JP3963443B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の一端または両端に接続された水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターライン転送型固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、光電変換部の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部と、各垂直電荷転送部の一端に電気的に接続された水平電荷転送部と、水平電荷転送部の一端に接続された出力回路部とを備えている。このような固体撮像装置においては、光電変換部で発生した信号電荷は、垂直電荷転送部により垂直方向に転送された後、水平電荷転送部に送られ、この水平電荷転送部で水平方向（垂直電荷転送部の転送方向と直交する方向）に転送されて出力回路部に送られる。
【０００３】
このような固体撮像装置の従来の垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の構造は、例えば特開平５−２９５９９号公報や特開平１０−１３５４３９号公報に記載されている。図１９は、従来のインターライン転送型固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【０００４】
垂直電荷転送部５０１においては、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部に垂直Ｐ型ウェル５０３が形成されており、垂直Ｐ型ウェル５０３の表層部にＮ型の垂直転送チャネル５０４が形成され、Ｎ--型半導体基板５０２の表面上にゲート絶縁膜５０６を介して複数の垂直転送電極５０７，５０９ａ，５０９ｂおよび最終垂直転送電極５０８が形成されている。各垂直転送電極は、クロックパルスΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３またはΦＶ４が印加されるように配線されている。また、垂直電荷転送部５０１においては、垂直転送チャネル５０４同士間を電気的に分離するためのＰ+型素子分離領域５０５が形成されている。
【０００５】
水平電荷転送部５１０においては、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部に水平Ｐ型ウェル５１１が形成されており、水平Ｐ型ウェル５１１の表層部にＮ型の水平転送チャネル５１２が形成され、このＮ--型半導体基板５０２の表面上にゲート絶縁膜５０６を介して複数の第１の水平転送電極５１３ａ，５１３ｂが形成されている。さらに、第１の水平転送電極同士間の隙間および最終垂直転送電極５０８と第１の水平転送電極５１３ａの隙間にはＮ-型の電位障壁領域５１４が形成されており、この電位障壁領域５１４上にゲート絶縁膜５０６を介して第２の水平転送電極５１５ａ、５１５ｂが形成されている。また、各水平転送電極は、クロックパルスΦＨ１またはΦＨ２が印加されるように配線されている。
【０００６】
垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部には、垂直電荷転送部５０１側からＰ+型素子分離領域５０５が伸長している。また、この接続部には、水平電荷転送部５１０側から水平転送チャネル５１２が伸長しており、この水平転送チャネル５１２の接続部に伸長した部分は、Ｐ+型素子分離領域５０５同士間に配置されている。一方、垂直転送チャネル５０４は前記接続部には伸長しておらず、その水平電荷転送部側の端部５２１は最終垂直転送電極５０８の端部とほぼ一致している。また、この接続部においては、垂直転送チャネル５０４と水平転送チャネル５１２との境界に当たる部分に、Ｎ-型の電位障壁領域５１４が形成されている。
【０００７】
また、垂直転送チャネル５０４のチャネル幅は、水平転送チャネル５１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル５０４の不純物濃度は水平転送チャネル５１２よりも高濃度で形成される。また、水平電荷転送部５１０は、垂直電荷転送部５０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル５１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル５０３よりも低濃度で形成される。
【０００８】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２０、図２１を用いて説明する。図２１は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。図２０は、図２１に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。なお、ポテンシャル図においては、ポテンシャルは下向きを正とし、斜線部に電荷が保持されているものとする（以下同じ）。
【０００９】
時刻ｔ１の時、垂直電荷転送部５０１内の信号電荷５１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ｂの下に蓄積されている。次に時刻ｔ２の時、クロックパルスφＶ４がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷５１７の一部が垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０へ転送され始める。次に時刻ｔ３の時、クロックパルスφＶ１がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷５１７はさらに垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０へ転送され、時刻ｔ４の時、クロックパルスφＶ２がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わることにより、垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０への信号電荷５１７の転送動作が終了する。この時、信号電荷５１７は、水平電荷転送部５１０のＶHHが印加されている第１の水平転送電極５１３ａに蓄積される。また、次の信号電荷５１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ａの下まで転送されている。時刻ｔ５の時、クロックパルスφＶ３がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷５１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ｂの下まで転送される。その後、水平電荷転送部５１０が動作し、水平転送電極にお互い位相の反転した転送パルスΦＨ１，ΦＨ２が印加され、信号電荷５１７は水平電荷転送部を転送されていく。以降、この動作を繰り返すことにより、信号電荷５１７は垂直電荷転送部５０１および水平電荷転送部５０３を転送されていく。
【００１０】
図２０に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部では、第２の水平転送電極５１５ａの下に形成された電位障壁領域５１４により電位障壁５１９が存在し、さらに、垂直電荷転送部の素子分離領域５０５による狭チャネル効果で電位障壁５２０が存在するため、水平電荷転送部から垂直電荷転送部への信号電荷の逆転送が抑制されている。
【００１１】
次に上記固体撮像装置の製造方法について説明する。図２２、図２３、図２４、図２５は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００１２】
まず、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板５０２の表面上に保護膜５２６を形成し、このＮ--型半導体基板５０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域以外の領域にボロンなどのＰ型不純物のイオン注入により素子分離領域５０５を形成する。そして、保護膜５２６の表面上に第１のフォトレジスト膜５３４を形成し、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から第１のフォトレジスト膜５３４を除去した後、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域５２４を形成し、Ｐ型領域５２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物のイオン注入によりＮ型領域５２５を形成する。
【００１３】
続いて、第１のフォトレジスト膜５３４を全面除去した後、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、保護膜の表面上に第２のフォトレジスト膜５２８を形成し、垂直転送チャネルが形成される領域上から第２のフォトレジスト膜５２８を除去した後、Ｐ型領域５２４とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル５０３を形成し、Ｎ型領域５２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル５０４を形成する。ここで、垂直Ｐ型ウェル５０３および垂直転送チャネル５０４が形成されていないＰ型領域５２４およびＮ型領域５２５は、それぞれ水平Ｐ型ウェル５１１および水平転送チャネル５１２となる。
【００１４】
続いて、第２のフォトレジスト膜５２８および保護膜５２６を全面除去した後、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、表面上にゲート絶縁膜５０６を形成し、さらにゲート絶縁膜５０６上に第１層目の転送電極５０７，５０８，５１３ａ，５１３ｂを形成する。そして、その表面上に第３のフォトレジスト膜５２９を形成し、これを、最終垂直転送電極５０８上に境界を持つように、水平転送チャネル側の領域上から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域５１４を形成する。
【００１５】
続いて、第３のフォトレジスト膜５２９を全面除去した後、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極５０７，５０８，５１３ａ，５１３ｂの周囲に層間絶縁膜５２７を形成した後、第２層目の転送電極５０９ａ，５０９ｂ，５１５ａ，５１５ｂを形成する。垂直転送電極５０９ａ，５０７，５０９ｂ，５０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスが印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極５１３ａと５１５ａの組、５１３ｂと５１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスが印加されるように配線されることにより、従来の固体撮像装置が製造される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の固体撮像装置は、画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化、および水平電荷転送部の低電圧駆動化が進むにつれて、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送が短時間でスムーズに行われなくなり、一般に黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生したり、転送効率が著しく劣化するという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２０を用いて説明する。
【００１７】
従来の固体撮像装置では、画素の微細化に伴い、垂直転送チャネル５０４のチャネル幅を狭くしなければならないため、転送電荷量を確保するために垂直転送チャネル５０４のＮ型不純物濃度を高くしていく必要があった。一方、水平転送チャネル５１２のチャネル幅は狭くする必要が無いため、水平転送チャネル５１２のＮ型不純物濃度を高くする必要はなかった。
【００１８】
また、従来の固体撮像装置では、垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部５２１は、最終垂直転送電極５０８の端部とほぼ一致するように形成されており、最終垂直転送電極５０８の端部よりも水平電荷転送部側には電位障壁領域５１４および水平転送チャネル５１２が形成されていた。すなわち、最終垂直転送電極５０８の下にはＮ型不純物濃度の高い垂直転送チャネル５０４が形成されており、垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部における第１の水平転送電極５１３ａおよび第２の水平転送電極５１５ａ下の領域には、Ｎ型不純物濃度の低い水平転送チャネル５１２が形成されていた。
【００１９】
そのため、垂直転送チャネル５０４と水平転送チャネル５１２のＮ型不純物の濃度差を大きくしていったり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めていくと、最終垂直転送電極５０８（ＶVHが印加されている。）下のチャネル電位よりも、接続部における第２の水平転送電極５１５ａおよび第１の水平転送電極５１３ａ（ＶHHが印加されている。）下のチャネル電位の方が浅く形成され、図２０の時刻ｔ２，ｔ３において転送障壁５２３が形成されるようになる。その結果、垂直電荷転送部５０１に残された信号電荷５１７ａ、５１７ｂは、時刻ｔ４から水平電荷転送部が動作するまでの短い間に全ての信号電荷を水平電荷転送部５１０に転送することができず、信号電荷の転送残り５２２が発生して、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生する場合があった。
【００２０】
また、上記のような転送障壁５２３を発生させないために、最終垂直転送電極５０８をΦＶ４が印加される他の垂直転送電極と独立して形成し、垂直電荷転送のハイレベル電圧ＶHHよりも電圧を低下させたクロックパルスΦＶ４’を最終垂直転送電極５０８に印加させる方法があるが、この場合は、第２の垂直転送電極５０９ｂから最終垂直転送電極５０８への電荷転送で転送不良が新たに発生したり、ΦＶ４’のクロックパルスを作るための別電源が必要となり駆動回路が複雑になるなどの問題があった。
【００２１】
また、上記のような従来の固体撮像装置の製造方法は、画素の微細化が進むにつれて、マスク合わせズレの影響により、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキが大きくなるという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２２を用いて説明する。
【００２２】
垂直転送チャネル５０４および垂直Ｐ型ウェル５０３は、先述したように、第１のフォトレジスト膜５３４をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入し［図２２（ａ）、（ｂ）］、続いて、第２のフォトレジスト膜５２８をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入することにより形成される［図２３（ａ）、（ｂ）］。このように、垂直転送チャネル５０４および垂直Ｐ型ウェル５０３は、２回のフォトレジスト工程で形成されるため、１回目のフォトレジスト工程と２回目のフォトレジスト工程でのマスクの合わせズレの影響により、垂直転送チャネル５０４や垂直Ｐ型ウェル５０３の形成される幅が変動しやすく、その結果、特に画素が微細になるにつれて、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキが大きくなるという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明は、画素の微細化や水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めても、垂直電荷転送部での転送電荷量を十分に確保でき、かつ、垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ信号電荷を転送する際に生じる転送残りを十分に低減し、良好な表示特性を得ることができる固体撮像装置と、このような固体撮像装置を精度良く製造できる方法とを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一端に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、第１導電型垂直転送チャネル領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に隣接するように形成された第２導電型素子分離領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極および最終垂直転送電極と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域の下に形成された第２導電型垂直ウェル領域とを備え、前記水平電荷転送部は、第１導電型水平転送チャネル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域の下に形成された第２導電型水平ウェル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１水平転送電極と、前記第１水平転送電極の隙間に形成された複数の第２水平転送電極とを備え、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部には、前記垂直電荷転送部から前記第１導電型垂直転送チャネル領域、前記第２導電型素子分離領域および前記第２導電型垂直ウェル領域が伸長し、この第１導電型垂直転送チャネル領域の前記接続部に伸長した部分の上に前記第１水平転送電極の一部が重なっており、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記最終垂直転送電極の前記水平電荷転送部側の端部よりも前記水平電荷転送部側に位置し、前記第２水平転送電極下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内および前記最終垂直転送電極と前記第１水平転送電極の隙間下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内に形成された電位障壁領域を備えていることを特徴とする。
