JP2011249690A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷転送チャネルの各転送ゲート下の領域に、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置を得る。
【解決手段】入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光部５と、各受光部列に対応して設けられ、対応する受光部列の受光部から読み出された信号電荷を垂直方向Ｘに転送する垂直転送部１００ｂと、該垂直転送部１００ｂから転送されてきた信号電荷を水平方向Ｙに転送する水平転送部１００ｃとを備えたＣＣＤ型の固体撮像装置１００において、垂直転送部および水平転送部にて転送ゲート下のゲート絶縁膜１０２を、その膜厚が、転送ゲート毎に電荷転送方向Ｘに向かって薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器に関し、特に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像装置における電荷転送効率を高めるための構造およびその構造の形成方法に関するものである。

ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子は、マトリックス状に配列された光電変換を行う複数の受光部と、受光部列に対応したＣＣＤ構造の複数の垂直転送部から構成されている。この垂直転送部からの信号電荷を出力部に転送する水平転送部が設けられており、水平転送部の最終段には出力部が接続されている。

以下、一般的な固体撮像装置の概略構成を説明する。

図８は、特許文献１に開示のＣＣＤ型固体撮像装置の概略構成を示す図である。

この固体撮像装置１は、撮像部２と、水平転送部３と、出力部４とを有する。

撮像部２は、画素毎に行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部７と、受光部５と垂直転送部７との間に配置された読み出しゲート部６とを有する。

受光部５は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光（入射光）をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部６は、受光部５に蓄積された信号電荷を垂直転送部７に読み出す。

垂直転送部７は、４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４によって駆動され、受光部５から読み出された信号電荷を垂直方向Ｘに転送する。なお、クロック信号としては、４相に限定されるものではない。クロック信号φＶ１〜φＶ４は、例えば０Ｖあるいは−８．５Ｖである。

水平転送部３は、２相のクロック信号φＨ１，φＨ２によって駆動され、垂直転送部７から垂直転送された信号電荷を、水平方向Ｙに転送する。

垂直転送部７および水平転送部３は、基板に形成されたそれぞれの転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル（図示せず）上にゲート絶縁膜（図示せず）を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極（図示せず）とを有する。

出力部４は、例えば、フローティングディフュージョンにて構成された電荷−電圧変換部を有し、水平転送部３により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して、アナログ画像信号として出力する。

このようなＣＣＤ型固体撮像装置では、電荷転送効率を高めるための種々の改良がなされている。

例えば、図９（ａ）に示すように、水平転送部１３の、垂直転送部１２と接する部分で、水平転送部の転送ゲート１３ａ下側のゲート絶縁膜１１を、垂直転送部１２に比べて薄くし、垂直転送部１２から水平転送部１３への電荷の受け渡しを効率よく行うようにしたものがある。なお、図９（ａ）中、１０は基板であり、Ｗｐは基板内での電荷転送井戸のポテンシャルレベル、Ｔｆ１は垂直転送部１２でのゲート絶縁膜の膜厚、Ｔｆ２（＜Ｔｆ１）は水平転送部１３でのゲート絶縁膜の膜厚である。

また、図９（ｂ）に示すように、垂直転送部および水平転送部での転送ゲート１２下側のゲート絶縁膜１１の厚さを、電荷転送チャネルＴｃの中央部分でその両側部に比べて薄くし、電荷転送チャネルＴｃに形成される電荷蓄積井戸の深さを中央部分で深くし、多くの電荷を転送可能としたものがある。なお、図９（ｂ）中、１０は基板であり、１１はゲート絶縁膜、Ｗｐ１はゲート絶縁膜の厚い部分での電荷転送井戸のポテンシャルレベル、Ｗｐ２はゲート絶縁膜の薄い部分での電荷転送井戸のポテンシャルレベルである。

ところが、図９（ａ）に示す構造は、垂直転送部から水平転送部への電荷の受け渡しを効率よく行うものであり、垂直転送部あるいは水平転送部で転送される電子の取り残しが生じるのは回避できるものではない。

また、図９（ｂ）に示す構造では、電荷転送井戸に貯められる電荷量は多くなるが、垂直転送部あるいは水平転送部で転送される電子の取り残しが生じるのは回避することができない。

