JP4216976B2 - 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、ＣＣＤ型の固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像装置（以下、ＣＣＤ型の固体撮像装置を単に「固体撮像装置」という。）をライン・センサあるいはエリア・イメージセンサとして利用した機器が急速に普及している。
【０００３】
ライン・センサ用の固体撮像装置は、半導体基板上に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群、この光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送路、および、光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を前記の電荷転送路に読み出すための複数個の読み出しゲートを備えている。必要に応じて、横型オーバーフロードレインを形成するための掃き出しゲートが形成される。
【０００４】
光電変換素子は、一般に、フォトダイオードからなる。
【０００５】
電荷転送路は、例えば２相駆動型のＣＣＤによって構成される。２相駆動型のＣＣＤからなる電荷転送路は、半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、当該電荷転送チャネルを平面視上横断する複数個の転送電極とを含む。
【０００６】
２相駆動型のＣＣＤからなる電荷転送路用の電荷転送チャネルは、１個の光電変換素子に対して、例えばポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域（ストレージ）とをそれぞれ２つずつ有する。ポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域とが上流側からこの順番で交互に形成される。
【０００７】
ここで、本明細書においては、電荷の転送経路内における当該電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するものとする。
【０００８】
個々の転送電極は、ポテンシャルバリア領域またはポテンシャルウェル領域の上方に配設される。１個の光電変換素子に対して配設される４個の転送電極のうち、上流側の２個の転送電極同士が共通結線され、下流側の２個の転送電極同士が共通結線される。
【０００９】
読み出しゲートは、１つの光電変換素子に１個ずつ形成される。個々の読み出しゲートは、対応する光電変換素子と電荷転送チャネルとの両方に隣接するようにして半導体基板に形成された読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域の上方に形成された読み出しゲート電極とを含む。各読み出しゲート電極は、互いに電気的に接続されて、１本の電極線を構成する。
【００１０】
電荷転送路によって転送されてきた信号電荷は、電荷転送路から出力ゲートを介して、または、電荷転送路から直接、フローティングディフージョン部に転送される。信号電荷は、フローティングディフージョン部から所定のソースホロワ回路に供給され、ここで増幅された後、出力される。
【００１１】
リセットトランジスタが、上記のフローティングディフュージョン部を含んで構成される。増幅（検出）した後の電荷は、リセットトランジスタにおけるドイン領域から電源に吸収される。
【００１２】
一方、エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置は、上述した光電変換素子群、電荷転送チャネルおよび複数個の読み出しゲートを１組としたときに、当該組を複数組有する。各組の電荷転送チャネルを平面視上横切る所定本数の転送電極が形成される。
【００１３】
１本の電荷転送チャネルと、当該電荷転送チャネルを平面視上横切る上記所定本数の転送電極とによって、１本の電荷転送路が形成される。各電荷転送チャネルと各転送電極との平面視上の交差部それぞれに、電荷転送段が形成される。
【００１４】
上記所定本数の転送電極は、光電変換素子の配置の仕様に応じて、その一部が読み出しゲート電極をも兼ねる転送電極（以下、この転送電極を「読み出し兼用転送電極」という。）のみによって構成されるか、または、読み出しゲート電極を全く兼ねない複数本の転送電極（以下、この転送電極を「転送専用転送電極」という。）と複数本の読み出し兼用転送電極とによって構成される。
【００１５】
光電変換素子１個当たりの転送電極の本数は、光電変換素子の配置の仕様、電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜選定される。電荷転送路は、例えば、３相、４相または８相駆動型等のＣＣＤからなる。
【００１６】
エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置は、さらに、出力転送路を有する。上記の各電荷転送路は、出力転送路に接続される。出力転送路は、例えば２相または４相駆動型のＣＣＤによって構成される。
【００１７】
出力転送路の下流端にフローティングディフージョン部が形成され、当該フローティングディフュージョン部を含んでリセットトランジスタが構成される。必要に応じて、横型オーバーフロードレインを形成するための掃き出しゲートが形成される。