前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記第２導電型素子分離領域の端部から１．５μｍ以内にあることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の第１の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成し、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜を、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第２の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入し、前記垂直転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を除去した後、前記半導体基板上に第３のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第３のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、前記第３のフォトレジスト膜をマスクとして、前記水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型水平ウェル領域を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の第３の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクとして、第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成し、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を、前記第２導電型素子分離領域となる領域および前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第１導電型水平転送チャネル領域に第２導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
この第３の製造方法においては、更に、前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第２導電型水平ウェル領域に第１導電型不純物をイオン注入する工程を有することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置によれば、前述したように、第１導電型垂直転送チャネル領域、第２導電型素子分離領域および第２導電型垂直ウェル領域を垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部にまで伸長させ、この伸長した領域の水平電荷転送部側の端部が、最終垂直転送電極の水平電荷転送部側の端部よりも水平電荷転送部側に位置し、且つ、第２導電型素子分離領域の水平電荷転送部側の端部から１．５μｍ以内に位置するように調整されることより、垂直電荷転送部の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネルと水平転送チャネルのＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めた場合であっても、信号電荷を水平電荷転送部に短時間でスムーズに転送することができる。そのため、良好な表示特性を確保しながら、さらなる画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能になる。
【００３０】
上記固体撮像装置においては、第１導電型水平転送チャネル領域は、第１導電型垂直転送チャネル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、画素の微細化に伴なって垂直転送チャネル領域のチャネル幅を小さくした場合であっても、十分な転送信号量を確保することができる。
【００３１】
また、上記固体撮像装置においては、第１導電型水平転送チャネル領域は、第１導電型垂直転送チャネル領域よりも拡散深さが深くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。
【００３２】
また、上記固体撮像装置においては、第２導電型水平ウェル領域は、第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。加えて、垂直転送チャネル領域よりも水平転送チャネル領域のチャネル電位が深く形成されるため、垂直電荷転送部がら水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズにすることができる。
【００３３】
また、上記固体撮像装置においては、第２導電型水平ウェル領域は、前記第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物拡散深さが深くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。加えて、垂直転送チャネル領域よりも水平転送チャネル領域のチャネル電位が深く形成されるため、垂直電荷転送部がら水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズにすることができる。
【００３４】
また、上記固体撮像装置においては、前記接続部で前記第１導電型垂直転送チャネル領域と重なるように配置された前記水平転送電極について、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型垂直転送チャネル領域のチャネル電位よりも、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型水平転送チャネル領域のチャネル電位の方が深くなるように、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第１導電型水平転送チャネル領域の不純物濃度が設定されることが好ましい。この好ましい例によれば、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズに実施することができる。
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例を示す模式図である。また、図２は前記固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００３６】
図１に示すように、この固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部１３０と、光電変換部１３０の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部１０１と、各垂直電荷転送部１０１の一端に電気的に接続された水平電荷転送部１１０と、水平電荷転送部１１０の一端に接続された出力回路部１３１とを備えている。
【００３７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直電荷転送部１０１においては、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部に垂直Ｐ型ウェル１０３が形成されており、この垂直Ｐ型ウェル１０３の表層部にＮ型の垂直転送チャネル１０４が形成されている。また、垂直転送チャネル１０４同士間にはＰ+型素子分離領域１０５が形成されている。更に、垂直転送チャネル１０４上にはゲート絶縁膜１０６を介して複数の垂直転送電極１０７，１０９ａ，１０９ｂおよび最終垂直転送電極１０８が形成されており、各垂直転送電極は、クロックパルスΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３またはΦＶ４が印加されるように配線されている。
【００３８】
水平電荷転送部１１０においては、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部に水平Ｐ型ウェル１１１が形成されており、水平Ｐ型ウェル１１１の表層部にＮ型の水平転送チャネル１１２が形成されている。水平転送チャネル１１２上にはゲート絶縁膜１０６を介して複数の第１の水平転送電極１１３ａ，１１３ｂが形成されている。さらに、第１の水平転送電極同士間の隙間にはＮ-型の電位障壁領域１１４が形成されており、この電位障壁領域１１４上にゲート絶縁膜１０６を介して第２の水平転送電極１１５ａ、１１５ｂが形成されている。また、各水平転送電極は、クロックパルスΦＨ１またはΦＨ２が印加されるように配線されている。
【００３９】
垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、水平転送チャネル１１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は水平転送チャネル１１２よりも高濃度で形成される。また、水平電荷転送部１１０は垂直電荷転送部１０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル１０３よりも低濃度で形成される。
【００４０】
垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部には、垂直電荷転送部側から、垂直Ｐ型ウェル１０３、Ｐ+型素子分離領域１０５および垂直転送チャネル１０４が伸長している。この接続部において、Ｐ+型素子分離領域１０５は、第２の水平転送電極１１５ｂの垂直電荷転送部側の端部と重なるように形成される。また、垂直転送チャネル１０４は、垂直電荷転送部１０１から転送された電荷を受け取る第１の水平転送電極１１３ａおよび第２の水平転送電極１１５ａの垂直電荷転送部側の端部と重なるように形成されている。また、この接続部において、最終垂直転送電極１０８と第１の水平転送電極１１３ａとの隙間にはＮ-型の電位障壁領域１１４が形成されており、この電位障壁領域１１４上にゲート絶縁膜１０６を介して第２の水平転送電極１１５ａが重なっている。
【００４１】
この固体撮像装置では、前述したように、垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部に、垂直Ｐ型ウェル１０３、垂直転送チャネル１０４およびＰ+型素子分離領域１０５が伸長しているが、この垂直Ｐ型ウェル１０３および垂直転送チャネル１０４の水平電荷転送部側の端部１２１と、Ｐ+型素子分離領域１０５の水平電荷転送部側の端部１１６との位置が、ほぼ一致するように調整されている。
【００４２】
すなわち、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａおよび第２の水平転送電極１１５ａ下の領域とには、いずれも垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３が形成されている。更に言えば、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａ下の領域とは、同じ不純物濃度を有する領域である。
【００４３】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について説明する。
【００４４】
図２１は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。同図において、ΦＶ１〜ΦＶ４は垂直転送電極に印加される転送パルスであり、ΦＨ１およびΦＨ２は水平転送電極に印加される転送パルスである。また、各パルスにおいて、ＶVHおよびＶHHはハイレベル電圧を、ＶVLおよびＶHLはローレベル電圧を示している。また、図３は、図２１に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【００４５】
時刻ｔ１の時、垂直電荷転送部１０１内の信号電荷１１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ｂの下に蓄積されている。次に時刻ｔ２の時、クロックパルスφＶ４がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、最終垂直転送電極１０８および第２の垂直転送電極１０９ｂの隙間に残った信号電荷１１７ａを除く全ての信号電荷１１７が垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へ転送される。次に時刻ｔ３の時、クロックパルスφＶ１がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、残された信号電荷１１７ａも垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へ転送され、全ての信号電荷１１７は、水平電荷転送部１１０のＶHHが印加されている第１の水平転送電極１１３ａの下に蓄積される。時刻ｔ４の時、クロックパルスφＶ２がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わり、次の信号電荷１１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ａの下まで転送されている。時刻ｔ５の時、クロックパルスφＶ３がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷１１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ｂの下まで転送される。その後、水平電荷転送部１１０が動作し、水平転送電極にお互い位相の反転した転送パルスΦＨ１，ΦＨ２が印加され、信号電荷１１７は水平電荷転送部を転送されていく。以降、この動作を繰り返すことにより、信号電荷１１７は垂直電荷転送部１０１および水平電荷転送部１１０を転送されていく。
【００４６】
図３に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部では、第２の水平転送電極１１５ａの下に形成された電位障壁領域１１４により電位障壁１１９が存在し、さらに、垂直電荷転送部の素子分離領域１０５による狭チャネル効果で電位障壁１２０が存在するため、水平電荷転送部から垂直電荷転送部への信号電荷の逆転送が抑制されている。
【００４７】
次に、このような固体撮像装置により達成される効果について、図２および図３を用いて説明する。先述したように、この固体撮像装置は、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１１０との接続部に垂直転送チャネル１０４および素子分離領域１０５が伸長しており、この垂直転送チャネル１０４の端部１２１と、素子分離領域１０５の端部との位置がほぼ一致するように形成される。すなわち、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａ下の領域とは、同じ不純物濃度を有する領域となる。
【００４８】
そのため、垂直電荷転送部１０１の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネル１０４と水平転送チャネル１１２のＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部１１０の低電圧駆動化を進めても、最終垂直転送電極１０８（ＶVHが印加されている。）下のチャネル電位よりも、接続部における第２の水平転送電極１１５ａおよび第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHHが印加されている。）下のチャネル電位の方が深く形成される（図３の１３２）。よって、従来の固体撮像装置のように転送障壁（図２０の５２３）が発生せず、時刻ｔ２〜ｔ３の間に信号電荷１１７が水平電荷転送部１１０にスムーズに転送される。従って、従来の固体撮像装置で問題となった黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常の発生が抑制される。よって、良好な表示特性を確保しながら、画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能となる。
【００４９】
なお、垂直電荷転送部の素子分離領域１０５の狭チャネル効果で生じる電位障壁１２０は、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度を水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度よりも高くするほど減少していくため、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は、この電位障壁１２０が消滅しない範囲で水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度よりも高く設定しておくことが望ましい。
【００５０】
また、接続部において、垂直転送チャネル１０４の端部１２１とＰ+型素子分離領域１０５の端部１１６とは、その両者の位置がほぼ一致するように形成されることが望ましいが、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０にかけては狭チャネル効果の影響でチャネル電位が徐々に深くなるように遷移していくため、垂直転送チャネル１０４端部１２１の位置がこのチャネル電位の遷移領域１３３の範囲内にあれば、電位の窪みや障壁の発生を十分に抑制することができ、前述したような効果を達成することが可能となる。具体的には、垂直転送チャネル１０４の端部１２１が最終垂直転送電極１０８の水平電荷転送部側の端部よりも水平電荷転送部側に位置し、且つ、Ｐ+型素子分離領域１０５の端部１１６から１．５μｍ以内に位置していればよい。
【００５１】
次に、上記固体撮像装置の形成条件および駆動条件の一例を挙げて、前述した効果について更に説明する。
【００５２】
上記固体撮像装置の垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、一辺が３μｍ以下の画素の微細化に対応するため、例えば０．７μｍの狭さで構成され、水平転送チャネル１１２のチャネル幅は画素の微細化には関係なく、例えば３０μｍで構成される。このように、垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、水平転送チャネル１１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は水平転送チャネル１１２よりも高濃度で形成される。例えば、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は２×１０17ｃｍ-3で形成され、水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度は１．５×１０17ｃｍ-3で形成される。また、水平電荷転送部１１０は、垂直電荷転送部１０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル１０３よりも低濃度で形成される。例えば、垂直Ｐ型ウェル１０３のＰ型不純物濃度は２×１０16ｃｍ-3で形成され、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は１．５×１０16ｃｍ-3で形成される。また、第１の水平転送電極同士間の隙間および最終垂直転送電極１０９と第１の水平転送電極１１３ａの隙間に形成されるＮ-型の電位障壁領域１１４は、例えば前述したような不純物濃度の垂直転層チャネルに、ドーズ量５．０×１０11ｃｍ-2でボロンなどのＰ型不純物をイオン注入することにより形成される。