このような技術は、転送ゲート下の電位分布を局所的に制御するため、ゲート絶縁膜を局所的に膜厚差をつけ、基板の電位分布の最適化を図るものであるが、このような局所的にゲート絶縁膜の膜厚差をつける方法では、電荷の転送に対して電位分布を最適にすることが難しい。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、電荷転送時の電荷の取り残しが発生する様子を説明する図である。

具体的には、タイミングｔ１では、隣接する４つの垂直転送ゲートＧ１〜Ｇ４のうちの転送ゲートＧ２およびＧ４がオンし、これらの転送ゲートの直下には電荷蓄積井戸に電荷が蓄積されている。続くタイミングｔ２で、転送ゲートＧ３がオンし、転送ゲートＧ４がオフすると、転送ゲートＧ３の直下にも電荷蓄積井戸が広がり、信号電荷が転送方向Ｘに移動する。そして、その後のタイミングｔ３で、転送ゲートＧ１がオンし、転送ゲートＧ２がオフしたとき、タイミングｔ２の時点で、転送ゲートＧ２の直下のチャネル領域にあった電子の一部が転送方向とは逆方向に移動し、電荷の取り残しが発生する。

つまり、ＣＣＤでは、電荷を一定方向に転送する必要があるが、図１０に示すように、電荷の取り残しが生ずると、転送効率が低下し、転送効率の低下は画質劣化となり、電位分布の最適化が必要である。

そこで、ゲート膜厚に傾斜を付けることで、転送ゲート直下での電位分布を最適化することが有効となる。

特許文献２には、このように転送ゲート直下での電位分布を最適化する方法が開示されており、以下図１１を用いて、特許文献２に開示の方法を簡単に説明する。

この特許文献２に開示の方法では、図１１（ａ）に示すように、垂直転送チャネル７ａの、各転送ゲートＧの直下の領域には、低濃度Ｎ型（Ｎ⁻型）イオン注入領域７ｂを、転送方向Ｄｖに沿って幅が広がるよう形成し、これにより、各転送ゲートＧ下での電荷転送井戸の電位を転送方向に沿って傾斜させている。なお、図１１（ａ）中、７ｃは低濃度Ｐ型（Ｐ⁻型）イオン注入領域である。また、図１１（ｂ）は、図１０（ｃ）のタイミングｔ３に相等するタイミングでの転送ゲートＧ１〜Ｇ４下の電荷転送井戸のポテンシャルレベルを示している。

このような特許文献２に記載のものでは、図１１（ｂ）に示すように、電荷転送井戸のポテンシャルレベルに、転送方向に電荷が流れやすくなるように傾斜をつけているので、電荷の取り残しを回避することができる。

特開２００７−２３４８８３号公報 特開２００９−３０２３４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の図９（ａ）に示す構造では、上述したように、電荷転送井戸に貯められる電荷量は多くなるが、垂直転送部あるいは水平転送部で転送される電子の取り残しが生じるのは回避することができない。

また、特許文献１に開示の図９（ｂ）に示す構造では、垂直転送部から水平転送部への電荷の受け渡しを効率よく行うことはできるが、垂直転送部あるいは水平転送部で転送される電子の取り残しが生じるのは回避できるものではない。

さらに、特許文献２に開示の方法では、垂直転送部あるいは水平転送部で転送される電子の取り残しが生じるのは回避できるが、チャネル領域に注入する低濃度イオン注入領域の形状により、チャネル領域での電荷転送井戸の電位に傾斜につけているため、このような電位の傾斜を精度および再現性よく制御することが困難である。