【００１８】
ライン・センサ用の固体撮像装置を構成する各転送電極、各読み出しゲート電極、各掃き出しゲート電極およびリセットトランジスタのゲート電極は、いずれも、電気絶縁膜を介して半導体基板上に形成される。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においても、同様である。
【００１９】
固体撮像装置を構成する半導体基板は一般にシリコン基板、または、石英ガラス等からなる基板の表面にシリコン層を形成した複合基板である。半導体基板と各転送電極および各ゲート電極とを電気的に絶縁する絶縁膜は、例えばシリコン酸化物膜、ＯＮ膜、ＯＮＯ膜等である。
【００２０】
本明細書でいうＯＮ膜とは、半導体基板上に形成された酸化物層と当該酸化物層上に形成された窒化物層とからなる２層構造の電気絶縁膜を意味する。本明細書でいうＯＮＯ膜とは、半導体基板上に形成された酸化物層と当該酸化物層上に形成された窒化物層と当該窒化物層上に形成された酸化物層とからなる３層構造の電気絶縁膜を意味する。
【００２１】
一方、上記の各電極は、例えば、第１ポリシリコン層と第２ポリシリコン層とによって形成される。
【００２２】
上記の各電極を第１ポリシリコン層と第２ポリシリコン層とによって形成する場合に、これらの各電極と半導体基板とを電気的に絶縁するためのシリコン酸化物膜（以下、このシリコン酸化物膜を「絶縁膜Ｉ」ということがある。）を予め半導体基板上に設けておくと、下記の２つの現象が起こることがある。
【００２３】
すなわち、第１ポリシリコン層からなる電極と第２ポリシリコン層からなる電極とを電気的に絶縁するために表面酸化膜を第１ポリシリコン層に形成する際に、第２ポリシリコン層からなる電極に対する絶縁膜となるべき部分の絶縁膜Ｉが成長する。その結果として、第２ポリシリコン層からなる電極下での絶縁膜Ｉの膜厚が第１ポリシリコン層からなる電極下での絶縁膜Ｉの膜厚より厚くなる（以下、この現象を「現象Ａ１」という。）。
【００２４】
また、上記の表面酸化膜の形成時に、第１ポリシリコン層の端部下方で絶縁膜Ｉの成長が起こり、第１ポリシリコン層の縁部が捲れあがる（以下、これらの現象を「現象Ａ２」という。）。現象Ａ１と現象Ａ２を、以下、「現象Ａ」と総称する。
【００２５】
ライン・センサ用の固体撮像装置を作製する際に現象Ａが起こると、所望の動作を行うための閾値電圧が転送電極同士の間または読み出しゲート同士の間で変化して、転送効率が低下する等、所望の電気的特性を有するライン・センサが得られなくなることがある。また、ライン・センサ同士の間で電気的特性のバラツキが大きくなることがある。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においても同様である。
【００２６】
このため、半導体基板上に第１ポリシリコン層からなる電極と第２ポリシリコン層からなる電極とを形成する場合には、各電極と半導体基板とを電気的に絶縁する絶縁膜の材料としてＯＮ膜またはＯＮＯ膜が利用されることが多い。
【００２７】
絶縁膜の材料としてＯＮ膜を用いることにより、第１ポリシリコン層に表面酸化膜を形成する際に上記の現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００２８】
絶縁膜の材料としてＯＮＯ膜を用いた場合にも、第１ポリシリコン層に表面酸化膜を形成する際に上記の現象Ａが起こるのを抑制することが可能である。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換素子に蓄積された信号電荷を電荷転送路に読み出す際には、読み出しゲート電極に例えば１５Ｖ前後という比較的高い電位を有する読み出しパルスが印加される。不要電荷を廃棄するための掃き出しゲート電極や、増幅（検出）した後の電荷を廃棄するためのリセットトランジスタにおけるゲート電極等についても、例えば１０〜２０Ｖという比較的高い電圧が印加される。
【００３０】
ＯＮ膜上に形成された電極に上記のような高い電圧が印加されると、ＯＮ膜を構成する窒化物膜中、あるいは、当該ＯＮ膜を構成する窒化物膜と酸化物膜との界面に、電子がトラップされることがある。ＯＮＯ膜からなる電気絶縁膜を備えた固体撮像装置においても同様である。
【００３１】
ＯＮ膜またはＯＮＯ膜からなる絶縁膜に電子がトラップされると、ライン・センサ用の固体撮像装置においては、個々の読み出しゲートのポテンシャルが変動する。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においては、個々の読み出し兼用転送電極を含んで構成される個々の電荷転送段のポテンシャルあるいは個々の読み出しゲートのポテンシャルが変動する。
【００３２】
その結果として、固体撮像装置の電気的特性、例えば、駆動させる際の閾値電圧が経時的に変動する。
【００３３】
本発明の目的は、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を提供することにある。
【００３４】
