きさで形成し、さらに、ドレイン用拡散層５７側に位置する端面５９ｂの表面積を、ゲート電極５９とドレイン用拡散層５７との間のゲート−ドレイン間容量Ｃ９を減少させる大きさで形成する。
このようなゲート電極構造を有するＭＯＳトランジスタ５２を用いた固体撮像装置においては、ＭＯＳトランジスタ５２のゲート電極５９の側面から見た寄生容量Ｃ８，Ｃ９をＭＯＳトランジスタ５２の特性（例えばｇｍ：相互コンダクタンス）を低下することなく低減することが可能になり、同時にＦＤ部５１の容量も低減することができる。
したがって、上記のようなＭＯＳトランジスタ５２からなる出力回路を用いた固体撮像装置では、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
なお、第２の実施の形態におけるＦＤ部５１の容量は、図７に示すように、ＦＤ部５１でのウエル間容量Ｃ１と、ＦＤ部５１の電極５４側面との容量Ｃ２と、ＭＯＳトランジスタ５２のゲート電極５９とウエル間容量Ｃ３、ゲート電極５９の側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ８，Ｃ９との合計で表される。
次に、本発明の固体撮像装置に適用された図７に示すＭＯＳトランジスタ５２及びＦＤ部５１の製造方法について、図８及び図９を参照して説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、Ｎ＋拡散層からなるＦＤ部５１及びＮ＋型のソース用拡散層５６とドレイン用拡散層５７を形成したＰ型の半導体基板５３の上面にゲート絶縁膜６１を形成し、このゲート絶縁膜６１の上面に多結晶シリコン膜６２を形成する。
次に、図８（ｂ）に示すように、ＦＤ部５１及びＭＯＳトランジスタのゲートと対向する多結晶シリコン膜６２の上面にフォトリゾグラフィにより電極用のレジストパターン６３を形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン６３をマスクにして多結晶シリコン膜６２をエッチングすることにより、ＦＤ部５１用の電極６４及びＭＯＳトランジスタ用のゲート電極５９を形成する。
次に、図８（ｃ）に示すレジストパターン６３を除去した後、図９（ａ）に示すように、フォトリゾグラフィにより、ゲート電極５９の上面を除いた、電極５４を含むゲート絶縁膜６１の上面全域をフォトレジスト膜６７により覆ってパターニングする。次に、図９（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜６７をマスクにして、ゲート電極５９をその上面から所定の厚さになるまでエッチングする。
これにより、ソース用拡散層５６側に位置する端面５９ａの表面積を、ゲート電極５９とソース用拡散層５６との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成でき、また、ドレイン用拡散層５７側に位置する端面５９ｂの表面積を、ゲート電極５９とドレイン用拡散層５７との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成できる。そして、図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）に示すフォトレジスト膜６７を除去することにより、半導体基板５３にＦＤ部５１及びＭＯＳトランジスタ５２を形成することができる。
（第３の実施の形態）
本発明にかかる固体撮像装置の第３の実施の形態について図１０を参照して説明する。
図１０は第３の実施の形態における水平ＣＣＤレジスタの出力端に位置するＦＤ部及びこれに接続されたＭＯＳトランジスタの断面図である。
この図１０に示す固体撮像装置は、ＦＤ部７１と、このＦＤ部７１に図示省略の水平ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を電気信号に変換する増幅用のＭＯＳトランジスタ（特許請求の範囲に記載した絶縁ゲートトランジスタに相当する）７２を備え、ＦＤ部７１とＭＯＳトランジスタ７２との間はアルミ等の金属配線７０により接続されている。
ＦＤ部７１は、図１０に示すように、Ｐ型（第１導電型）のシリコンからなる半導体基板７３に形成したＮ＋拡散領域から構成され、このＮ＋拡散領域の上面には多結晶シリコンからなる電極７４が形成されている。
ＭＯＳトランジスタ７２は、図示省略の水平ＣＣＤレジスタから転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路の増幅用トランジスタを構成するもので、図１０に示すように、半導体基板７３の上層にゲートチャネル領域７５を挟んで形成されたＮ型（第２導電型）のソース用拡散層７６及びドレイン用拡散層７７と、ゲートチャネル領域７５の上にゲート絶縁膜７８を介して設けられたゲート電極７９とを有している。このゲート電極７９は、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンをタングステン・シリサイド（ＷＳｉ２）などで裏打ちしたプリサイドゲートなどから構成される。
また、前記ゲート電極７９は、ソース用拡散層７６とドレイン用拡散層７７とが左右に並べられた方向において、ソース用拡散層７６側に位置する端面７９ａと、ドレイン用拡散層７７側に位置する端面７９ｂとを有し、ソース用拡散層７６側に位置する端面７９ａを２段階の段構造にして、その表面積を、ゲート電極７９とソース用拡散層７６との間のゲート−ソース間容量Ｃ１０を減少させる大きさで形成し、さらに、ドレイン用拡散層７７側に位置する端面７９ｂを２段階の段構造にして、その表面積を、ゲート電極７９とドレイン用拡散層７７との間のゲート−ドレイン間容量Ｃ１１を減少させる大きさで形成する。