簡単に説明すると、上記Ｎ⁻型イオン注入領域のような、動作領域として機能させるイオン注入領域は、電気的に活性化するよう活性化アニール処理を行う必要があるが、このアニール処理の際に、注入されたイオンが拡散することとなり、アニール処理後のイオン注入領域は、アニール処理前のイオン注入領域の平面形状とは異なった平面形状を有することとなる。この結果、チャネル領域の各転送ゲート直下の領域に形成される電荷転送井戸の電位傾斜は、設計したものとは異なったものとなり、電荷転送井戸の電位傾斜を精度よくしかも再現性よく実現することができないという問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電荷転送チャネルの各転送ゲート下の領域に、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置およびその製造方法、並びにこのような固体撮像装置を用いた電子情報機器を得ることを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光部と、該受光部から読み出された信号電荷を、決められた電荷転送方向に転送する電荷転送部とを備え、該電荷転送部は、該電荷転送方向に沿って延び、該信号電荷が転送される転送チャネル領域と、該転送チャネル上に該電荷転送方向に沿って複数配置された転送ゲートと、該転送チャネルと該転送ゲートとの間に配置されたゲート絶縁膜とを有し、該ゲート絶縁膜は、該転送チャネル領域上での膜厚が、該転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記複数の受光部は行列状に配列されて受光部アレイを形成しており、前記電荷転送部は、該受光部アレイの各受光部列に対応して設けられ、対応する受光部列の受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、該垂直転送部を構成するゲート絶縁膜は、該垂直転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記水平転送部を構成するゲート絶縁膜は、該水平転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有することが好ましい。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上述した本発明の固体撮像装置を製造する方法であって、基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、該ゲート絶縁膜の形成工程は、該基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上にレジスト膜を、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分でその膜厚が前記電荷転送方向に沿って徐々に薄くなるよう形成する工程と、該レジスト膜およびその下側の該絶縁膜を、該レジスト膜の断面形状が該絶縁膜の断面形状に反映されるようエッチングして、前記ゲート絶縁膜を形成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程は、該絶縁膜上にレジスト材料を塗布する工程と、該塗布したレジスト材料を露光する工程と、露光したレジスト材料を現像して該レジスト膜を形成する工程とを含み、該レジスト材料を露光する工程では、該レジスト材料を、該レジスト材料の前記転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、前記電荷転送方向に沿って露光強度が徐々に増大するよう露光することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記レジスト材料の露光工程では、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された遮光膜とを有する露光マスクを用い、該露光マスクの光透過部は、該光透過部の一端側から他端側にかけて該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、該ゲート絶縁膜の形成工程は、該基板の表面の、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分に対して、熱酸化を制御するためのイオン注入を、該イオン注入濃度が前記電荷転送方向に沿って徐々に増大するよう行う工程と、該イオン注入を行った後、該基板の熱酸化により、前記ゲート絶縁膜を該イオン注入濃度に応じた膜厚になるよう成長する工程とを含むことが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記イオン注入工程は、前記基板上にレジスト膜を、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分でその膜厚が前記電荷転送方向に沿って徐々に薄くなるよう形成する工程と、該基板に該レジスト膜を介してイオンを注入する工程とを含むことが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記基板上にレジスト膜を形成する工程は、該基板上にレジスト材料を塗布する工程と、該塗布したレジスト材料を露光する工程と、露光したレジスト材料を現像して該レジスト膜を形成する工程とを含み、該レジスト材料を露光する工程では、該レジスト材料を、該レジスト材料の前記転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、前記電荷転送方向に沿って露光強度が徐々に増大するよう露光することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記レジスト材料の露光工程では、ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された遮光膜とを有する露光マスクを用い、該露光マスクの光透過部は、該光透過部の一端側から他端側にかけて該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記イオン注入工程では、前記基板上にイオン注入マスクを介してイオン注入する処理を、該イオン注入マスクの開口幅を変えて複数回行うことが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記基板に注入する、該基板の酸化による酸化膜の成長レートを調整するためのイオンは、フッ素イオンであることが好ましい。

本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明の固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明においては、ゲート絶縁膜を、ゲート電極毎にその膜厚が電荷転送方向に沿って薄くなる構造としたので、転送ゲート下のチャネル領域に形成される電荷転送井戸の電位レベルが、電荷転送方向に電荷が流れやすくなるように傾斜することとなり、電荷の取り残しを回避することができる。

また、本発明においては、ゲート絶縁膜の厚さにより上記のような電荷転送井戸の電位傾斜を実現しているので、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。

さらに、本発明においては、基板上に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜上に、転送ゲートに対応する部分で膜厚を変化させたレジスト膜を形成し、このレジスト膜およびその下の絶縁膜に対して、該レジスト膜の断面形状が該絶縁膜に反映されるようエッチングを行うことで、基板に対する処理は何ら行うことなく、電荷転送井戸の電位分布を最適にすることができる。

また、本発明においては、ゲート酸化前に転送ゲート下にフッ素又はその化合物をイオン注入して、ゲート絶縁膜の成長速度が部分的に異なるようにし、その後、熱酸化によりゲート絶縁膜を成長するので、一旦形成した熱酸化膜をパターニングする工程は不要とできる。