【００５３】
また、図２１に示される各パルスにおいて、ΦＶ１〜ΦＶ４およびΦＨ１，ΦＨ２の各電圧は、例えばＶVH＝０Ｖ、ＶHH＝３Ｖ、ＶVL＝−８Ｖ、ＶHL＝０Ｖに設定される。
【００５４】
このような条件で固体撮像装置を形成し、駆動させた時の垂直電荷転送部から水平電荷転送部にかけてのチャネル電位分布を、図４に示す。同図においては、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域の端部１１６の位置に対して垂直電荷転送部側に２μｍずらした場合（I）、一致させた場合（II）、および水平電荷転送部側に２μｍずらした場合（III）のチャネル電位分布を示して
いる。
【００５５】
垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域の端部１１６の位置とほぼ一致させた場合（II）、最終垂直転送電極１０８（ＶVH＝０Ｖが印加されている。）下のチャネル電位は狭チャネル効果により約６Ｖで形成され、接続部の第２の水平転送電極１１５ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（電位障壁領域１１４）のチャネル電位は狭チャネル効果により約７Ｖで形成され、接続部の第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（垂直転送チャネル１０４）下のチャネル電位は狭チャネル効果により約８Ｖで形成される。また、水平電荷転送部の第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（水平転送チャネル１１２）におけるチャネル電位は、狭チャネル効果がほとんど無いため、約１０Ｖで形成される。このように、最終垂直転送電極１０８から水平転送チャネル１１２に向けて、チャネル電位は徐々に深くなるように形成されるため、信号電荷は垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へと短時間でスムーズに転送される。
【００５６】
また、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を素子分離領域の端部１１６に対して垂直電荷転送部側にシフトすると電位障壁が発生し、水平電荷転送部側にシフトすると電位窪みが発生する傾向にある（ＩおよびIII）。
図５は、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域１０５の端部１１６の位置に対して垂直電荷転送部側および水平電荷転送部側にシフトさせた時に、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０の間で発生する電位障壁および電位窪みの大きさをシミュレーションにより解析した結果である。この解析結果に示すように、垂直転送チャネルの端部１２１の位置と、素子分離領域の端部１１６の位置とのずれが１．５μｍ以下の範囲内であれば、電位障壁や電位窪みはほとんど発生せず、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常の発生が抑制される。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、上記固体撮像装置の製造方法の第１例について説明する。図６、図７、図８、図９は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００５８】
まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板１０２の表面上に酸化膜などの保護膜１２６を形成する。この保護膜１２６の表面上に窒化膜などのイオン注入阻止膜１３５を形成し、イオン注入阻止膜１３５の表面上に第１のフォトレジスト膜１３４を形成する。次に、第１のフォトレジスト膜１３４およびイオン注入阻止膜１３５を、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去され、素子分離領域となる部分には残存するように、パターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板１０２表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域１２４を形成し、Ｐ型領域１２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物のイオン注入によりＮ型領域１２５を形成する。
【００５９】
続いて、第１のフォトレジスト膜１３４を全面除去する。このとき、イオン注入素子膜１３５は、そのまま基板上に残存させる。そして、保護膜１２６およびイオン注入阻止膜１３５の表面上に第２のフォトレジスト膜１２８を形成する。その後、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜１２８を、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域上から除去され、水平転送チャネルが形成される領域上には残存するようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５をマスクとして、Ｐ型領域１２４とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル１０３を形成し、Ｎ型領域１２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル１０４を形成する。ここで、垂直Ｐ型ウェル１０３および垂直転送チャネル１０４が形成されていないＰ型領域１２４およびＮ型領域１２５は、水平Ｐ型ウェル１１１および水平転送チャネル１１２となる。
【００６０】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部１２１）、および、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部１３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域１０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図７（ｂ）の１１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００６１】
続いて、第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５を全面除去した後、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域１０５を形成する。保護膜１２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜１０６を形成し、さらにゲート絶縁膜１０６上に第１層目の転送電極１０７，１０８，１１３ａ，１１３ｂを形成する。更に、表面上に第３のフォトレジスト膜１２９を形成し、これを、最終垂直転送電極１０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域１１４を形成する。
【００６２】
続いて、第３のフォトレジスト膜１２９を全面除去した後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極１０７，１０８，１１３ａ，１１３ｂの周囲に層間絶縁膜１２７を形成し、第２層目の転送電極１０９ａ，１０９ｂ，１１５ａ，１１５ｂを形成する。垂直転送電極１０９ａ，１０７，１０９ｂ，１０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極１１３ａと１１５ａの組、１１３ｂと１１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００６３】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図６および図７を用いて説明する。この製造方法では、垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３は、先述したように、第１のフォトレジスト膜１３４およびイオン注入阻止膜１３５をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入し［図６（ａ）、（ｂ）］、続いて、第２のフォトレジスト膜１２８を形成した後、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域の第２のフォトレジスト膜１２８を除去してから、パターンの残された第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５をマスクとしてＰ型不純物およびＮ型不純物をイオン注入することにより形成される［図７（ａ）、（ｂ）］。このように、第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法における垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３は、従来の製造方法と同様にそれぞれ２回のＮ型不純物およびＰ型不純物のイオン注入により形成されるが、その際に、１回のフォトレジスト工程でパターニング除去されたイオン注入阻止膜１３５をマスクとしてイオン注入が行われるため、１回目と２回目のイオン注入での注入領域の水平方向の位置ずれや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３の形成される幅が安定する。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、上記第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例について説明する。図１０、図１１、図１２、図１３、図１４は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００６５】
まず、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板２０２の表面上に酸化膜などの保護膜２２６を形成する。この保護膜２２６の表面上に窒化膜などのイオン注入阻止膜２３５を形成し、このイオン注入阻止膜２３５の表面上に第１のフォトレジスト膜２３４を形成する。次に、第１のフォトレジスト膜２３４およびイオン注入阻止膜２３５を、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去され、素子分離領域となる部分には残存するように、パターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板２０２の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入してＮ型領域２２５を形成する。
【００６６】
続いて、第１のフォトレジスト膜２３４を全面除去する。このとき、イオン注入素子膜２３５は、そのまま基板上に残存させる。そして、保護膜２２６およびイオン注入阻止膜２３５の表面上に第２のフォトレジスト膜２２８を形成する。その後、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２２８を、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域上から除去され、水平転送チャネルが形成される領域上には残存するようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜２２８およびイオン注入阻止膜２３５をマスクとして、Ｎ型領域２２５の下にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル２０３を形成し、Ｎ型領域２２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル２０４を形成する。ここで、垂直転送チャネル２０４が形成されていないＮ型領域２２５は水平転送チャネル２１２となる。
【００６７】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部２２１）の位置と、Ｐ+型素子分離領域２０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１１（ｂ）の２１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００６８】
続いて、第２のフォトレジスト膜２２８およびイオン注入阻止膜２３５を全面除去した後、保護膜２２６の表面上に第３のフォトレジスト膜２２９を形成する。その後、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第３のフォトレジスト膜２２９を、少なくとも垂直転送チャネル上には残存し、水平転送チャネル上からは除去されるようにパターニング除去する。残された第３のフォトレジスト膜２２９をマスクとして、水平転送チャネル２１２の下にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して水平Ｐ型ウェル２１１を形成する。
【００６９】
このとき、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部２３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域２０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１３（ｂ）の２１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００７０】
続いて、第３のフォトレジスト膜２２９を全面除去した後、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板２０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域２０５を形成する。保護膜２２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜２０６を形成し、さらにゲート絶縁膜２０６上に第１層目の転送電極２０７，２０８，２１３ａ，２１３ｂを形成する。更に、表面上に第４のフォトレジスト膜２３６を形成し、これを、最終垂直転送電極２０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域２１４を形成する。
【００７１】
続いて、第４のフォトレジスト膜２３６を全面除去した後、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極２０７，２０８，２１３ａ，２１３ｂの周囲に層間絶縁膜２２７を形成し、第２層目の転送電極２０９ａ，２０９ｂ，２１５ａ，２１５ｂを形成する。垂直転送電極２０９ａ，２０７，２０９ｂ，２０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極２１３ａと２１５ａの組、２１３ｂと２１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００７２】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図１０、図１１および図１２を用いて説明する。この製造方法では、第２の実施形態の製造方法と同様に、垂直転送チャネル２０４形成のための２回のイオン注入は、１回のフォトレジスト工程でパターニング除去されたイオン注入阻止膜２３５をマスクとして行われるため、１回目と２回目のＮ型不純物のイオン注入での注入領域の水平方向の位置ずれや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル２０４の形成される幅が安定する（図１０、図１１）。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００７３】
さらに、第３の実施形態の固体撮像装置の製造方法では、垂直Ｐ型ウェル２０３と水平Ｐ型ウェル２１１が、それぞれ独立したフォトレジスト工程およびイオン注入工程で形成されるため、それぞれのＰ型ウェルを最適設計することができる（図１１、図１２）。例えば、垂直Ｐ型ウェル２０３はＮ--半導体基板２０２の浅い領域に高濃度で形成し、水平Ｐ型ウェル２１１はＮ--半導体基板２０２の深い領域に低濃度で形成することができ、これにより、垂直電荷転送部２０１での信号電荷量の増加やスミアの低減と、水平電荷転送部２１０での電荷転送効率の向上とを両立できるという効果も奏する。
【００７４】
（第４の実施形態）
次に、上記第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例について説明する。図１５、図１６、図１７、図１８は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００７５】
まず、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板３０２の表面上に酸化膜などの保護膜３２６を形成し、この保護膜３２６の表面上に第１のフォトレジスト膜３３４を形成する。続いて、第１のフォトレジスト膜３３４を、素子分離領域となる領域上には残存し、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去されるようにパターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板３０２の表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域３２４を形成し、Ｐ型領域３２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入してＮ型領域３２５を形成する。
【００７６】
続いて、第１のフォトレジスト膜３３４を全面除去し、保護膜３２６の表面上に第２のフォトレジスト膜３２８を形成する。図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜３２８を、素子分離領域および垂直チャネル領域となる領域上には残存し、水平転送チャネルが形成される領域から除去されるようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜３２８をマスクとして、Ｐ型領域３２４とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して打ち返すことにより低濃度の水平Ｐ型ウェル３１１を形成し、Ｎ型領域３２５とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して打ち返すことにより低濃度の水平転送チャネル３１２を形成する。ここで、水平Ｐ型ウェル３１１および水平転送チャネル３１２が形成されていないＰ型領域３２４およびＮ型領域３２５は、垂直Ｐ型ウェル３０３および垂直転送チャネル３０４となる。