本発明の他の目的は、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を得ることが容易な固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、前記光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域と、前記電荷転送チャネルの上方にＯＮ膜またはＯＮＯ膜を介して形成された複数個の転送電極であって、各々が前記電荷転送チャネルを平面視上横断し、相隣るもの同士が互いに近接配置されて前記電荷転送チャネルとともに１本の電荷転送路を構成する複数個の転送電極と、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれの上方に酸化物絶縁膜を介して形成された複数個の読み出しゲート電極であって、前記複数個の読み出しゲート領域の各々に１個ずつ形成され、互いに電気的に接続されて１本の電極線を構成する複数個の読み出しゲート電極とを備えた固体撮像装置が提供される。
【００３６】
本発明の他の観点によれば、１または複数のフィールド酸化膜もしくはチャネルストップによって１または複数の素子領域が画定された半導体基板であって、一表面に、(a) 一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、(b) 前記光電変換素子群に近接して形成された電荷転送チャネルと、(c) 前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域とを有する半導体基板を準備する準備工程と、前記半導体基板の前記一表面上にＯＮ膜またはＯＮＯ膜を形成する積層膜形成工程と、少なくとも前記ＯＮ膜における窒化物層または前記ＯＮＯ膜における窒化物層および該窒化物層上の酸化物層を局所的に除去して、前記複数個の読み出しゲート領域の上方に第１凹部を設ける凹部形成工程と、前記第１凹部の底面上に酸化物膜を形成するか、または、前記第１凹部底面の酸化物層を成長させることによって、酸化物絶縁膜を形成する酸化物絶縁膜形成工程と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数個の転送電極を、前記ＯＮ膜上または前記ＯＮＯ膜上に形成し、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれに１個ずつ対応する複数個の読み出しゲート電極を、前記酸化物絶縁膜上に形成する電極形成工程とを含む固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００３７】
上記の固体撮像装置においては、読み出しゲート電極と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。したがって、読み出しゲート電極に読み出しパルスを印加することに伴ってその下の絶縁膜（酸化物絶縁膜）に電子がトラップされる、ということが起こりにくい。
【００３８】
転送電極の各々はＯＮ膜上またはＯＮＯ膜上に形成される。したがって、たとえシリコン基板からなる半導体基板を用い、各転送電極および各読み出しゲート電極をポリシリコン層で形成したとしても、少なくとも前述した現象Ａ２が起こるのを抑制することができる。読み出しゲート電極を第１ポリシリコン層で形成することにより、前述した現象Ａ１およびＡ２、すなわち、現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００３９】
これらの理由から、当該固体撮像装置では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００４０】
本発明の更に別の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、前記光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の読み出し兼用転送電極であって、各々が、前記読み出しゲート領域を平面視上覆って該読み出しゲート領域と共に１つの読み出しゲートを構成する読み出しゲート電極部と、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に前記読み出しゲートに隣接する１つの電荷転送段を構成する転送段形成部とを有する複数本の読み出し兼用転送電極と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の転送専用転送電極であって、前記複数本の読み出し兼用転送電極と１本づつ交互に形成され、各々が、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に電荷転送段を構成する転送段形成部を有する複数本の転送専用転送電極と、前記読み出しゲート電極部と前記半導体基板との間、および前記読み出し兼用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間それぞれに介在する酸化物絶縁膜と、前記転送専用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間に介在するＯＮ膜またはＯＮＯ膜とを備えた固体撮像装置が提供される。
【００４１】