このようなゲート電極構造を有するＭＯＳトランジスタ５２を用いた固体撮像装置においては、ＭＯＳトランジスタ７２のゲート電極７９の側面から見た寄生容量Ｃ１０，Ｃ１１をＭＯＳトランジスタ７２の特性（例えばｇｍ：相互コンダクタンス）を低下することなく低減することが可能になり、同時にＦＤ部７１の容量も低減することができる。
したがって、上記のようなＭＯＳトランジスタ７２からなる出力回路を用いた固体撮像装置では、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。
なお、第３の実施の形態におけるＦＤ部７１の容量は、図１０に示すように、ＦＤ部７１でのウエル間容量Ｃ１と、ＦＤ部７１の電極７４側面との容量Ｃ２と、ＭＯＳトランジスタ７２のゲート電極７９とウエル間容量Ｃ３、ゲート電極７９の側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ１０，Ｃ１１との合計で表される。
次に、本発明の固体撮像装置に適用された図１０に示すＭＯＳトランジスタ７２及びＦＤ部７１の製造方法について、図１１及び図１２を参照して説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、Ｎ＋拡散層からなるＦＤ部７１及びＮ＋型のソース用拡散層７６とドレイン用拡散層７７を形成したＰ型の半導体基板７３の上面にゲート絶縁膜８１を形成し、このゲート絶縁膜８１の上面に多結晶シリコン膜８２を形成する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、ＦＤ部７１及びＭＯＳトランジスタのゲートと対向する多結晶シリコン膜８２の上面にフォトリゾグラフィにより電極用の第１レジストパターン８３を形成する。
次いで、図１２（ａ）に示すように、第１レジストパターン８３をマスクにして多結晶シリコン膜８２を、全体の厚さの約１／２程度の厚さになるまでエッチングする。次に、図１２（ａ）に示すレジストパターン８３を除去した後のＦＤ部７１に対向する凸状部８２ａの上面にフォトリゾグラフィにより電極用の第２レジストパターン８４ａを形成するとともに、ＭＯＳトランジスタのゲートと対向する凸状部８２ｂの上面にフォトリゾグラフィにより、凸状部８２ｂより面積の小さい電極用の第２レジストパターン８４ｂを形成する。
次に、図１２（ｃ）に示すように、第２レジストパターン８４ａ、８４ｂをマスクにして多結晶シリコン膜８２をエッチングすることにより、ＦＤ部７１用の電極７４及びＭＯＳトランジスタ用のゲート電極７９を形成する。次いで、図１２（ｃ）に示す第２レジストパターン８４ａ、８４ｂを除去して、図１２（ｄ）に示すような電極７４及びゲート電極７９を形成する。
これにより、ソース用拡散層７６側に位置する端面７９ａの表面積を、ゲート電極７９とソース用拡散層７６との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさにでき、また、ドレイン用拡散層７７側に位置する端面７９ｂの表面積を、ゲート電極７９とドレイン用拡散層７７との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさにできる。
（第４の実施の形態）
本発明にかかる固体撮像装置の第４の実施の形態について図１３及び図１４を参照して説明する。
図１３は、第４の実施の形態における固体撮像装置の水平ＣＣＤレジスタと、その出力端に接続されたＭＯＳトランジスタの平面図であり、図１４（Ａ），（Ｂ）は図１３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
この図１３及び図１４において、９１は水平ＣＣＤレジスタであり、この水平ＣＣＤレジスタ９１の出力端にはＦＤ部９２が設けられ、このＦＤ部９２とＭＯＳトランジスタ（特許請求の範囲に記載した絶縁ゲートトランジスタに相当する）９３との間はアルミ等の金属配線９４により接続されている。
ＦＤ部９２は、図１４（Ｂ）に示すように、Ｐ型（第１導電型）のシリコンからなる半導体基板９５に形成したＮ＋拡散領域から構成され、このＮ＋拡散領域の上面には多結晶シリコンからなる電極９６が形成されている。
ＭＯＳトランジスタ９３は、水平ＣＣＤレジスタ９１からＦＤ部９２に転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路の増幅用トランジスタを構成するもので、図１４（Ａ）に示すように、半導体基板９５の上層にゲートチャネル領域９６を挟んで形成されたＮ型（第２導電型）のソース用拡散層９７及びドレイン用拡散層９８と、ゲートチャネル領域９６の上にゲート絶縁膜９９を介して設けられたゲート電極１００とを有している。このゲート電極１００は、多結晶シリコンまたは多結晶シリコンをタングステン・シリサイド（ＷＳｉ２）などで裏打ちしたプリサイドゲートなどから構成される。
また、ゲート電極１００のゲートチャネル領域９６の延在方向と直交する面で切った断面は、ゲートチャネル領域９６に臨む第１の面１００ａと、この第1の面１００ａと反対に位置する第２の面１００ｂとを含んで構成され、第２の面１００ａは、ゲートチャネル領域９６から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている。