【００７７】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部３２１）、および、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部３３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域３０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１７（ｂ）の３１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００７８】
続いて、第２のフォトレジスト膜３２８を全面除去した後、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板３０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域３０５を形成する。保護膜３２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜３０６を形成し、さらにゲート絶縁膜３０６上に第１層目の転送電極３０７，３０８，３１３ａ，３１３ｂを形成し、表面上に第３のフォトレジスト膜３２９を形成し、これを、最終垂直転送電極３０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域３１４を形成する。
【００７９】
続いて、第３のフォトレジスト膜３２９を全面除去した後、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極３０７，３０８，３１３ａ，３１３ｂの周囲に層間絶縁膜３２７を形成し、第２層目の転送電極３０９ａ，３０９ｂ，３１５ａ，３１５ｂを形成する。垂直転送電極３０９ａ，３０７，３０９ｂ，３０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極３１３ａと３１５ａの組、３１３ｂと３１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００８０】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図１５を用いて説明する。この製造方法では、垂直転送チャネル３０４および垂直Ｐ型ウェル３０３は、先述したように、パターニング除去された第１のフォトレジスト膜３３４をマスクとしてＮ型不純物およびＰ型不純物をそれぞれ１回だけイオン注入することにより形成されるため［図１５（ａ）、（ｂ）］、従来の製造方法のように、垂直転送チャネルおよび垂直Ｐ型ウェルを形成する際の１回目と２回目のイオン注入で注入領域の水平方向の位置ズレや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル３０４および垂直Ｐ型ウェル３０３の形成される領域幅が安定する。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、第４の実施形態の固体撮像装置の製造方法では、第２および第３の実施形態の製造方法と異なり、イオン注入阻止膜を形成する必要がないため、プロセス工程の短縮が可能である。また、イオン注入阻止膜をパターニング除去することによるエッチングダメージや、残膜バラツキによるイオン注入量の変動も抑制され、低暗電流かつ転送電荷量バラツキの少ない固体撮像装置を実現できるという効果も奏する。
【００８２】
なお、上記第１〜第４の実施形態においては、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルのＰ型不純物濃度が異なる場合について例示したが、両Ｐ型ウェルが同一の不純物濃度で形成されていても良い。
【００８３】
また、水平転送チャネルが垂直転送チャネルとほぼ同じ深さで形成されている場合について例示したが、水平転送チャネルが垂直転送チャネルよりも深く形成される場合にも適用できる。
【００８４】
また、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部において、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間隙に相当する領域に、電位障壁領域が形成されている場合について例示したが、この電位障壁領域が形成されていない場合にも適用できる。
【００８５】
さらに、垂直電荷転送部および水平電荷転送部が２層構造の転送電極を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、転送電極が単層構造であっても、あるいは３層以上の積層構造を有していても良い。
【００８６】
また、インターライン転送型で、かつ垂直電荷転送部の一端に電気的に結合された水平電荷転送部を有する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るものではなく、例えば、フレーム転送型など他の形式の固体撮像装置に対しても、あるいは垂直電荷転送部の両端に電気的に結合された水平電荷転送部とを有する固体撮像装置について同様に適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、垂直電荷転送部の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネルと水平転送チャネルのＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めた場合であっても、信号電荷を水平電荷転送部に短時間でスムーズに転送することができる。そのため、良好な表示特性を確保しながら、さらなる画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例を示す模式図である。
【図２】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 第１の実施形態の固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置を駆動させた時の垂直電荷転送部から水平電荷転送部にかけてのチャネル電位分布の模式図である。
【図５】 垂直転送チャネルの端部の位置を素子分離領域の端部に対してシフトさせたときに、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との間で発生する電位障壁および電位窪みの大きさを解析した結果を示す図である。
【図６】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図６（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図６（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図７】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図７（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図７（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図８】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図８（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図８（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図９】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図９（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図９（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１０】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１０（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１０（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１１】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１１（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１１（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１２】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１２（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１３】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１３（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１３（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１４】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１４（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１４（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１５】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１５（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１５（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１６】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１６（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１６（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１７】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１７（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１７（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１８】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１８（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１８（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１９】 従来の固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２０】 従来の固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【図２１】 垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。
【図２２】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２２（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２２（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２３】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２３（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２３（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２４】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２４（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２４（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２５】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２５（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２５（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，５０１ 垂直電荷転送部
１０２，２０２，３０２，５０２ Ｎ--型半導体基板
１０３，２０３，３０３，５０３ 垂直Ｐ型ウェル
１０４，２０４，３０４，５０４ 垂直転送チャネル
１０５，２０５，３０５，５０５ 素子分離領域
１０６，２０６，３０６，５０６ 絶縁膜
１０７，２０７，３０７，５０７ 垂直転送電極
１０８，２０８，３０８，５０８ 最終垂直転送電極
１０９ａ，２０９ａ，３０９ａ，５０９ａ 垂直転送電極
１０９ｂ，２０９ｂ，３０９ｂ，５０９ｂ 垂直転送電極
１１０，２１０，３１０，５１０ 水平電荷転送部
１１１，２１１，３１１，５１１ 水平Ｐ型ウェル
１１２，２１２，３１２，５１２ 水平転送チャネル
１１３ａ，２１３ａ，３１３ａ，５１３ａ 第１の水平転送電極
１１３ｂ，２１３ｂ，３１３ｂ，５１３ｂ 第１の水平転送電極
１１４，２１４，３１４，５１４ 電位障壁領域
１１５ａ，２１５ａ，３１５ａ，５１５ａ 第２の水平転送電極
１１５ｂ，２１５ｂ，３１５ｂ，５１５ｂ 第２の水平転送電極
１１６，２１６，３１６，５１６ 素子分離領域の端部
１１７，２１７，３１７，５１７ 信号電荷
１１７ａ，２１７ａ，３１７ａ，５１７ａ 残された信号電荷
１１７ｂ，２１７ｂ，３１７ｂ，５１７ｂ 残された信号電荷
１１８，２１８，３１８，５１８ 次の信号電荷
１１９，２１９，３１９，５１９ 電位障壁
１２０，２２０，３２０，５２０ 電位障壁
１２１，２２１，３２１，５２１ 垂直転送チャネルの端部
１２２，２２２，３２２，５２２ 信号電荷の転送残り
１２３，２２３，３２３，５２３ 転送障壁
１２４，２２４，３２４，５２４ Ｐ型領域
１２５，２２５，３２５，５２５ Ｎ型領域
１２６，２２６，３２６，５２６ 保護膜
１２７，２２７，３２７，５２７ 層間絶縁膜
１２８，２２８，３２８，５２８ 第２のフォトレジスト膜
１２９，２２９，３２９，５２９ 第３のフォトレジスト膜
１３０ 光電変換部
１３１ 出力回路部
１３２，２３２，３３２，５３２ 転送方向の電位差
１３３，２３３，３３３，５３３ チャネル電位の遷移領域
１３４，２３４，３３４，５３４ 第１のフォトレジスト膜
１３５、２３５，３３５，５３５ イオン注入保護膜
１３６，２３６，３３６，５３６ 第４のフォトレジスト膜
１３７，２３７，３３７，５３７ 垂直Ｐ型ウェルの端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の一端または両端に接続された水平電荷転送部とを備えた固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターライン転送型固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部と、光電変換部の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部と、各垂直電荷転送部の一端に電気的に接続された水平電荷転送部と、水平電荷転送部の一端に接続された出力回路部とを備えている。このような固体撮像装置においては、光電変換部で発生した信号電荷は、垂直電荷転送部により垂直方向に転送された後、水平電荷転送部に送られ、この水平電荷転送部で水平方向（垂直電荷転送部の転送方向と直交する方向）に転送されて出力回路部に送られる。
【０００３】
このような固体撮像装置の従来の垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部の構造は、例えば特開平５−２９５９９号公報や特開平１０−１３５４３９号公報に記載されている。図１９は、従来のインターライン転送型固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【０００４】
垂直電荷転送部５０１においては、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部に垂直Ｐ型ウェル５０３が形成されており、垂直Ｐ型ウェル５０３の表層部にＮ型の垂直転送チャネル５０４が形成され、Ｎ--型半導体基板５０２の表面上にゲート絶縁膜５０６を介して複数の垂直転送電極５０７，５０９ａ，５０９ｂおよび最終垂直転送電極５０８が形成されている。各垂直転送電極は、クロックパルスΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３またはΦＶ４が印加されるように配線されている。また、垂直電荷転送部５０１においては、垂直転送チャネル５０４同士間を電気的に分離するためのＰ+型素子分離領域５０５が形成されている。
【０００５】
水平電荷転送部５１０においては、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部に水平Ｐ型ウェル５１１が形成されており、水平Ｐ型ウェル５１１の表層部にＮ型の水平転送チャネル５１２が形成され、このＮ--型半導体基板５０２の表面上にゲート絶縁膜５０６を介して複数の第１の水平転送電極５１３ａ，５１３ｂが形成されている。さらに、第１の水平転送電極同士間の隙間および最終垂直転送電極５０８と第１の水平転送電極５１３ａの隙間にはＮ-型の電位障壁領域５１４が形成されており、この電位障壁領域５１４上にゲート絶縁膜５０６を介して第２の水平転送電極５１５ａ、５１５ｂが形成されている。また、各水平転送電極は、クロックパルスΦＨ１またはΦＨ２が印加されるように配線されている。
【０００６】
垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部には、垂直電荷転送部５０１側からＰ+型素子分離領域５０５が伸長している。また、この接続部には、水平電荷転送部５１０側から水平転送チャネル５１２が伸長しており、この水平転送チャネル５１２の接続部に伸長した部分は、Ｐ+型素子分離領域５０５同士間に配置されている。一方、垂直転送チャネル５０４は前記接続部には伸長しておらず、その水平電荷転送部側の端部５２１は最終垂直転送電極５０８の端部とほぼ一致している。また、この接続部においては、垂直転送チャネル５０４と水平転送チャネル５１２との境界に当たる部分に、Ｎ-型の電位障壁領域５１４が形成されている。
【０００７】