この固体撮像装置においては、読み出しゲート電極部と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。また、読み出し兼用転送電極における転送段形成部と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。したがって、読み出し兼用転送電極に読み出しパルスを印加することに伴ってその下の絶縁膜（酸化物絶縁膜）に電子がトラップされる、ということが起こりにくい。
【００４２】
転送専用転送電極における転送段形成部はＯＮ膜上またはＯＮＯ膜上に形成される。したがって、たとえシリコン基板からなる半導体基板を用い、各読み出し兼用転送電極および各転送専用転送電極をポリシリコン層で形成したとしても、少なくとも前述した現象Ａ２が起こるのを抑制することができる。読み出し兼用転送電極を第１ポリシリコン層で形成することにより、前述した現象Ａ１およびＡ２、すなわち、現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００４３】
これらの理由から、上記の固体撮像装置では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００４５】
図１は、第１の実施例による固体撮像装置１００を概略的に示す平面図である。図示の固体撮像装置１００は、特に、ライン・センサ用の固体撮像装置として好適である。
【００４６】
同図に示したように、固体撮像装置１００は、半導体基板１の一表面に一列に形成された所定個の光電変換素子（フォトダイオード）１１からなる１つの光電変換素子群１０を有している。図示されている光電変換素子１１の数は、部分的に示されているものも含めて計５個である。
【００４７】
実際の白黒撮像用のライン・センサでは、１群または２群の光電変換素子群からなる光電変換素子列が例えば１列形成される。実際のカラー撮像用のライン・センサでは、１群または２群の光電変換素子群からなる光電変換素子列が例えば１列あるいは３列形成される。光電変換素子の総数は、例えば１０００〜２００００個程度である。
【００４８】
所定個の光電変換素子を２群に分けて一列に配設する場合、例えば、奇数番目に当たる光電変換素子の各々が１つの群を構成し、偶数番目に当たる光電変換素子の各々が他の群を構成する。
【００４９】
光電変換素子群１０に近接して、図中での左側に電荷転送チャネル２０が形成されている。電荷転送チャネル２０は、一定の方向ＤV （図１中に矢印で示す。）に延在する。
【００５０】
１個の光電変換素子１１に対して計２個の転送電極２１と計２個の転送電極２２とが、上流側からこの順番で１個ずつ交互に形成されている。図示した各転送電極２１は第１ポリシリコン層からなり、各転送電極２２は第２ポリシリコン層からなる。相隣る転送電極２１、２２は転送電極２１表面に形成された表面酸化膜（シリコン酸化物膜）によって、互いに電気的に絶縁されている。個々の転送電極２１、２２は、平面視上、電荷転送チャネル２０を横断している。
【００５１】
電荷転送チャネル２０と各転送電極２１、２２とは、１本の電荷転送路２５を構成する。
【００５２】
各光電変換素子１１と電荷転送チャネル２０との平面視上の間に、１個の光電変換素子１１につき１個の読み出しゲート電極３１が形成されている。各読み出しゲート電極３１は互いに電気的に接続されて、１本の読み出しゲート用電極線３０を構成している。読み出しゲート用電極線３０は第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が読み出しゲート用電極線３０表面に形成されている。各読み出しゲート電極３１における電荷転送チャネル２０側の端部は、それぞれ別個の転送電極２２と平面視上重なっている。
【００５３】
光電変換素子群１０に近接して、図中での右側に１個の掃き出しドレイン領域４１が形成されている。掃き出しドレイン領域４１は、前記の方向ＤV に帯状に延在する。
【００５４】
各光電変換素子１１と掃き出しドレイン領域４１との平面視上の間に、１本の掃き出しゲート用電極線４０が配設されている。掃き出しゲート用電極線４０は、前記の方向ＤV に帯状に延在する。掃き出しゲート用電極線４０は、例えば第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が掃き出しゲート用電極線４０表面に形成されている。
【００５５】
電荷転送チャネル２０の下流部に、フローティングディフュージョン領域５０が形成されている。フローティングディフュージョン領域５０の下流側に、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２がこの順番で形成されている。図１においては、これらの領域にハッチングを付して、当該各領域を判りやすくしている。
【００５６】
リセットトランジスタ用のゲート電極６３が、リセットトランジスタ用ゲート領域６１を平面視上横断している。当該ゲート電極６３は、例えば第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が、リセットトランジスタ用のゲート電極６３表面に形成されている。
【００５７】
フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１、リセットトランジスタ用ドレイン領域６２およびリセットトランジスタ用のゲート電極６３は、１個のリセットトランジスタ６０を構成する。
【００５８】