このような凸状の湾曲面を有するゲート電極構造のＭＯＳトランジスタ９３を用いた固体撮像装置においては、ＭＯＳトランジスタ９３のゲート電極１００の側面から見た寄生容量Ｃ１２，Ｃ１３をＭＯＳトランジスタ９３の特性（例えばｇｍ：相互コンダクタンス）を低下することなく低減することが可能になり、同時にＦＤ部９２の容量も低減することができる。
したがって、上記のようなＭＯＳトランジスタ９３からなる出力回路を用いた固体撮像装置では、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができる。また、ゲート電極１００の第２の面１００ｂの凸状湾曲面の曲率を調整することで、変換効率値を調整することも可能である。
なお、第４の実施の形態におけるＦＤ部９２の容量は、図１４に示すように、ＦＤ部９２でのウエル間容量Ｃ１と、ＦＤ部９２の電極９６側面との容量Ｃ２と、ＭＯＳトランジスタ９３のゲート電極１００とウエル間容量Ｃ３、ゲート電極１００の側面とソース／ドレイン用のＮ＋領域との間の容量Ｃ１２，Ｃ１３との合計で表される。
（第５の実施の形態）
本発明にかかる固体撮像装置の第５の実施の形態について図１５を参照して説明する。
図１５はＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置を構成する垂直ＣＣＤレジスタ及びフォトダイオード部分の断面構造を示している。
この図１５において、１２１はＮ型のシリコン基板、１２２はシリコン基板１２１上に形成されたＰ型ウエルであり、このＰ型ウエル１２２の上層にはＮ型拡散領域１２３が設けられており、このＮ拡散領域１２３とＰ型ウエル１２２はフォトダイオードＰＤを構成する。また、Ｐ型ウエル１２２の上層には垂直ＣＣＤレジスタを構成するＮ型拡散領域１２４が形成され、さらに、このＮ型拡散領域１２４とＮ型拡散領域１２３との間には読み出しゲートを構成する領域１２５が設けられている。
Ｎ型拡散領域１２４と読み出しゲート領域１２５の上には絶縁膜１２６を介してゲート電極１２７が設けられている。このゲート電極１２７のＮ型拡散領域１２４の左右の延在方向と直交する面で切った断面は、Ｎ型拡散領域１２４に臨む第１の面１２７ａと、この第1の面１２７ａと反対に位置する第２の面１２７ｂとを含んで構成され、第２の面１２７ｂは、Ｎ型拡散領域１２４から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている。
また、ゲート電極１２７の上には、その湾曲状上面及び側面を取り囲むように絶縁膜１２８を介して遮光膜１２９が設けられている。この遮光膜１２９はゲート電極１２７の第２の面１２７ｂと相似なアーチ形状を呈している。また、フォトダイオードＰＤの上面と対応する箇所には、入射光が導入される開口１３０が形成されている。
このようなゲート電極１２７を用いたＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置においては、ゲート電極１２７の第２の面１２７ｂが凸状湾曲面を呈しているため、絶縁膜１２８を介して形成される遮光膜１２９の形状もゲート電極１２５に相似なアーチ状を呈することになり、その結果、ゲート電極１２５及び遮光膜１２９の表面積が小さくなり、ゲート電極１２５と遮光膜１２９との間の容量を低減できるとともに、隣接するゲート電極間の側面の面積も小さくなり、ゲート電極１２５に加えられる電圧の伝播遅延が小さくなり、ゲートの駆動に必要な電力の低減、及び読み出し電圧値の低減が可能になり、垂直ＣＣＤレジスタのドライブ力を向上できる。特に垂直ＣＣＤレジスタで使用するゲート電極１２５の第２の面１２５ｂを凸状湾曲面に形成することにより、フォトダイオードＰＤに対し斜め方向から入射する光が遮光膜１２で遮られることがなくなり、その結果、例えばF値が小さいレンズをカメラシステムに用いた場合、その感度の低下を防止できる。
（第６の実施の形態）
本発明にかかる固体撮像装置の第６の実施の形態について図１６を参照して説明する。
図１６は、本発明にかかる固体撮像装置のゲート電極の他の例を示す説明用断面図である。
図１６において、１３１はＮ型のシリコン基板、１３２はシリコン基板１３１上に形成された絶縁膜であり、この絶縁膜１３２の上面には複数のゲート電極１３３が所定の間隔をおいて設けられ、これらゲート電極１３３は絶縁膜１３４により覆われている。
また、ゲート電極１３３の図１６の左右方向と直交する面で切った断面は、絶縁膜１３２に臨む第１の面１３３ａと、この第1の面１３３ａと反対に位置する第２の面１３３ｂとを含んで構成され、第２の面１３３ｂは、絶縁膜１３２から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている。
このようなゲート電極１３３においては、ゲート電極１３３の第２の面１３３ｂの凸状湾曲面の曲率及び突出高さを調整することにより、隣接するゲート電極１３３間の絶縁膜１３２側の間隔ｄ１及び隣接するゲート電極１３３間の湾曲頂部側の間隔ｄ２を調整することが可能になる。これに伴い、ゲート電極側面の面積が小さくなり、ゲート電極と遮光膜間の容量が低減されるほか、ゲート電極間距離が局所的に大きくなることにより、その間の容量も低減できる。このため、ゲート電極にかけられる電圧の伝播遅延を軽減することができ、電極にかかる実効的な電圧値をより高めることができる。その結果、駆動に必要な電力の低減が可能になり、フォトダイオードから垂直ＣＣＤレジスタへの電荷読み出しに必要な電圧値を低くでき、水平ＣＣＤレジスタ、垂直ＣＣＤレジスタのより高速な駆動等が期待できる。