また、垂直転送チャネル５０４のチャネル幅は、水平転送チャネル５１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル５０４の不純物濃度は水平転送チャネル５１２よりも高濃度で形成される。また、水平電荷転送部５１０は、垂直電荷転送部５０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル５１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル５０３よりも低濃度で形成される。
【０００８】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について、図２０、図２１を用いて説明する。図２１は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。図２０は、図２１に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。なお、ポテンシャル図においては、ポテンシャルは下向きを正とし、斜線部に電荷が保持されているものとする（以下同じ）。
【０００９】
時刻ｔ１の時、垂直電荷転送部５０１内の信号電荷５１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ｂの下に蓄積されている。次に時刻ｔ２の時、クロックパルスφＶ４がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷５１７の一部が垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０へ転送され始める。次に時刻ｔ３の時、クロックパルスφＶ１がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、信号電荷５１７はさらに垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０へ転送され、時刻ｔ４の時、クロックパルスφＶ２がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わることにより、垂直電荷転送部５０１から水平電荷転送部５１０への信号電荷５１７の転送動作が終了する。この時、信号電荷５１７は、水平電荷転送部５１０のＶHHが印加されている第１の水平転送電極５１３ａに蓄積される。また、次の信号電荷５１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ａの下まで転送されている。時刻ｔ５の時、クロックパルスφＶ３がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷５１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極５０７および第２の垂直転送電極５０９ｂの下まで転送される。その後、水平電荷転送部５１０が動作し、水平転送電極にお互い位相の反転した転送パルスΦＨ１，ΦＨ２が印加され、信号電荷５１７は水平電荷転送部を転送されていく。以降、この動作を繰り返すことにより、信号電荷５１７は垂直電荷転送部５０１および水平電荷転送部５０３を転送されていく。
【００１０】
図２０に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部では、第２の水平転送電極５１５ａの下に形成された電位障壁領域５１４により電位障壁５１９が存在し、さらに、垂直電荷転送部の素子分離領域５０５による狭チャネル効果で電位障壁５２０が存在するため、水平電荷転送部から垂直電荷転送部への信号電荷の逆転送が抑制されている。
【００１１】
次に上記固体撮像装置の製造方法について説明する。図２２、図２３、図２４、図２５は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００１２】
まず、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板５０２の表面上に保護膜５２６を形成し、このＮ--型半導体基板５０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域以外の領域にボロンなどのＰ型不純物のイオン注入により素子分離領域５０５を形成する。そして、保護膜５２６の表面上に第１のフォトレジスト膜５３４を形成し、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から第１のフォトレジスト膜５３４を除去した後、Ｎ--型半導体基板５０２の表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域５２４を形成し、Ｐ型領域５２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物のイオン注入によりＮ型領域５２５を形成する。
【００１３】
続いて、第１のフォトレジスト膜５３４を全面除去した後、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、保護膜の表面上に第２のフォトレジスト膜５２８を形成し、垂直転送チャネルが形成される領域上から第２のフォトレジスト膜５２８を除去した後、Ｐ型領域５２４とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル５０３を形成し、Ｎ型領域５２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル５０４を形成する。ここで、垂直Ｐ型ウェル５０３および垂直転送チャネル５０４が形成されていないＰ型領域５２４およびＮ型領域５２５は、それぞれ水平Ｐ型ウェル５１１および水平転送チャネル５１２となる。
【００１４】
続いて、第２のフォトレジスト膜５２８および保護膜５２６を全面除去した後、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、表面上にゲート絶縁膜５０６を形成し、さらにゲート絶縁膜５０６上に第１層目の転送電極５０７，５０８，５１３ａ，５１３ｂを形成する。そして、その表面上に第３のフォトレジスト膜５２９を形成し、これを、最終垂直転送電極５０８上に境界を持つように、水平転送チャネル側の領域上から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域５１４を形成する。
【００１５】
続いて、第３のフォトレジスト膜５２９を全面除去した後、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極５０７，５０８，５１３ａ，５１３ｂの周囲に層間絶縁膜５２７を形成した後、第２層目の転送電極５０９ａ，５０９ｂ，５１５ａ，５１５ｂを形成する。垂直転送電極５０９ａ，５０７，５０９ｂ，５０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスが印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極５１３ａと５１５ａの組、５１３ｂと５１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスが印加されるように配線されることにより、従来の固体撮像装置が製造される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の固体撮像装置は、画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化、および水平電荷転送部の低電圧駆動化が進むにつれて、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送が短時間でスムーズに行われなくなり、一般に黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生したり、転送効率が著しく劣化するという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２０を用いて説明する。
【００１７】
従来の固体撮像装置では、画素の微細化に伴い、垂直転送チャネル５０４のチャネル幅を狭くしなければならないため、転送電荷量を確保するために垂直転送チャネル５０４のＮ型不純物濃度を高くしていく必要があった。一方、水平転送チャネル５１２のチャネル幅は狭くする必要が無いため、水平転送チャネル５１２のＮ型不純物濃度を高くする必要はなかった。
【００１８】
また、従来の固体撮像装置では、垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部５２１は、最終垂直転送電極５０８の端部とほぼ一致するように形成されており、最終垂直転送電極５０８の端部よりも水平電荷転送部側には電位障壁領域５１４および水平転送チャネル５１２が形成されていた。すなわち、最終垂直転送電極５０８の下にはＮ型不純物濃度の高い垂直転送チャネル５０４が形成されており、垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部における第１の水平転送電極５１３ａおよび第２の水平転送電極５１５ａ下の領域には、Ｎ型不純物濃度の低い水平転送チャネル５１２が形成されていた。
【００１９】
そのため、垂直転送チャネル５０４と水平転送チャネル５１２のＮ型不純物の濃度差を大きくしていったり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めていくと、最終垂直転送電極５０８（ＶVHが印加されている。）下のチャネル電位よりも、接続部における第２の水平転送電極５１５ａおよび第１の水平転送電極５１３ａ（ＶHHが印加されている。）下のチャネル電位の方が浅く形成され、図２０の時刻ｔ２，ｔ３において転送障壁５２３が形成されるようになる。その結果、垂直電荷転送部５０１に残された信号電荷５１７ａ、５１７ｂは、時刻ｔ４から水平電荷転送部が動作するまでの短い間に全ての信号電荷を水平電荷転送部５１０に転送することができず、信号電荷の転送残り５２２が発生して、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常が発生する場合があった。
【００２０】
また、上記のような転送障壁５２３を発生させないために、最終垂直転送電極５０８をΦＶ４が印加される他の垂直転送電極と独立して形成し、垂直電荷転送のハイレベル電圧ＶHHよりも電圧を低下させたクロックパルスΦＶ４’を最終垂直転送電極５０８に印加させる方法があるが、この場合は、第２の垂直転送電極５０９ｂから最終垂直転送電極５０８への電荷転送で転送不良が新たに発生したり、ΦＶ４’のクロックパルスを作るための別電源が必要となり駆動回路が複雑になるなどの問題があった。
【００２１】
また、上記のような従来の固体撮像装置の製造方法は、画素の微細化が進むにつれて、マスク合わせズレの影響により、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキが大きくなるという問題があった。このような問題が発生する理由を、図２２を用いて説明する。
【００２２】
垂直転送チャネル５０４および垂直Ｐ型ウェル５０３は、先述したように、第１のフォトレジスト膜５３４をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入し［図２２（ａ）、（ｂ）］、続いて、第２のフォトレジスト膜５２８をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入することにより形成される［図２３（ａ）、（ｂ）］。このように、垂直転送チャネル５０４および垂直Ｐ型ウェル５０３は、２回のフォトレジスト工程で形成されるため、１回目のフォトレジスト工程と２回目のフォトレジスト工程でのマスクの合わせズレの影響により、垂直転送チャネル５０４や垂直Ｐ型ウェル５０３の形成される幅が変動しやすく、その結果、特に画素が微細になるにつれて、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキが大きくなるという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明は、画素の微細化や水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めても、垂直電荷転送部での転送電荷量を十分に確保でき、かつ、垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ信号電荷を転送する際に生じる転送残りを十分に低減し、良好な表示特性を得ることができる固体撮像装置と、このような固体撮像装置を精度良く製造できる方法とを提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一端に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、第１導電型垂直転送チャネル領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に隣接するように形成された第２導電型素子分離領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極および最終垂直転送電極と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域の下に形成された第２導電型垂直ウェル領域とを備え、前記水平電荷転送部は、第１導電型水平転送チャネル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域の下に形成された第２導電型水平ウェル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１水平転送電極と、前記第１水平転送電極の隙間に形成された複数の第２水平転送電極とを備え、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部には、前記垂直電荷転送部から前記第１導電型垂直転送チャネル領域、前記第２導電型素子分離領域および前記第２導電型垂直ウェル領域が伸長し、この第１導電型垂直転送チャネル領域の前記接続部に伸長した部分の上に前記第１水平転送電極の一部が重なっており、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記最終垂直転送電極の前記水平電荷転送部側の端部よりも前記水平電荷転送部側に位置し、前記第２水平転送電極下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内および前記最終垂直転送電極と前記第１水平転送電極の隙間下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内に形成された電位障壁領域を備えていることを特徴とする。
前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記第２導電型素子分離領域の端部から１．５μｍ以内にあることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の第１の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成し、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜を、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第２の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入し、前記垂直転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域を形成する工程と、前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を除去した後、前記半導体基板上に第３のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第３のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、前記第３のフォトレジスト膜をマスクとして、前記水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型水平ウェル領域を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の第３の製造方法は、上記本発明の固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクとして、第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成し、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を、前記第２導電型素子分離領域となる領域および前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第１導電型水平転送チャネル領域に第２導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
この第３の製造方法においては、更に、前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第２導電型水平ウェル領域に第１導電型不純物をイオン注入する工程を有することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置によれば、前述したように、第１導電型垂直転送チャネル領域、第２導電型素子分離領域および第２導電型垂直ウェル領域を垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部にまで伸長させ、この伸長した領域の水平電荷転送部側の端部が、最終垂直転送電極の水平電荷転送部側の端部よりも水平電荷転送部側に位置し、且つ、第２導電型素子分離領域の水平電荷転送部側の端部から１．５μｍ以内に位置するように調整されることより、垂直電荷転送部の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネルと水平転送チャネルのＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めた場合であっても、信号電荷を水平電荷転送部に短時間でスムーズに転送することができる。そのため、良好な表示特性を確保しながら、さらなる画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能になる。
【００３０】
上記固体撮像装置においては、第１導電型水平転送チャネル領域は、第１導電型垂直転送チャネル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、画素の微細化に伴なって垂直転送チャネル領域のチャネル幅を小さくした場合であっても、十分な転送信号量を確保することができる。
【００３１】