以上のように、本発明によれば、ＣＣＤ型の固体撮像装置において、転送ゲート下のゲート絶縁膜を、その膜厚が、転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造としたので、電荷転送井戸の電位が、転送方向に電荷が流れやすくなるように傾斜することとなり、電荷の取り残しを回避することができ、しかも、ゲート絶縁膜の厚さにより上記のような電荷転送井戸の電位傾斜を実現しているので、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を概略的に示し、図１（ｂ）は垂直ＣＣＤ部の断面構造を模式的に示す。 図２は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第１の方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、基板上のゲート絶縁膜を形成する処理を工程順に示している。 図３は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第１の方法を説明する図であり、図３（ａ）〜図３（ｃ）は、転送ゲートを形成する処理を工程順に示している。 図４は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第２の方法を説明する図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、基板上のゲート絶縁膜を形成する処理を工程順に示している。 図５は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第２の方法を説明する図であり、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、転送ゲートを形成する処理を工程順に示している。 図６は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第３の方法を説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、基板上のゲート絶縁膜を形成する処理を工程順に示している。 図７は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 図８は、一般的なＣＣＤ型固体撮像装置として特許文献１に開示の構成を示す図である。 図９は、該特許文献１に開示のＣＣＤ型固体撮像装置における転送効率を高めるための構造を示しており、図９（ａ）は、水平転送部の、垂直転送部との隣接部分でポテンシャル井戸の深さを深くした構造、図９（ｂ）は、垂直転送部のチャネル領域での電荷転送井戸のポテンシャルを深くした構造を示している。 図１０は、特許文献１に開示の固体撮像装置で、電荷転送時に生ずる電荷取り残しを説明する図であり、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、それぞれタイミングｔ１〜ｔ３での転送ゲートＧ１〜Ｇ４での電荷転送井戸のポテンシャルレベルを示している。 図１１は、特許文献２に開示の電荷転送井戸のポテンシャルレベルを傾斜させるための構造を説明する図であり、図１１（ａ）は、チャネル領域でのイオン注入領域の平面パターンを示し、図１１（ｂ）は、図１０（ｃ）のタイミングｔ３に相等するタイミングでの転送ゲートＧ１〜Ｇ４での電荷転送井戸のポテンシャルレベルを示している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を示す概略図、図１（ｂ）は垂直ＣＣＤ部の断面構造を模式的に示す。

本実施形態１の固体撮像装置１００は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光部５と、該各受光部から読み出された信号電荷を、決められた電荷転送方向に転送する電荷転送部とを備えている。

具体的には、複数の受光部５は行列状に配列されて受光部アレイを形成しており、電荷転送部は、該受光部アレイの各受光部列に対応して設けられ、対応する受光部列の受光部から読み出された信号電荷を垂直方向Ｘに転送する垂直転送部１００ｂと、該垂直転送部１００ｂから転送されてきた信号電荷を水平方向Ｙに転送する水平転送部１００ｃとを備えている。各受光部列を形成する受光部と、各受光部列に対応する垂直転送部１００ｂとの間には読み出しゲート部６が形成されており、この読み出しゲート部６には、基板上にゲート絶縁膜を介して読み出しゲート（図示せず）が形成されている。なお、ここで、複数の受光部５、垂直転送部１００ｂ、および読み出しゲート部６は、被写体の撮像を行う撮像部１００ａを構成している。

そして、この実施形態１では、図１（ｂ）に示すように、垂直転送部１００ｂを構成するゲート絶縁膜１０２は、基板１０１の表面の、垂直転送部１００ｂを構成する転送チャネル領域上での膜厚（ゲート絶縁膜の膜厚）が、垂直転送ゲートＧ１〜Ｇ４毎に電荷転送方向Ｘに向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜１０２の表面を傾斜させた断面構造を有している。

この場合、垂直転送チャネル部１００ｂに形成される電荷転送井戸は、各垂直転送ゲート毎に、その電位（電子ｅに対するエネルギー準位）Ｅｗが、図１（ｂ）に示すように、垂直転送方向Ｘに向かって深くなるよう傾斜した構造となる。

また、この実施形態１では、水平転送部１００ｃを構成するゲート絶縁膜も、基板１０１の表面の、水平転送部１００ｃを構成する転送チャネル領域上での膜厚（ゲート絶縁膜の膜厚）が、垂直転送部１００ｂと同様に、水平転送ゲート毎に電荷転送方向Ｙに向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有する。