なお、凸状湾曲面を有するゲート電極の形成には、ＭＯＳトランジスタを形成する際、ＬＤＤ用のイオン注入を行うために使用される電極側壁のサイドウォール形成プロセスやイメージセンサで画素への集光効果を高めるために利用されるオンチップマイクロレンズの形成等に利用されるエッチバックプロセス等の汎用プロセスを利用することができる。また、サイドウォール形成プロセスを使用する場合、図１５に示すようにフォトセンサに取り込みたい入射光の角度の範囲を規定し、遮光膜の曲率を、その規定した最大角度の入射光が接線となり、かつ接線延長線がフォトセンサに到達することが可能な程度にゲート電極を凸状湾曲面に加工する。
また、エッチバックプロセスを用いてゲート電極の凸状湾曲面を形成する手順としては、シリコン基板上に形成したゲート酸化膜上に電極となる材料を形成し、続いてエッチバック用にレジストを塗布し、かつ露光を行い、その後エッチングを行うことで、図１６に示すような所望の凸状湾曲面を形成することができる。
また、ＣＣＤイメージセンサにおいて、フローティングディフュージョン部のメタルと、水平ＣＣＤレジスタ、垂直ＣＣＤレジスタ上のゲート電極のメタルを同一の工程にて作成すれば、上述のフローティングディフュージョン部に関する効果、水平ＣＣＤレジスタ、垂直ＣＣＤレジスタに関する効果を、工程数を増やすことなく実現することができ、コストの面でも有利となる。
また、上記実施の形態では、主に水平ＣＣＤレジスタや垂直ＣＣＤレジスタを有するＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置にも適用できることは勿論である。
（第７の実施の形態）
次に、上記第１〜第５の実施の形態に示した固体撮像装置を動画撮影可能なビデオカメラや携帯電話に内蔵されるカメラ等の撮像装置に適用した場合の例について図１７を参照して説明する。
図１７において、撮像装置２００は、固体撮像装置２０１と、この固体撮像装置２０１に被写体からの撮像光を導く光学系２０２と、固体撮像装置２０１からの出力信号を処理する信号処理回路２０３と、固体撮像装置２０１を駆動する駆動回路２０４などを備える構成になっている。
この撮像装置２００において、固体撮像装置２０１には、前記第１〜第５の実施の形態にかかる固体撮像装置が使用される。
駆動回路２０４は、固体撮像装置２０１の転送動作および固体撮像装置２０１に内蔵されたシャッタ装置（図示せず）のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。また、駆動回路２０３から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０１の電荷転送を行う。信号処理回路２０３は、ビデオカメラや携帯電話などに応じた各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体（図示省略）に記憶され、あるいは図示省略のモニタに出力され、映像が表示される。
このような撮像装置によれば、上述した第１〜第５の実施の形態に示す固体撮像装置を用いることにより、ゲート電極に起因する容量成分を簡便に低減することができるとともに、信号電荷の変換効率を向上することができ、高画質の撮像装置を提供できる。
本発明によるＣＣＤ型固体撮像装置の一例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の水平ＣＣＤレジスタとその出力端に接続されたＭＯＳトランジスタの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置に適用される水平ＣＣＤレジスタの出力端に位置するＦＤ部及びこれに接続されたＭＯＳトランジスタの断面図である。 本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第２の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置に適用される水平ＣＣＤレジスタの出力端に位置するＦＤ部及びこれに接続されたＭＯＳトランジスタの断面図である。 本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第３の実施の形態の固体撮像装置に適用されるＭＯＳトランジスタ及びＦＤ部の製造過程を示す説明用断面図である。 本発明の第４の実施の形態における固体撮像装置の水平ＣＣＤレジスタとその出力端に接続されたＭＯＳトランジスタの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は図１３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第５の実施の形態におけるＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置を構成する垂直ＣＣＤレジスタ及びフォトダイオード部分の断面図である。 本発明にかかる固体撮像装置のゲート電極の他の例を示す説明用断面図である。 本発明の第１〜第４の実施の形態に示す固体撮像装置素子を用いた撮像装置の全体の構成を示すブロック図である。 従来における固体撮像装置の水平ＣＣＤレジスタとその出力端に接続されたＭＯＳトランジスタの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）は図１８のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 従来におけるＣＣＤ転送タイプの固体撮像装置を構成する垂直ＣＣＤレジスタ及びフォトダイオード部分の断面図である。