次に、図２を用いて、上記の半導体基板１における光電変換素子群１０、電荷転送チャネル２０、読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン領域４１、掃き出しゲート領域４２、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２の平面配置を説明する。
【００５９】
以下の説明は、半導体基板１がｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる場合を例にとり行うが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【００６０】
半導体基板１がｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる場合、電荷転送チャネル２０は、ｐ型ウェルの所望箇所にｎ- 型領域、ｎ型領域およびｎ+ 型領域を所定の順番で配置することによって得られる。
【００６１】
すなわち、電荷転送チャネル２０の上流端から下流端に向かって、ｎ- 型領域２１ａとｎ型領域２２ａとをこの順番で交互に形成する。ｎ- 型領域２１ａとｎ型領域２２ａとは、１個の光電変換素子１１に対して２個ずつ形成される。前述した転送電極２１（図１参照）の各々は、ｎ- 型領域２１ａの上方に１個ずつ配設される。前述した転送電極２２（図１参照）の各々は、ｎ型領域２２ａの上方に１個ずつ配設される。
【００６２】
最も下流側の光電変換素子１１に対応する２個のｎ型領域２２ａのちの下流側のｎ型領域２２ａの下流側に、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２がこの順番で形成される。
【００６３】
フローティングディフュージョン領域５０およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２は、例えばｎ+ 型領域によって形成される。リセットトランジスタ用ゲート領域６１は、例えばｎ型領域によって形成される。
【００６４】
１個の光電変換素子１１に対して形成される計２個のｎ型領域２２ａのうちのいずれか一方に隣接して、１個の読み出しゲート領域３２が形成される。固体撮像装置１００においては、１個の光電変換素子１１に対し形成される計２個のｎ型領域２２ａのうちの上流側のｎ型領域２２ａに隣接して、１個の読み出しゲート領域３２が形成されている。
【００６５】
個々の読み出しゲート領域３２は、対応する光電変換素子１１にも隣接する。各読み出しゲート領域３２は、例えばｐ型領域からなる。前述した読み出しゲート電極３１（図１参照）の各々は、読み出しゲート領域３２の上方に１個ずつ配設される。
【００６６】
個々の光電変換素子１１の右側（図２での右側）に、当該光電変換素子１１に隣接して、１個の掃き出しゲート領域４２が形成される。各掃き出しゲート領域４２は、例えばｐ型領域からなる。前述した掃き出しゲート用電極線４０（図１参照）は、各掃き出しゲート領域４２を平面視上覆っている。掃き出しゲート用電極線４０において掃き出しゲート領域４２を平面視上覆っている部分の各々が、後述する掃き出しゲート電極に相当する。
【００６７】
掃き出しドレイン領域４１は、各掃き出しゲート領域４２の右側（図２での右側）に、当該各掃き出しゲート領域４２に隣接して形成されている。掃き出しドレイン領域４１は、例えばｎ+ 領域からなる。
【００６８】
以上説明した固体撮像装置１００の最大の特徴は、以下に述べる絶縁膜の材料およびその配置仕様にある。
【００６９】
以下、図３および図４を参照して、絶縁膜の材料およびその配置仕様について説明する。図３は、図１に示したＡ−Ａ線に沿った断面の概略図である。図４は、図１に示したＢ−Ｂ線に沿った断面の概略図である。
【００７０】
図３または図４に示すように、固体撮像装置１００においては、各転送電極２１、２２と半導体基板１とを電気的に絶縁するための絶縁膜が１枚のＯＮ膜７０からなる。その一方で、各読み出しゲート電極３１、各掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３と半導体基板１とを電気的に絶縁するための絶縁膜は、１枚のシリコン酸化物膜７１からなる。
【００７１】
上記のＯＮ膜７０からなる絶縁膜は、例えば、膜厚が概ね１００〜５００オングストロームのシリコン酸化物膜と、当該シリコン酸化物膜上に形成されたシリコン窒化物膜からなり、シリコン窒化物膜の膜厚は概ね２００〜７００オングストロームである。ＯＮ膜７０を構成するシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜それぞれの膜厚は、固体撮像装置１００の用途や、転送電極２１、２２に印加される電圧の大きさ等に応じて適宜選択される。ＯＮ膜７０の膜厚は、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内である。
【００７２】