この場合、水平転送チャネル部１００ｃに形成される電荷転送井戸は、各水平転送ゲート毎に、その電位（電子ｅに対するエネルギー準位）Ｅｗが、水平転送方向Ｙに向かって深くなるよう傾斜した構造となる。

これにより、各電荷転送部では、電荷転送のために転送ゲートに駆動信号が印加されたときには、図１１（ｂ）に示すように、電荷転送井戸の電位が、各転送ゲート毎に電荷転送がされやすくなるように傾斜しているため、電荷の取り残しなく信号電荷が転送されることとなる。

次に、本実施形態１の固体撮像装置の製造方法について説明する。

この実施形態１の固体撮像装置の製造方法は、転送ゲートの下側のゲート絶縁膜を形成する工程以外は、一般的なＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法と同一であるので、以下、主にゲート絶縁膜の形成工程について説明する。

図２および図３は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第１の方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、基板上のゲート絶縁膜を形成する処理を工程順に示し、図３（ａ）〜図３（ｃ）は、転送ゲートを形成する処理を工程順に示している。

なお、図２および３では、説明の都合上、１つの転送ゲートＧに対応する部分の断面構造を模式的に示している。

下地の基板（Ｓｉ基板）１０１にＣＣＤ画素に必要なイオン注入を行った後、図２（ａ）に示すように、基板１０１上に熱酸化により絶縁膜（ＳｉＯ膜）１０２ａを形成する。ここでは、絶縁膜１０２ａの膜厚は、転送ゲートの駆動電圧として１３．８（Ｖ）を想定して、十分な耐圧が得られるよう２５０オングストローム程度の膜厚としているが、駆動電圧に応じてこの熱酸化膜である絶縁膜の厚さは変更されるものである。例えば、転送ゲートを５Ｖで駆動する場合は、上記絶縁膜をより薄く形成することとなる。

次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜１０２ａ上にレジスト材料１０３ａを塗布し、該塗布したレジスト材料１０３ａを選択的に露光する。

このレジスト材料１０３ａを露光する工程では、該レジスト材料１０３ａを、該レジスト材料の各垂直転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、電荷転送方向Ｘに沿って露光強度が徐々に増大するよう露光する。

また、この露光には、ガラス基板２１と、該ガラス基板２１上に形成された遮光膜２２とを有する露光マスク２０を用いる。この露光マスク２０の光透過部２２ａは、該光透過部２２ａの一端側から他端側にかけて（つまり、電荷転送方向に相等する方向に向かって）該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっている。

次に、図２（ｂ）に示すように、露光したレジスト材料を現像して該レジスト膜１０３を形成する。このレジスト膜１０３の露光強度を変化させた部分１０３ｂでは、膜厚が電荷転送方向Ｘに向かって連続的に減少した構造となっている。

次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１０３およびその下側の該絶縁膜１０２ａを、該レジスト膜１０３の断面形状が該絶縁膜１０２ａに反映されるようエッチングして、ゲート絶縁膜１０２を形成する。

その後、図３（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１０２上にポリシリコン膜１０４を堆積し、その後、該ポリシリコン膜１０４上にレジストマスク１０５を形成し（図３（ｂ））、該ポリシリコン膜１０４を選択エッチングによりパターニングして転送ゲートＧを形成する（図３（ｃ））。

次に、本実施形態１の固体撮像装置を製造する第２の方法について説明する。

この第２の方法は、ゲート絶縁膜の形成を、上記第１の方法とは異なるプロセスで行うものである。

図４および図５は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を製造する第２の方法を説明する図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、基板上のゲート絶縁膜を形成する処理を工程順に示し、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、転送ゲートを形成する処理を工程順に示している。

なお、図４および５では、説明の都合上、１つの転送ゲートＧに対応する部分の断面構造を模式的に示している。

図４（ａ）に示すように、基板１０１上にレジスト材料１１３ａを塗布し、その後、該塗布したレジスト材料１１３ａを露光する。

このとき、レジスト材料１１３ａを、該レジスト材料の垂直転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、前記垂直電荷転送方向Ｘに沿って露光強度が徐々に増大するよう露光する。