符号の説明
２０……固体撮像装置、２１……光電変換素子、２２……読み出しゲート、２３……垂直ＣＣＤレジスタ、２４……水平ＣＣＤレジスタ、２５……出力回路、２６……ＦＤ部、２８……ＭＯＳトランジスタ、２９……半導体基板、３１……ゲートチャネル領域、３２……ソース領域、３２ａ……第１高濃度拡散層、３２ｂ……第１低濃度拡散層、３３……ドレイン領域、３３ａ……第２高濃度拡散層、３３ｂ……第２低濃度拡散層、３４……ゲート絶縁膜、３５……ゲート電極、５１……ＦＤ部、５２……ＭＯＳトランジスタ、５３……半導体基板、５５……ゲートチャネル領域、５６……ソース用拡散層、５７……ドレイン用拡散層、５８……ゲート絶縁膜、５９……ゲート電極、７１……ＦＤ部、７２……ＭＯＳトランジスタ、７３……半導体基板、７５……ゲートチャネル領域、７６……ソース用拡散層、７７……ドレイン用拡散層、７８……ゲート絶縁膜、７９……ゲート電極、７９ａ，７２ｂ……端面、９１……水平ＣＣＤレジスタ、９２……ＦＤ部、９３……ＭＯＳトランジスタ、９５……半導体基板、９６……ゲートチャネル領域、９７……ソース用拡散層、９８……ドレイン用拡散層、９９……ゲート絶縁膜、１００……ゲート電極、１００ａ……第１の面、１００ｂ……第２の面、１２１……シリコン基板、１２２……Ｐ型ウエル、１２３……Ｎ型拡散領域、１２４……Ｎ型拡散領域、１２５……読み出しゲート領域、１２６……絶縁膜、１２７……ゲート電極、１２７ａ……第1の面、１２７ｂ……第２の面、１２８……絶縁膜、１２９……遮光膜、１３０……開口、２００……撮像装置、２０１……固体撮像装置、２０２……光学系、２０３……固体撮像装置、２０４……駆動回路。

Claims (11)

  1. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、
    前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、
    前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくした、
    ことを特徴とする半導体素子。
  2. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、
    前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、
    さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成した、
    ことを特徴とする半導体素子。
  3. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、
    前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
    ことを特徴とする半導体素子。
  4. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、
    前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、
    前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくした、
    ことを特徴とする固定撮像装置。
  5. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、
    前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、
    さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成した、
    ことを特徴とする固定撮像装置。
  6. 半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、
    前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
    ことを特徴とする固定撮像装置。
  7. 半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える複数の光電変換素子と前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を転送する電荷転送部及び前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部を備え、
    前記電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送レジスタ領域に配列された複数の転送用ゲート電極を有し、
    前記転送用ゲート電極の前記転送レジスタ領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、
    前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
    ことを特徴とする固定撮像装置。
  8. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、
    前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