一方、上記のシリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜は、シリコン基板である半導体基板１の熱酸化膜からなる。シリコン酸化物膜７１の膜厚は、読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａまたはリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に印加される電圧の大きさに応じて、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内で適宜選択される。
【００７３】
読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に印加される各電圧の大きさが異なる場合には、必要に応じて、シリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜の膜厚を各ゲート電極ごとに選定してもよい。
【００７４】
なお、図３に示した光電変換素子１１は、半導体基板１におけるｐ型ウェルの所定箇所に形成されたｎ型領域３と、当該ｎ型領域３の表面に形成されたｐ+ 型領域４とを有する埋め込み型のフォトダイオードからなる。
【００７５】
光電変換素子１１上には、例えば熱酸化法やＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化物膜７２、あるいは、プラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化物膜が形成されている。
【００７６】
また、図１、図２、図３および図４には示されていないが、各光電変換素子１１、電荷転送チャネル２０、各読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン用域４１および各掃き出しゲート領域４２の周囲の素子分離領域には、フィールド酸化膜もしくはｐ+ 型のチャンネルストップまたはこれらの両方が形成される。
【００７７】
以上説明したように、固体撮像装置１００では、第１ポリシリコン層からなる各転送電極２１および第２ポリシリコン層からなる各転送電極２２がＯＮ膜７０からなる絶縁膜上に形成されている。第１ポリシリコン層からなる読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３は、それぞれ、シリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜上に形成されている。
【００７８】
このため、読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に比較的高い電圧を印加したとしても、これらのゲート電極下の絶縁膜７１に電子がトラップされるということが起こりにくい。
【００７９】
したがって、固体撮像装置１００では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。
【００８０】
また、第２ポリシリコン層からなる各電極下での絶縁膜の膜厚が第１ポリシリコン層下での各絶縁膜の膜厚より厚くなる、という現象が固体撮像装置１００の製造過程で起こることが抑制される。
【００８１】
さらに、第１ポリシリコン層からなる各電極の縁部が捲れあがる、という現象が固体撮像装置１００の製造過程で起こることが抑制される。
【００８２】
これらの理由から、固体撮像装置１００では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすいばかりでなく、固体撮像装置１００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置１００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００８３】
次に、上述した固体撮像装置１００を製造する方法の一例を、図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて説明する。
【００８４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、固体撮像装置１００の製造工程の一例を説明するための概念図である。
【００８５】
まず、準備工程として、光電変換素子群１０、電荷転送チャネル２０、読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン領域４１、掃き出しゲート領域４２、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２が図２に示したように配置された半導体基板（以下、この半導体基板を「半導体基板１ａ」という。）を用意する。フィールド酸化膜またはチャンネルストップが、各光電変換素子１１、電荷転送チャネル２０、各読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン用域４１および各掃き出しゲート領域４２の周囲の素子分離領域に予め形成されている。
【００８６】
図５（ａ）に示すように、半導体基板１ａにおいて上記の各領域が形成されている側の表面全体に、ＯＮ膜７０を形成する（積層膜形成工程）。
【００８７】
ＯＮ膜７０を形成するに当たっては、まず、膜厚が概ね１００〜５００オングストロームのシリコン酸化物層を熱酸化等の方法によって形成する。当該シリコン酸化物層の形成は、例えば、ドライ酸化雰囲気中、８５０〜１０００℃の温度条件下で行われる。
【００８８】