また、上記固体撮像装置においては、第１導電型水平転送チャネル領域は、第１導電型垂直転送チャネル領域よりも拡散深さが深くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。
【００３２】
また、上記固体撮像装置においては、第２導電型水平ウェル領域は、第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。加えて、垂直転送チャネル領域よりも水平転送チャネル領域のチャネル電位が深く形成されるため、垂直電荷転送部がら水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズにすることができる。
【００３３】
また、上記固体撮像装置においては、第２導電型水平ウェル領域は、前記第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物拡散深さが深くなるように形成されていることが好ましい。この好ましい例によれば、水平転送電極からの水平転送チャネル領域内の電界がチャネル深部まで伸びるため、転送電界が強化され、水平電荷転送部の転送効率が更に向上する。加えて、垂直転送チャネル領域よりも水平転送チャネル領域のチャネル電位が深く形成されるため、垂直電荷転送部がら水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズにすることができる。
【００３４】
また、上記固体撮像装置においては、前記接続部で前記第１導電型垂直転送チャネル領域と重なるように配置された前記水平転送電極について、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型垂直転送チャネル領域のチャネル電位よりも、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型水平転送チャネル領域のチャネル電位の方が深くなるように、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第１導電型水平転送チャネル領域の不純物濃度が設定されることが好ましい。この好ましい例によれば、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送を更にスムーズに実施することができる。
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例を示す模式図である。また、図２は前記固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００３６】
図１に示すように、この固体撮像装置は、行列状に配置された複数の光電変換部１３０と、光電変換部１３０の各列に対応して配置された複数列の垂直電荷転送部１０１と、各垂直電荷転送部１０１の一端に電気的に接続された水平電荷転送部１１０と、水平電荷転送部１１０の一端に接続された出力回路部１３１とを備えている。
【００３７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、垂直電荷転送部１０１においては、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部に垂直Ｐ型ウェル１０３が形成されており、この垂直Ｐ型ウェル１０３の表層部にＮ型の垂直転送チャネル１０４が形成されている。また、垂直転送チャネル１０４同士間にはＰ+型素子分離領域１０５が形成されている。更に、垂直転送チャネル１０４上にはゲート絶縁膜１０６を介して複数の垂直転送電極１０７，１０９ａ，１０９ｂおよび最終垂直転送電極１０８が形成されており、各垂直転送電極は、クロックパルスΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ３またはΦＶ４が印加されるように配線されている。
【００３８】
水平電荷転送部１１０においては、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部に水平Ｐ型ウェル１１１が形成されており、水平Ｐ型ウェル１１１の表層部にＮ型の水平転送チャネル１１２が形成されている。水平転送チャネル１１２上にはゲート絶縁膜１０６を介して複数の第１の水平転送電極１１３ａ，１１３ｂが形成されている。さらに、第１の水平転送電極同士間の隙間にはＮ-型の電位障壁領域１１４が形成されており、この電位障壁領域１１４上にゲート絶縁膜１０６を介して第２の水平転送電極１１５ａ、１１５ｂが形成されている。また、各水平転送電極は、クロックパルスΦＨ１またはΦＨ２が印加されるように配線されている。
【００３９】
垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、水平転送チャネル１１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は水平転送チャネル１１２よりも高濃度で形成される。また、水平電荷転送部１１０は垂直電荷転送部１０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル１０３よりも低濃度で形成される。
【００４０】
垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部には、垂直電荷転送部側から、垂直Ｐ型ウェル１０３、Ｐ+型素子分離領域１０５および垂直転送チャネル１０４が伸長している。この接続部において、Ｐ+型素子分離領域１０５は、第２の水平転送電極１１５ｂの垂直電荷転送部側の端部と重なるように形成される。また、垂直転送チャネル１０４は、垂直電荷転送部１０１から転送された電荷を受け取る第１の水平転送電極１１３ａおよび第２の水平転送電極１１５ａの垂直電荷転送部側の端部と重なるように形成されている。また、この接続部において、最終垂直転送電極１０８と第１の水平転送電極１１３ａとの隙間にはＮ-型の電位障壁領域１１４が形成されており、この電位障壁領域１１４上にゲート絶縁膜１０６を介して第２の水平転送電極１１５ａが重なっている。
【００４１】
この固体撮像装置では、前述したように、垂直電荷転送部５０１と水平電荷転送部５１０との接続部に、垂直Ｐ型ウェル１０３、垂直転送チャネル１０４およびＰ+型素子分離領域１０５が伸長しているが、この垂直Ｐ型ウェル１０３および垂直転送チャネル１０４の水平電荷転送部側の端部１２１と、Ｐ+型素子分離領域１０５の水平電荷転送部側の端部１１６との位置が、ほぼ一致するように調整されている。
【００４２】
すなわち、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａおよび第２の水平転送電極１１５ａ下の領域とには、いずれも垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３が形成されている。更に言えば、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａ下の領域とは、同じ不純物濃度を有する領域である。
【００４３】
次に、上記固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送動作について説明する。
【００４４】
図２１は、垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。同図において、ΦＶ１〜ΦＶ４は垂直転送電極に印加される転送パルスであり、ΦＨ１およびΦＨ２は水平転送電極に印加される転送パルスである。また、各パルスにおいて、ＶVHおよびＶHHはハイレベル電圧を、ＶVLおよびＶHLはローレベル電圧を示している。また、図３は、図２１に示すクロックパルスにより駆動させた場合の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【００４５】
時刻ｔ１の時、垂直電荷転送部１０１内の信号電荷１１７は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ｂの下に蓄積されている。次に時刻ｔ２の時、クロックパルスφＶ４がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ２がＶHHからＶHLに変わることにより、最終垂直転送電極１０８および第２の垂直転送電極１０９ｂの隙間に残った信号電荷１１７ａを除く全ての信号電荷１１７が垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へ転送される。次に時刻ｔ３の時、クロックパルスφＶ１がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ３がＶHHからＶHLに変わることにより、残された信号電荷１１７ａも垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へ転送され、全ての信号電荷１１７は、水平電荷転送部１１０のＶHHが印加されている第１の水平転送電極１１３ａの下に蓄積される。時刻ｔ４の時、クロックパルスφＶ２がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ４がＶHHからＶHLに変わり、次の信号電荷１１８は、ハイ電圧ＶHHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ａの下まで転送されている。時刻ｔ５の時、クロックパルスφＶ３がＶHLからＶHHに、クロックパルスφＶ１がＶHHからＶHLに変わることにより、次の信号電荷１１８は、ハイ電圧ＶVHが印加されている第１の垂直転送電極１０７および第２の垂直転送電極１０９ｂの下まで転送される。その後、水平電荷転送部１１０が動作し、水平転送電極にお互い位相の反転した転送パルスΦＨ１，ΦＨ２が印加され、信号電荷１１７は水平電荷転送部を転送されていく。以降、この動作を繰り返すことにより、信号電荷１１７は垂直電荷転送部１０１および水平電荷転送部１１０を転送されていく。
【００４６】
図３に示すように、垂直電荷転送部と水平電荷転送部の接続部では、第２の水平転送電極１１５ａの下に形成された電位障壁領域１１４により電位障壁１１９が存在し、さらに、垂直電荷転送部の素子分離領域１０５による狭チャネル効果で電位障壁１２０が存在するため、水平電荷転送部から垂直電荷転送部への信号電荷の逆転送が抑制されている。
【００４７】
次に、このような固体撮像装置により達成される効果について、図２および図３を用いて説明する。先述したように、この固体撮像装置は、垂直電荷転送部１０１と水平電荷転送部１１０との接続部に垂直転送チャネル１０４および素子分離領域１０５が伸長しており、この垂直転送チャネル１０４の端部１２１と、素子分離領域１０５の端部との位置がほぼ一致するように形成される。すなわち、最終垂直転送電極１０８下の領域と、接続部における第１の水平転送電極１１３ａ下の領域とは、同じ不純物濃度を有する領域となる。
【００４８】
そのため、垂直電荷転送部１０１の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネル１０４と水平転送チャネル１１２のＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部１１０の低電圧駆動化を進めても、最終垂直転送電極１０８（ＶVHが印加されている。）下のチャネル電位よりも、接続部における第２の水平転送電極１１５ａおよび第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHHが印加されている。）下のチャネル電位の方が深く形成される（図３の１３２）。よって、従来の固体撮像装置のように転送障壁（図２０の５２３）が発生せず、時刻ｔ２〜ｔ３の間に信号電荷１１７が水平電荷転送部１１０にスムーズに転送される。従って、従来の固体撮像装置で問題となった黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常の発生が抑制される。よって、良好な表示特性を確保しながら、画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能となる。
【００４９】
なお、垂直電荷転送部の素子分離領域１０５の狭チャネル効果で生じる電位障壁１２０は、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度を水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度よりも高くするほど減少していくため、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は、この電位障壁１２０が消滅しない範囲で水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度よりも高く設定しておくことが望ましい。
【００５０】
また、接続部において、垂直転送チャネル１０４の端部１２１とＰ+型素子分離領域１０５の端部１１６とは、その両者の位置がほぼ一致するように形成されることが望ましいが、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０にかけては狭チャネル効果の影響でチャネル電位が徐々に深くなるように遷移していくため、垂直転送チャネル１０４端部１２１の位置がこのチャネル電位の遷移領域１３３の範囲内にあれば、電位の窪みや障壁の発生を十分に抑制することができ、前述したような効果を達成することが可能となる。具体的には、垂直転送チャネル１０４の端部１２１が最終垂直転送電極１０８の水平電荷転送部側の端部よりも水平電荷転送部側に位置し、且つ、Ｐ+型素子分離領域１０５の端部１１６から１．５μｍ以内に位置していればよい。
【００５１】
次に、上記固体撮像装置の形成条件および駆動条件の一例を挙げて、前述した効果について更に説明する。
【００５２】
上記固体撮像装置の垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、一辺が３μｍ以下の画素の微細化に対応するため、例えば０．７μｍの狭さで構成され、水平転送チャネル１１２のチャネル幅は画素の微細化には関係なく、例えば３０μｍで構成される。このように、垂直転送チャネル１０４のチャネル幅は、水平転送チャネル１１２のチャネル幅よりも狭いため、転送信号量を確保するために、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は水平転送チャネル１１２よりも高濃度で形成される。例えば、垂直転送チャネル１０４のＮ型不純物濃度は２×１０17ｃｍ-3で形成され、水平転送チャネル１１２のＮ型不純物濃度は１．５×１０17ｃｍ-3で形成される。また、水平電荷転送部１１０は、垂直電荷転送部１０１に比べて転送周波数が高いため、転送電界が強化されるように、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は垂直Ｐ型ウェル１０３よりも低濃度で形成される。例えば、垂直Ｐ型ウェル１０３のＰ型不純物濃度は２×１０16ｃｍ-3で形成され、水平Ｐ型ウェル１１１のＰ型不純物濃度は１．５×１０16ｃｍ-3で形成される。また、第１の水平転送電極同士間の隙間および最終垂直転送電極１０９と第１の水平転送電極１１３ａの隙間に形成されるＮ-型の電位障壁領域１１４は、例えば前述したような不純物濃度の垂直転層チャネルに、ドーズ量５．０×１０11ｃｍ-2でボロンなどのＰ型不純物をイオン注入することにより形成される。
【００５３】
また、図２１に示される各パルスにおいて、ΦＶ１〜ΦＶ４およびΦＨ１，ΦＨ２の各電圧は、例えばＶVH＝０Ｖ、ＶHH＝３Ｖ、ＶVL＝−８Ｖ、ＶHL＝０Ｖに設定される。
【００５４】
このような条件で固体撮像装置を形成し、駆動させた時の垂直電荷転送部から水平電荷転送部にかけてのチャネル電位分布を、図４に示す。同図においては、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域の端部１１６の位置に対して垂直電荷転送部側に２μｍずらした場合（I）、一致させた場合（II）、および水平電荷転送部側に２μｍずらした場合（III）のチャネル電位分布を示して
いる。
【００５５】
垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域の端部１１６の位置とほぼ一致させた場合（II）、最終垂直転送電極１０８（ＶVH＝０Ｖが印加されている。）下のチャネル電位は狭チャネル効果により約６Ｖで形成され、接続部の第２の水平転送電極１１５ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（電位障壁領域１１４）のチャネル電位は狭チャネル効果により約７Ｖで形成され、接続部の第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（垂直転送チャネル１０４）下のチャネル電位は狭チャネル効果により約８Ｖで形成される。また、水平電荷転送部の第１の水平転送電極１１３ａ（ＶHH＝３Ｖが印加されている。）下に位置する領域（水平転送チャネル１１２）におけるチャネル電位は、狭チャネル効果がほとんど無いため、約１０Ｖで形成される。このように、最終垂直転送電極１０８から水平転送チャネル１１２に向けて、チャネル電位は徐々に深くなるように形成されるため、信号電荷は垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０へと短時間でスムーズに転送される。
【００５６】
また、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を素子分離領域の端部１１６に対して垂直電荷転送部側にシフトすると電位障壁が発生し、水平電荷転送部側にシフトすると電位窪みが発生する傾向にある（ＩおよびIII）。
図５は、垂直転送チャネルの端部１２１の位置を、素子分離領域１０５の端部１１６の位置に対して垂直電荷転送部側および水平電荷転送部側にシフトさせた時に、垂直電荷転送部１０１から水平電荷転送部１１０の間で発生する電位障壁および電位窪みの大きさをシミュレーションにより解析した結果である。この解析結果に示すように、垂直転送チャネルの端部１２１の位置と、素子分離領域の端部１１６の位置とのずれが１．５μｍ以下の範囲内であれば、電位障壁や電位窪みはほとんど発生せず、黒線不良と呼ばれる縦線状の表示異常の発生が抑制される。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、上記固体撮像装置の製造方法の第１例について説明する。図６、図７、図８、図９は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００５８】
まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板１０２の表面上に酸化膜などの保護膜１２６を形成する。この保護膜１２６の表面上に窒化膜などのイオン注入阻止膜１３５を形成し、イオン注入阻止膜１３５の表面上に第１のフォトレジスト膜１３４を形成する。次に、第１のフォトレジスト膜１３４およびイオン注入阻止膜１３５を、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去され、素子分離領域となる部分には残存するように、パターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板１０２表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域１２４を形成し、Ｐ型領域１２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物のイオン注入によりＮ型領域１２５を形成する。