このレジスト材料の露光工程では、ガラス基板２１と、該ガラス基板上に形成された遮光膜２２とを有する露光マスク２０を用い、該露光マスクの光透過部２２ａは、該光透過部の一端側から他端側にかけて（つまり、電荷転送方向に相等する方向に沿って）該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっている。

その後、図４（ｂ）に示すように、基板にレジスト膜１１３を介してフッ素あるいはその化合物をイオン注入して基板表面にフッ素イオンの注入領域１０１ａを形成する。このようにイオン注入を行った後、該基板１０１の熱酸化により、ゲート絶縁膜１１２を、該イオン注入濃度に応じた膜厚になるよう成長する。このとき、熱酸化によるゲート絶縁膜の成長速度は、フッ素イオンの濃度が高い領域では小さくなるため、図４（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１１２には、各転送ゲート毎に、膜厚さが転送方向Ｘに沿って減少した部分１１２ａが形成されることとなる。

なお、フッ素あるいはその化合物のイオン注入は、活性領域として機能する領域を形成するもの、つまりこの注入イオンをキャリアとして利用するものではないので、その後に活性化アニールを行う必要はなく、この注入領域の平面形状がその後の処理により大きく変化することはない。

その後は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すプロセスと同様にして転送ゲートを形成する。

つまり、図５（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１１２上にポリシリコン膜１０４を堆積し、その後、該ポリシリコン膜１０４上にレジストマスク１０５を形成し（図５（ｂ））、該ポリシリコン膜１０４を選択エッチングによりパターニングして転送ゲートＧを形成する（図５（ｃ））。

次に、本実施形態１の固体撮像装置を製造する第３の方法について説明する。

第２の方法では、基板表面領域に、フッ素イオンの注入濃度が転送方向に変化した領域を形成するために、基板表面の転送ゲートに対応する部分で膜厚を変化させたレジスト膜を用いてイオン注入を行っているのに対して、この第３の方法では、基板表面領域に、フッ素あるいはその化合物のイオン注入濃度が電荷転送方向に変化した領域を形成するために、イオン注入の複数回行う。

つまり、この第３の方法では、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、基板上にイオン注入マスクを介してイオン注入する処理を、該イオン注入マスクの開口幅を変えて複数回行う。

具体的には、まず、基板（Ｓｉ基板）１０１上に開口幅の狭いレジスト開口１２１ａ１を有する第１のレジスト膜１２１ａを形成し、該レジスト膜１２１ａをマスクとしてフッ素あるいはその化合物のイオン注入をして、イオン注入領域１１１ａを、基板表面の、転送ゲートに対応する領域に形成する（図６（ａ））。

次に、基板（Ｓｉ基板）１０１上に、第１のレジスト膜１２１ａに比べて開口幅を広げたレジスト開口１２１ｂ１を有する第２のレジスト膜１２１ｂを形成し、該レジスト膜１２１ｂをマスクとしてフッ素あるいはその化合物のイオン注入をして、イオン注入領域１１１ｂを、転送ゲートに対応する領域に形成する（図６（ｂ））。ここで、第２のレジスト膜１２１ｂの開口１２１ｂ１の一端は第１のレジスト膜１２１ａの開口１２１ａ１の一端と一致し、第２のレジスト膜１２１ｂの開口１２１ｂ１の他端は、第１のレジスト膜１２１ａの開口１２１ａ１の他端に対して開口がより広がる方向にずれている。

次に、基板（Ｓｉ基板）１０１上に、第２のレジスト膜１２１ｂに比べて開口幅を広げたレジスト開口１２１ｃ１を有する第３のレジスト膜１２１ｃを形成し、該レジスト膜１２１ｃをマスクとしてフッ素あるいはその化合物のイオン注入をして、イオン注入領域１１１ｃを、転送ゲートに対応する領域に形成する（図６（ｃ））。ここで、第３のレジスト膜１２１ｃの開口１２１ｃ１の一端は第２のレジスト膜１２１ｂの開口１２１ｂ１の一端と一致し、第３のレジスト膜１２１ｃの開口１２１ｃ１の他端は第２のレジスト膜１２１ｂの開口１２１ｂ１の他端より、開口がより広がる方向にずれている。