次いで、このシリコン酸化物層上に膜厚が概ね２００〜７００オングストロームのシリコン窒化物層を気相成長法等の方法によって形成する。当該シリコン窒化物層は、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）とアンモニア（ＮＨ3 ）とを７００〜１０００℃で化学反応させることによって、形成することができる。
【００８９】
図５（ｂ）に示すように、ＯＮ膜７０を局所的に除去して、各読み出しゲート領域３２、各掃き出しゲート領域４２、および、リセットトランジスタ用ゲート領域６１それぞれの上に第１凹部７０ａを形成する（凹部形成工程）。
【００９０】
第１凹部７０ａは、ＯＮ膜７０を貫通していてもよいし、ＯＮ膜７０を貫通していなくてもよい。ただし、ＯＮ膜７０を貫通させない場合には、少なくとも窒化物層を除去して、その下の酸化物層を露出させる。図５（ｂ）は、ＯＮ膜７０を貫通した第１凹部７０ａを示している。
【００９１】
第１凹部７０ａは、１以上の所定数の開口によって構成される。全ての読み出しゲート領域３２が、平面視上、１つの開口内に納められていてもよい。各掃き出しゲート領域４２についても同様である。各読み出しゲート領域３２および各掃き出しゲート領域４２が、平面視上、１つの開口内に納められていてもよい。
【００９２】
貫通孔からなる第１凹部７０ａをＯＮ膜７０に形成するためには、例えば、ＯＮ膜７０上に所定形状のレジストパターンをフォトリソグラフィ等の方法によって形成した後、ＯＮ膜を構成する窒化物層を、当該レジストパターンマスクとして用いたドライエッチングによってパターニングする。このときのエッチングは、例えばＣＦ4 とＯ2 との混合ガスを用いて行うことができる。
【００９３】
次に、窒化物層を除去することによって露出した酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）を、例えばウェットエッチングによってパターニングする。このときのエッチングは、例えば希フッ化水素液を用いて行うことができる。この後、不要となったレジストパターンを剥離する。
【００９４】
なお、第１凹部７０ａを、ＯＮ膜７０を貫通していない凹部によって形成する場合は、例えば上述したようにして窒化物層を除去し、不要となったレジストパターンを剥離した後、以下に述べる酸化物絶縁膜形成工程に移ることができる。このとき、上記の酸化物層は、エッチングされていてもよいし、エッチングされていなくてもよい。
【００９５】
図５（ｃ）に示すように、第１凹部７０ａの底に露出する半導体基板１ａまたは酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）の表面上に、シリコン酸化物膜７１を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。図５（ｃ）は、第１凹部７０ａの底から半導体基板１ａの表面を露出させた場合を例示している。
【００９６】
シリコン酸化物膜７１は、例えば、温度条件を概ね９００〜１１００℃としたドライ酸化または温度条件を概ね８５０〜１０００℃としたウェット酸化によって形成することができる。
【００９７】
なお、第１凹部７０ａを、ＯＮ膜７０を貫通していない凹部によって形成した場合は、第１凹部７０ａの底面を形成している酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）を成長させることによって、目的的とするシリコン酸化物膜７１を形成することもできる。
【００９８】
図５（ｄ）に示すように、ＯＮ膜７０の上に各転送電極２１、２２を形成する（電極形成工程）。図５（ｄ）においては、転送電極２２を例示してある。また、シリコン酸化物膜７１の上に読み出しゲート電極３１（読み第ゲート用電極線３０）、掃き出しゲート電極４０ａ（掃き出しゲート用電極線４０）およびリセットトランジスタ用のゲート電極６３を形成する（電極形成工程）。図５（ｄ）においては、読み出しゲート電極３１を例示してある。
【００９９】
第１ポリシリコン層によって所望の転送電極、ゲート電極または電極線を形成した後、第２ポリシリコン層によって所望の転送電極、ゲート電極または電極線を形成する。
【０１００】
第１ポリシリコン層を形成するに当たっては、まず、各電極および当該各電極を形成した側の半導体基板１ａの露出した表面を覆うポリシリコン層を形成する。当該ポリシリコン層は、常圧ＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法等の方法によって形成することができる。当該ポリシリコン層は、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）を５００〜８００℃で熱分解することによって形成することができる。
【０１０１】
次に、上記のポリシリコン層上に所定形状のレジストパターンをフォトリソグラフィ等の方法によって形成する。
【０１０２】
次いで、当該レジストパターンをマスクとして用いて、上記のポリシリコン層を反応性イオンエッチングして、所望形状の第１ポリシリコン層にパターニングする。このときのエッチングは、例えば、塩素系のガスを用いて行うことができる。この後、不要となったレジストパターンを剥離する。
【０１０３】