【００５９】
続いて、第１のフォトレジスト膜１３４を全面除去する。このとき、イオン注入素子膜１３５は、そのまま基板上に残存させる。そして、保護膜１２６およびイオン注入阻止膜１３５の表面上に第２のフォトレジスト膜１２８を形成する。その後、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜１２８を、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域上から除去され、水平転送チャネルが形成される領域上には残存するようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５をマスクとして、Ｐ型領域１２４とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル１０３を形成し、Ｎ型領域１２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル１０４を形成する。ここで、垂直Ｐ型ウェル１０３および垂直転送チャネル１０４が形成されていないＰ型領域１２４およびＮ型領域１２５は、水平Ｐ型ウェル１１１および水平転送チャネル１１２となる。
【００６０】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部１２１）、および、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部１３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域１０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図７（ｂ）の１１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００６１】
続いて、第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５を全面除去した後、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板１０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域１０５を形成する。保護膜１２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜１０６を形成し、さらにゲート絶縁膜１０６上に第１層目の転送電極１０７，１０８，１１３ａ，１１３ｂを形成する。更に、表面上に第３のフォトレジスト膜１２９を形成し、これを、最終垂直転送電極１０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域１１４を形成する。
【００６２】
続いて、第３のフォトレジスト膜１２９を全面除去した後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極１０７，１０８，１１３ａ，１１３ｂの周囲に層間絶縁膜１２７を形成し、第２層目の転送電極１０９ａ，１０９ｂ，１１５ａ，１１５ｂを形成する。垂直転送電極１０９ａ，１０７，１０９ｂ，１０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極１１３ａと１１５ａの組、１１３ｂと１１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００６３】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図６および図７を用いて説明する。この製造方法では、垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３は、先述したように、第１のフォトレジスト膜１３４およびイオン注入阻止膜１３５をパターニング除去してからＮ型不純物およびＰ型不純物をイオン注入し［図６（ａ）、（ｂ）］、続いて、第２のフォトレジスト膜１２８を形成した後、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域の第２のフォトレジスト膜１２８を除去してから、パターンの残された第２のフォトレジスト膜１２８およびイオン注入阻止膜１３５をマスクとしてＰ型不純物およびＮ型不純物をイオン注入することにより形成される［図７（ａ）、（ｂ）］。このように、第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法における垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３は、従来の製造方法と同様にそれぞれ２回のＮ型不純物およびＰ型不純物のイオン注入により形成されるが、その際に、１回のフォトレジスト工程でパターニング除去されたイオン注入阻止膜１３５をマスクとしてイオン注入が行われるため、１回目と２回目のイオン注入での注入領域の水平方向の位置ずれや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル１０４および垂直Ｐ型ウェル１０３の形成される幅が安定する。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に、上記第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例について説明する。図１０、図１１、図１２、図１３、図１４は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００６５】
まず、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板２０２の表面上に酸化膜などの保護膜２２６を形成する。この保護膜２２６の表面上に窒化膜などのイオン注入阻止膜２３５を形成し、このイオン注入阻止膜２３５の表面上に第１のフォトレジスト膜２３４を形成する。次に、第１のフォトレジスト膜２３４およびイオン注入阻止膜２３５を、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去され、素子分離領域となる部分には残存するように、パターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板２０２の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入してＮ型領域２２５を形成する。
【００６６】
続いて、第１のフォトレジスト膜２３４を全面除去する。このとき、イオン注入素子膜２３５は、そのまま基板上に残存させる。そして、保護膜２２６およびイオン注入阻止膜２３５の表面上に第２のフォトレジスト膜２２８を形成する。その後、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜２２８を、少なくとも垂直転送チャネルが形成される領域上から除去され、水平転送チャネルが形成される領域上には残存するようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜２２８およびイオン注入阻止膜２３５をマスクとして、Ｎ型領域２２５の下にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して垂直Ｐ型ウェル２０３を形成し、Ｎ型領域２２５とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して垂直転送チャネル２０４を形成する。ここで、垂直転送チャネル２０４が形成されていないＮ型領域２２５は水平転送チャネル２１２となる。
【００６７】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部２２１）の位置と、Ｐ+型素子分離領域２０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１１（ｂ）の２１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００６８】
続いて、第２のフォトレジスト膜２２８およびイオン注入阻止膜２３５を全面除去した後、保護膜２２６の表面上に第３のフォトレジスト膜２２９を形成する。その後、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、第３のフォトレジスト膜２２９を、少なくとも垂直転送チャネル上には残存し、水平転送チャネル上からは除去されるようにパターニング除去する。残された第３のフォトレジスト膜２２９をマスクとして、水平転送チャネル２１２の下にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して水平Ｐ型ウェル２１１を形成する。
【００６９】
このとき、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部２３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域２０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１３（ｂ）の２１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００７０】
続いて、第３のフォトレジスト膜２２９を全面除去した後、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板２０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域２０５を形成する。保護膜２２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜２０６を形成し、さらにゲート絶縁膜２０６上に第１層目の転送電極２０７，２０８，２１３ａ，２１３ｂを形成する。更に、表面上に第４のフォトレジスト膜２３６を形成し、これを、最終垂直転送電極２０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域２１４を形成する。
【００７１】
続いて、第４のフォトレジスト膜２３６を全面除去した後、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極２０７，２０８，２１３ａ，２１３ｂの周囲に層間絶縁膜２２７を形成し、第２層目の転送電極２０９ａ，２０９ｂ，２１５ａ，２１５ｂを形成する。垂直転送電極２０９ａ，２０７，２０９ｂ，２０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極２１３ａと２１５ａの組、２１３ｂと２１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００７２】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図１０、図１１および図１２を用いて説明する。この製造方法では、第２の実施形態の製造方法と同様に、垂直転送チャネル２０４形成のための２回のイオン注入は、１回のフォトレジスト工程でパターニング除去されたイオン注入阻止膜２３５をマスクとして行われるため、１回目と２回目のＮ型不純物のイオン注入での注入領域の水平方向の位置ずれや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル２０４の形成される幅が安定する（図１０、図１１）。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００７３】
さらに、第３の実施形態の固体撮像装置の製造方法では、垂直Ｐ型ウェル２０３と水平Ｐ型ウェル２１１が、それぞれ独立したフォトレジスト工程およびイオン注入工程で形成されるため、それぞれのＰ型ウェルを最適設計することができる（図１１、図１２）。例えば、垂直Ｐ型ウェル２０３はＮ--半導体基板２０２の浅い領域に高濃度で形成し、水平Ｐ型ウェル２１１はＮ--半導体基板２０２の深い領域に低濃度で形成することができ、これにより、垂直電荷転送部２０１での信号電荷量の増加やスミアの低減と、水平電荷転送部２１０での電荷転送効率の向上とを両立できるという効果も奏する。
【００７４】
（第４の実施形態）
次に、上記第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例について説明する。図１５、図１６、図１７、図１８は、上記固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【００７５】
まず、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板３０２の表面上に酸化膜などの保護膜３２６を形成し、この保護膜３２６の表面上に第１のフォトレジスト膜３３４を形成する。続いて、第１のフォトレジスト膜３３４を、素子分離領域となる領域上には残存し、垂直転送チャネルおよび水平転送チャネルが形成される領域上から除去されるようにパターニング除去する。その後、Ｎ--型半導体基板３０２の表層部にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＰ型領域３２４を形成し、Ｐ型領域３２４の表層部にリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入してＮ型領域３２５を形成する。
【００７６】
続いて、第１のフォトレジスト膜３３４を全面除去し、保護膜３２６の表面上に第２のフォトレジスト膜３２８を形成する。図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のフォトレジスト膜３２８を、素子分離領域および垂直チャネル領域となる領域上には残存し、水平転送チャネルが形成される領域から除去されるようにパターニング除去する。残された第２のフォトレジスト膜３２８をマスクとして、Ｐ型領域３２４とほぼ同じ深さにリンやヒ素などのＮ型不純物をイオン注入して打ち返すことにより低濃度の水平Ｐ型ウェル３１１を形成し、Ｎ型領域３２５とほぼ同じ深さにボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して打ち返すことにより低濃度の水平転送チャネル３１２を形成する。ここで、水平Ｐ型ウェル３１１および水平転送チャネル３１２が形成されていないＰ型領域３２４およびＮ型領域３２５は、垂直Ｐ型ウェル３０３および垂直転送チャネル３０４となる。
【００７７】
このとき、垂直転送チャネルと水平転送チャネルの境界（垂直転送チャネルの水平電荷転送部側の端部３２１）、および、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルとの境界（垂直Ｐ型ウェルの水平電荷転送部側の端部３３７）の位置と、Ｐ+型素子分離領域３０５となる領域の水平電荷転送部側の端部（図１７（ｂ）の３１６に相当する。）の位置とのずれが、１．５μｍ以内となるように調整される。
【００７８】
続いて、第２のフォトレジスト膜３２８を全面除去した後、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｎ--型半導体基板３０２の表層部の垂直転送チャネルおよび水平転送チャネル以外の領域にボロンなどのＰ型不純物をイオン注入して、素子分離領域３０５を形成する。保護膜３２６を全面除去した後、表面上にゲート絶縁膜３０６を形成し、さらにゲート絶縁膜３０６上に第１層目の転送電極３０７，３０８，３１３ａ，３１３ｂを形成し、表面上に第３のフォトレジスト膜３２９を形成し、これを、最終垂直転送電極３０８上に端部を持つように、水平転送チャネル側の領域から除去した後、ボロンなどのＰ型不純物をイオン注入してＮ-型の電位障壁領域３１４を形成する。
【００７９】
続いて、第３のフォトレジスト膜３２９を全面除去した後、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１層目の転送電極３０７，３０８，３１３ａ，３１３ｂの周囲に層間絶縁膜３２７を形成し、第２層目の転送電極３０９ａ，３０９ｂ，３１５ａ，３１５ｂを形成する。垂直転送電極３０９ａ，３０７，３０９ｂ，３０８にはΦＶ１，ΦＶ２，ΦＶ３，ΦＶ４のクロックパルスがそれぞれ印加されるようにアルミやタングステンなどの金属膜により配線され、水平転送電極３１３ａと３１５ａの組、３１３ｂと３１５ｂの組にはΦＨ１，ΦＨ２のクロックパルスがそれぞれ印加されるように配線されることにより、第１の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００８０】
次に、この固体撮像装置の製造方法により達成される効果について、図１５を用いて説明する。この製造方法では、垂直転送チャネル３０４および垂直Ｐ型ウェル３０３は、先述したように、パターニング除去された第１のフォトレジスト膜３３４をマスクとしてＮ型不純物およびＰ型不純物をそれぞれ１回だけイオン注入することにより形成されるため［図１５（ａ）、（ｂ）］、従来の製造方法のように、垂直転送チャネルおよび垂直Ｐ型ウェルを形成する際の１回目と２回目のイオン注入で注入領域の水平方向の位置ズレや幅広がりが起こらず、垂直転送チャネル３０４および垂直Ｐ型ウェル３０３の形成される領域幅が安定する。その結果、画素の微細化が進んでも、垂直電荷転送部の転送電荷量のバラツキや垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送不良を抑えることができるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、第４の実施形態の固体撮像装置の製造方法では、第２および第３の実施形態の製造方法と異なり、イオン注入阻止膜を形成する必要がないため、プロセス工程の短縮が可能である。また、イオン注入阻止膜をパターニング除去することによるエッチングダメージや、残膜バラツキによるイオン注入量の変動も抑制され、低暗電流かつ転送電荷量バラツキの少ない固体撮像装置を実現できるという効果も奏する。
【００８２】
なお、上記第１〜第４の実施形態においては、垂直Ｐ型ウェルと水平Ｐ型ウェルのＰ型不純物濃度が異なる場合について例示したが、両Ｐ型ウェルが同一の不純物濃度で形成されていても良い。
【００８３】
また、水平転送チャネルが垂直転送チャネルとほぼ同じ深さで形成されている場合について例示したが、水平転送チャネルが垂直転送チャネルよりも深く形成される場合にも適用できる。
【００８４】
また、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部において、最終垂直電荷転送電極と第１の水平転送電極との間隙に相当する領域に、電位障壁領域が形成されている場合について例示したが、この電位障壁領域が形成されていない場合にも適用できる。
【００８５】