このようにして、基板の転送ゲートに対応する領域に、フッ素などのイオンの注入濃度と深さが電荷転送方向Ｘに沿って変化したイオン注入領域を形成する。

その後は、基板１０１の熱酸化により、基板１０１上にゲート絶縁膜１２２を、該イオン注入濃度に応じた膜厚になるよう成長する。このとき、熱酸化によるゲート絶縁膜１２２の成長速度は、フッ素イオンの濃度が高い領域では小さくなるため、図６（ｄ）に示すように、チャネル領域には、各転送ゲート毎に、膜厚さが転送方向Ｘに沿って減少した部分１２２ａが形成されることとなる。

その後は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すプロセスと同様にして転送ゲートを形成する。

このように本実施形態では、ゲート絶縁膜１０２、１１２、１２２に傾斜をつけ、転送ゲート下のチャネル領域に形成される電荷転送井戸を、その電位レベルが電荷転送方向に沿って傾斜した構造としているので、電荷転送井戸の電位が、転送方向に電荷が流れやすくなるように傾斜することとなり、電荷の取り残しを回避することができる。

また、ゲート絶縁膜の厚さにより上記のような電荷転送井戸の電位傾斜を実現しているので、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。

さらに、本実施形態の固体撮像装置の第１の製造方法では、下地Ｓｉ基板にＣＣＤ画素に必要なイオン注入を行った後に、ゲート絶縁膜形成のためシリコンを酸化させ、その後、転送ゲートに対応する部分で膜厚を変化させたレジスト膜を用いて、このレジスト膜およびその下のゲート絶縁膜に対して、該レジスト膜の断面形状がゲート絶縁膜に反映されるようエッチングを行うことで、基板に対する処理は何ら行うことなく、電荷転送井戸の電位分布を最適にすることができる。

なお、上記実施形態では、レジスト膜に現像時に傾斜がつくよう露光しているが、このように現像後のフォトレジストに傾斜をつける手法は、一般的であり、マスクの描画方法により可能である。

また、本実施形態の固体撮像装置の第２の製造方法では、基板（Ｓｉ基板）上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ）を熱酸化により成長する前に、転送ゲート下にフッ素又はその化合物をイオン注入してゲート絶縁膜の成長速度に差がつくようにするので、一旦形成した熱酸化膜をパターニングする工程は不要とできる。

また、上記実施形態では、垂直転送部を構成するゲート絶縁膜および水平転送部を構成するゲート絶縁膜をともに、これらの電荷転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造としているが、垂直転送部および水平転送部のいずれか一方を構成するゲート絶縁膜を、電荷転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造としてもよい。

さらに、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図７に示す本発明の実施形態２による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１の固体撮像装置を、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子情報機器の分野において、ゲート絶縁膜に傾斜を付けることで、電荷転送チャネルの各転送ゲート下の領域に、電荷転送方向に沿って電位が傾斜した電荷転送井戸を精度よくしかも再現性よく形成することができ、これにより電荷転送部での信号電荷の転送効率を改善した信頼性の高い固体撮像装置およびその製造方法、並びにこのような固体撮像装置を用いた電子情報機器を得ることができる。

１
５ 受光部、
６ 読み出しゲート部
２０ 露光マスク
２１ ガラス基板
２２ 遮光膜
２２ａ 光透過部
９０ 電子情報機器
９１ 撮像部
９２ メモリ部
９３ 表示手段
９４ 通信手段
９５ 画像出力手段
１００ 固体撮像装置
１００ａ 撮像部
１００ｂ 垂直転送部
１００ｃ 水平転送部
１０１ 基板
１０２、１１２、１２２ ゲート絶縁膜
１０２ａ 絶縁膜
１０３ レジスト膜
１０３ａ レジスト材料
１０４ ポリシリコン膜
１０５ レジストマスク
１１１ａ イオン注入領域
１１３ａ レジスト材料
１２１ａ 第１のレジスト膜
１２１ａ１、１２１ｂ１、１２１ｃ１ レジスト開口
１２１ｂ 第２のレジスト膜
１２１ｃ 第３のレジスト膜
ｅ 電子
Ｅｗ エネルギー準位
Ｇ１〜Ｇ４ 垂直転送ゲート
Ｘ 垂直転送方向
Ｙ 水平転送方向

Claims (13)