    前記固体撮像装置は、
    第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース領域と第２導電型のドレイン領域と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ソース領域は、前記ゲート電極から離間して形成された不純物濃度の高い第１高濃度拡散層と、前記ゲート電極に隣接して形成された前記第１高濃度拡散層より不純物濃度の低い第１低濃度拡散層とから構成され、
    前記ドレイン領域は、前記ゲート電極に隣接して形成された不純物濃度の低い第２低濃度拡散層と、前記第２低濃度拡散層に隣接しかつ前記ゲート電極から離間した箇所に形成された前記第２低濃度拡散層より不純物濃度の高い第２高濃度拡散層とから構成され、
    前記第２低濃度拡散層の面積を前記第１低濃度拡散層の面積より大きくして前記第２高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離を前記第１高濃度拡散層の前記ゲート電極からの距離より大きくした、
    ことを特徴とする撮像装置。
  9. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、
    前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
    前記固体撮像装置は、
    第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上にゲートチャネル領域を挟んで形成された第２導電型のソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極は、前記ソース用拡散層と前記ドレイン用拡散層とが並べられた方向において前記ソース用拡散層側に位置する端面と、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面とを有し、
    前記ソース用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ソース用拡散層との間のゲート−ソース間容量を減少させる大きさで形成し、
    さらに、前記ドレイン用拡散層側に位置する端面の表面積を、前記ゲート電極と前記ドレイン用拡散層との間のゲート−ドレイン間容量を減少させる大きさで形成した、
    ことを特徴とする撮像装置。
  10. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、
    前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
    前記固体撮像装置は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える光電変換素子及び前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力回路を有する単位画素を備え、
    前記出力回路は、前記電気信号を出力する前に前記電気信号を増幅する絶縁ゲートトランジスタを有し、
    前記絶縁ゲートトランジスタは、
    前記半導体基板上に延在するゲートチャネル領域を挟んで形成されたソース用拡散層と第２導電型のドレイン用拡散層と、
    前記ゲートチャネル領域の上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有し、
    前記ゲート電極の前記ゲートチャネル領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第１の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、
    前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
    ことを特徴とする撮像装置。
  11. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置に被写体像を導く光学系と、
    前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
    前記固体撮像装置は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された、入射光を信号電荷に変換して蓄える複数の光電変換素子と前記光電変換素子に蓄えられた信号電荷を転送する電荷転送部及び前記電荷転送部から転送されてきた信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部を備え、
    前記電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送レジスタ領域に配列された複数の転送用ゲート電極を有し、
    前記転送用ゲート電極の前記転送レジスタ領域の延在方向と直交する面で切った断面は、前記ゲートチャネル領域に臨む第1の面と、前記第1の面と反対に位置する第２の面とを含んで構成され、
    前記第２の面は、前記ゲートチャネル領域から離れる方向に凸状の湾曲面で形成されている、
    ことを特徴とする撮像装置。
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