さらに、垂直電荷転送部および水平電荷転送部が２層構造の転送電極を有する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、転送電極が単層構造であっても、あるいは３層以上の積層構造を有していても良い。
【００８６】
また、インターライン転送型で、かつ垂直電荷転送部の一端に電気的に結合された水平電荷転送部を有する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るものではなく、例えば、フレーム転送型など他の形式の固体撮像装置に対しても、あるいは垂直電荷転送部の両端に電気的に結合された水平電荷転送部とを有する固体撮像装置について同様に適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、垂直電荷転送部の転送電荷量を増加させるために、垂直転送チャネルと水平転送チャネルのＮ型不純物の濃度差を大きくしたり、水平電荷転送部の低電圧駆動化を進めた場合であっても、信号電荷を水平電荷転送部に短時間でスムーズに転送することができる。そのため、良好な表示特性を確保しながら、さらなる画素の微細化、垂直電荷転送部の高速駆動化および水平電荷転送部の低電圧駆動化が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の一例を示す模式図である。
【図２】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】 第１の実施形態の固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置を駆動させた時の垂直電荷転送部から水平電荷転送部にかけてのチャネル電位分布の模式図である。
【図５】 垂直転送チャネルの端部の位置を素子分離領域の端部に対してシフトさせたときに、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との間で発生する電位障壁および電位窪みの大きさを解析した結果を示す図である。
【図６】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図６（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図６（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図７】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図７（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図７（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図８】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図８（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図８（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図９】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第１例を説明するための図であり、図９（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を、図９（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１０】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１０（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１０（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１１】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１１（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１１（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１２】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１２（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１３】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１３（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１３（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１４】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第２例を説明するための図であり、図１４（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示し、図１４（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示す。
【図１５】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１５（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１５（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１６】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１６（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１６（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１７】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１７（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１７（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１８】 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法の第３例を説明するための図であり、図１８（ａ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図１８（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図１９】 従来の固体撮像装置における垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部付近の構造を示す模式図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２０】 従来の固体撮像装置の垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷転送時のポテンシャル分布を示す図である。
【図２１】 垂直電荷転送部および水平電荷転送部の各電極に印加されるクロックパルスの一例である。
【図２２】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２２（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２２（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２３】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２３（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２３（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２４】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２４（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２４（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【図２５】 従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図２５（ａ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面に相当する部分を示しており、図２５（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ’断面に相当する部分を示している。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，５０１ 垂直電荷転送部
１０２，２０２，３０２，５０２ Ｎ--型半導体基板
１０３，２０３，３０３，５０３ 垂直Ｐ型ウェル
１０４，２０４，３０４，５０４ 垂直転送チャネル
１０５，２０５，３０５，５０５ 素子分離領域
１０６，２０６，３０６，５０６ 絶縁膜
１０７，２０７，３０７，５０７ 垂直転送電極
１０８，２０８，３０８，５０８ 最終垂直転送電極
１０９ａ，２０９ａ，３０９ａ，５０９ａ 垂直転送電極
１０９ｂ，２０９ｂ，３０９ｂ，５０９ｂ 垂直転送電極
１１０，２１０，３１０，５１０ 水平電荷転送部
１１１，２１１，３１１，５１１ 水平Ｐ型ウェル
１１２，２１２，３１２，５１２ 水平転送チャネル
１１３ａ，２１３ａ，３１３ａ，５１３ａ 第１の水平転送電極
１１３ｂ，２１３ｂ，３１３ｂ，５１３ｂ 第１の水平転送電極
１１４，２１４，３１４，５１４ 電位障壁領域
１１５ａ，２１５ａ，３１５ａ，５１５ａ 第２の水平転送電極
１１５ｂ，２１５ｂ，３１５ｂ，５１５ｂ 第２の水平転送電極
１１６，２１６，３１６，５１６ 素子分離領域の端部
１１７，２１７，３１７，５１７ 信号電荷
１１７ａ，２１７ａ，３１７ａ，５１７ａ 残された信号電荷
１１７ｂ，２１７ｂ，３１７ｂ，５１７ｂ 残された信号電荷
１１８，２１８，３１８，５１８ 次の信号電荷
１１９，２１９，３１９，５１９ 電位障壁
１２０，２２０，３２０，５２０ 電位障壁
１２１，２２１，３２１，５２１ 垂直転送チャネルの端部
１２２，２２２，３２２，５２２ 信号電荷の転送残り
１２３，２２３，３２３，５２３ 転送障壁
１２４，２２４，３２４，５２４ Ｐ型領域
１２５，２２５，３２５，５２５ Ｎ型領域
１２６，２２６，３２６，５２６ 保護膜
１２７，２２７，３２７，５２７ 層間絶縁膜
１２８，２２８，３２８，５２８ 第２のフォトレジスト膜
１２９，２２９，３２９，５２９ 第３のフォトレジスト膜
１３０ 光電変換部
１３１ 出力回路部
１３２，２３２，３３２，５３２ 転送方向の電位差
１３３，２３３，３３３，５３３ チャネル電位の遷移領域
１３４，２３４，３３４，５３４ 第１のフォトレジスト膜
１３５、２３５，３３５，５３５ イオン注入保護膜
１３６，２３６，３３６，５３６ 第４のフォトレジスト膜
１３７，２３７，３３７，５３７ 垂直Ｐ型ウェルの端部
Claims (11)
- 複数の垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部の少なくとも一端に接続され、前記垂直電荷転送部から転送された電荷を受け取って、これを転送する水平電荷転送部とを備え、
前記垂直電荷転送部は、第１導電型垂直転送チャネル領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に隣接するように形成された第２導電型素子分離領域と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に形成された複数の垂直転送電極および最終垂直転送電極と、前記第１導電型垂直転送チャネル領域の下に形成された第２導電型垂直ウェル領域とを備え、
前記水平電荷転送部は、第１導電型水平転送チャネル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域の下に形成された第２導電型水平ウェル領域と、前記第１導電型水平転送チャネル領域上に形成された複数の第１水平転送電極と、前記第１水平転送電極の隙間に形成された複数の第２水平転送電極とを備え、
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との接続部には、前記垂直電荷転送部から前記第１導電型垂直転送チャネル領域、前記第２導電型素子分離領域および前記第２導電型垂直ウェル領域が伸長し、この第１導電型垂直転送チャネル領域の前記接続部に伸長した部分の上に前記第１水平転送電極の一部が重なっており、
前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記最終垂直転送電極の前記水平電荷転送部側の端部よりも前記水平電荷転送部側に位置し、
前記第２水平転送電極下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内および前記最終垂直転送電極と前記第１水平転送電極の隙間下の前記第１導電型垂直転送チャネル領域内に形成された電位障壁領域を備えていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第２導電型垂直ウェル領域の前記接続部に伸長した部分の前記水平電荷転送部側の端部が、前記第２導電型素子分離領域の端部から１．５μｍ以内にあることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
- 前記第１導電型水平転送チャネル領域は、前記第１導電型垂直転送チャネル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
- 前記第１導電型水平転送チャネル領域は、前記第１導電型垂直転送チャネル領域よりも拡散深さが深くなるように形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記第２導電型水平ウェル領域は、前記第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物濃度が低くなるように形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記第２導電型水平ウェル領域は、前記第２導電型垂直ウェル領域よりも不純物拡散深さが深くなるように形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記接続部で前記第１導電型垂直転送チャネル領域と重なるように配置された前記水平転送電極について、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型垂直転送チャネル領域のチャネル電位よりも、この水平転送電極下に位置する前記第１導電型水平転送チャネル領域のチャネル電位の方が深くなるように、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および前記第１導電型水平転送チャネル領域の不純物濃度が設定されている請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、
前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成し、前記第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を、前記第１導電型垂直転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記第１導電型垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板上にイオン注入阻止膜を形成する工程と、
前記イオン注入阻止膜上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜をマスクとして、前記垂直転送チャネル領域に更に第１導電型不純物をイオン注入し、前記垂直転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜および前記イオン注入阻止膜を除去した後、前記半導体基板上に第３のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第３のフォトレジスト膜を、少なくとも前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第３のフォトレジスト膜をマスクとして、前記水平転送チャネル領域の下に第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型水平ウェル領域を形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板上に第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を、第２導電型素子分離領域となる領域上に残存させ、第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域となる領域上から除去されるようにパターニングする工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクとして、第２導電型不純物をイオン注入して第２導電型垂直ウェル領域および第２導電型水平ウェル領域を形成し、前記半導体基板の表面層に第１導電型不純物をイオン注入して第１導電型垂直転送チャネル領域および第１導電型水平転送チャネル領域を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜を除去した後、前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第２のフォトレジスト膜を、前記第２導電型素子分離領域となる領域および前記第１導電型垂直転送チャネル領域上に残存させ、前記第１導電型水平転送チャネル領域上から除去させるようにパターニングする工程と、
前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第１導電型水平転送チャネル領域に第２導電型不純物をイオン注入する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 更に、前記第２のフォトレジスト膜をマスクとして、前記第２導電型水平ウェル領域に第１導電型不純物をイオン注入する工程を有する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
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