1. 入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光部と、
   該受光部から読み出された信号電荷を、決められた電荷転送方向に転送する電荷転送部とを備え、
   該電荷転送部は、
   該電荷転送方向に沿って延び、該信号電荷が転送される転送チャネル領域と、
   該転送チャネル上に該電荷転送方向に沿って複数配置された転送ゲートと、
   該転送チャネルと該転送ゲートとの間に配置されたゲート絶縁膜とを有し、
   該ゲート絶縁膜は、該転送チャネル領域上での膜厚が、該転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有する、固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記複数の受光部は行列状に配列されて受光部アレイを形成しており、
   前記電荷転送部は、
   該受光部アレイの各受光部列に対応して設けられ、対応する受光部列の受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
   該垂直転送部から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、
   該垂直転送部を構成するゲート絶縁膜は、該垂直転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有する、固体撮像装置。
3. 請求項２に記載の固体撮像装置において、
   前記水平転送部を構成するゲート絶縁膜は、該水平転送部の転送チャネル領域上での膜厚が、前記転送ゲート毎に電荷転送方向に向かって徐々に薄くなるよう、該ゲート絶縁膜の表面を傾斜させた断面構造を有する、固体撮像装置。
4. 請求項１に記載の固体撮像装置を製造する方法であって、
   基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、
   該ゲート絶縁膜の形成工程は、
   該基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   該絶縁膜上にレジスト膜を、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分でその膜厚が前記電荷転送方向に沿って徐々に薄くなるよう形成する工程と、
   該レジスト膜およびその下側の該絶縁膜を、該レジスト膜の断面形状が該絶縁膜の断面形状に反映されるようエッチングして、前記ゲート絶縁膜を形成する工程とを含む、固体撮像装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程は、
   該絶縁膜上にレジスト材料を塗布する工程と、
   該塗布したレジスト材料を露光する工程と、
   露光したレジスト材料を現像して該レジスト膜を形成する工程とを含み、
   該レジスト材料を露光する工程では、
   該レジスト材料を、該レジスト材料の前記転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、前記電荷転送方向に沿って露光強度が徐々に増大するよう露光する、固体撮像装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記レジスト材料の露光工程では、
   ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された遮光膜とを有する露光マスクを用い、
   該露光マスクの光透過部は、該光透過部の一端側から他端側にかけて該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっている、固体撮像装置の製造方法。
7. 請求項１に記載の固体撮像装置を製造する方法であって、
   基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、
   該ゲート絶縁膜の形成工程は、
   該基板の表面の、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分に対して、熱酸化を制御するためのイオン注入を、該イオン注入濃度が前記電荷転送方向に沿って徐々に増大するよう行う工程と、
   該イオン注入を行った後、該基板の熱酸化により、前記ゲート絶縁膜を該イオン注入濃度に応じた膜厚になるよう成長する工程とを含む、固体撮像装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記イオン注入工程は、
   前記基板上にレジスト膜を、前記転送チャネル領域と前記転送ゲートとが重なるべき部分でその膜厚が前記電荷転送方向に沿って徐々に薄くなるよう形成する工程と、
   該基板に該レジスト膜を介してイオンを注入する工程とを含む、固体撮像装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法において、
   前記基板上にレジスト膜を形成する工程は、
   該基板上にレジスト材料を塗布する工程と、
   該塗布したレジスト材料を露光する工程と、
   露光したレジスト材料を現像して該レジスト膜を形成する工程とを含み、
   該レジスト材料を露光する工程では、
   該レジスト材料を、該レジスト材料の前記転送ゲートに対応するゲート対応部分が露光され、かつ該レジスト膜のゲート対応部分で、前記電荷転送方向に沿って露光強度が徐々に増大するよう露光する、固体撮像装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法において、
    前記レジスト材料の露光工程では、
    ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された遮光膜とを有する露光マスクを用い、
    該露光マスクの光透過部は、該光透過部の一端側から他端側にかけて該遮光膜の厚さを段階的に減少させた構造となっている、固体撮像装置の製造方法。
11. 請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法において、
    前記イオン注入工程では、
    前記基板上にイオン注入マスクを介してイオン注入する処理を、該イオン注入マスクの開口幅を変えて複数回行う、固体撮像装置の製造方法。
12. 請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法において、
    前記基板に注入する、該基板の酸化による酸化膜の成長レートを調整するためのイオンは、フッ素イオンである、固体撮像装置の製造方法。
13. 被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
    該撮像部は、請求項１に記載の固体撮像装置である電子情報機器。

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