次に、第１ポリシリコン層を表面酸化させて、その表面にシリコン酸化物膜を形成する。ＯＮ膜は、上層が酸化防止機能を有する窒化物層で形成されている。このため、第１ポリシリコン層を表面酸化させる際に、半導体基板１ａおよび前記窒化物層下の酸化物層に酸素が侵入することは殆どない。
【０１０４】
この後、第１ポリシリコン層の形成と同様にして、所望形状の第２ポリシリコン層を形成する。
【０１０５】
以上の工程を行うことにより、固体撮像装置１００を得ることができる。
【０１０６】
次に、上述した第１の実施例の変形例について、図６を用いて説明する。
【０１０７】
図６は、第１の実施例の変形例による固体撮像装置１１０を概略的に示す断面図である。図示の固体撮像装置１１０は、各転送電極２２を第１ポリシリコン層で形成し、かつ、各転送電極２１および読み出しゲート用電極線３０を第２ポリシリコン層で形成した点で、第１の実施例の固体撮像装置１００と異なる。それ以外の点は、固体撮像装置１００と全く同じである。
【０１０８】
図６は、図１に示したＡ−Ａ線に対応する箇所の断面を概略的に示している。このため、図６に示した構成要素のうちで図３に示した構成要素と機能上共通するものについては、図３で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
なお、各転送電極２２および読み出しゲート用電極線３０を第１ポリシリコン層で形成し、各転送電極２１を第２ポリシリコン層で形成することも可能であろう。さらに、各転送電極２２および読み出しゲート用電極線３０を第２ポリシリコン層で形成し、各転送電極２１を第１ポリシリコン層で形成することも可能であろう。
【０１１０】
図１に示した固体撮像装置１００および図６に示した固体撮像装置１１０は、ライン・センサ用の固体撮像装置としては簡単な構造の固体撮像装置である。
【０１１１】
実際の固体撮像装置では、通常、光電変換素子以外の領域で無用の光電変換が行われないように、光遮蔽膜が形成される。また、各光電変換素子での光電変換効率を高めるために、必要に応じてマイクロレンズアレイが配設される。さらに、カラー撮像用の固体撮像装置では、必要に応じて色フィルタアレイが配設される。
【０１１２】
図７は、第２の実施例による固体撮像装置２００を概略的に示す断面図である。図示の固体撮像装置２００は、光遮蔽膜２１０およびマイクロレンズアレイ２２０を有する点で、前述した固体撮像装置１００と異なる。それ以外の点は、固体撮像装置１００と同様である。
【０１１３】
図７は、図１に示したＡ−Ａ線に対応する箇所の断面を概略的に示している。このため、図７に示した構成要素のうちで図３に示した構成要素と共通するものについては、図３で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
また、固体撮像装置１００の構成要素と共通する構成要素については、以下の説明においても、固体撮像装置１００の説明の中で用いた参照符号と同じ参照符号を用いる。
【０１１５】
図７に示した光遮蔽膜２１０は、各転送電極２１、２２、読み出しゲート用電極線３０、掃き出しゲート用電極線４０、フローティングディフュージョン領域５０およびリセットトランジスタ６０を平面視上覆う。
【０１１６】
光遮蔽膜２１０は、光電変換素子１１それぞれの上に１つずつ、受光用開口２１１を有する。個々の受光用開口２１１の平面視上の形状は、矩形、五角形以上の多角形、円形、楕円形等、適宜選定される。受光用開口２１１それぞれの形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１１７】
光遮蔽膜２１０は、遮光性を有する材料で形成される。例えば、アルミニウム、クロム、タングステン、チタンまたはモリブデンからなる金属薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記の合金とを組み合わせた多層金属薄膜等によって、光遮蔽膜２１０が形成される。
【０１１８】
当該光遮蔽膜２１０は、例えば、第２ポリシリコン層からなる各転送電極２２それぞれに表面酸化膜（シリコン酸化物膜）２０１を形成した後に形成される。
【０１１９】
必要に応じて、図示を省略したシリコン窒化物膜がプラズマＣＶＤ法等によって光遮蔽膜２１０の表面上に形成される。このシリコン窒化物膜は、水分等によって光遮蔽膜２１０やその下方の各層がコンタミネーションするのを防止する。
【０１２０】
第１の平坦化膜２１５が、光遮蔽膜２１０の上方および各受光用開口２１１から露出している光電変換素子１１表面の上方に形成されている。第１の平坦化膜２１５は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１２１】
第１の平坦化膜２１５上に、マイクロレンズアレイ２２０が配設されている。マイクロレンズアレイ２２０は、光電変換素子群１０を構成する光電変換素子１１の数と同じ数のマイクロレンズ２２１によって構成される。個々のマイクロレンズの平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、当該矩形の角部に丸みを付けた形状、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、当該多角形の角部に丸みを付けた形状、円形、楕円形等、適宜選択可能である。
【０１２２】
マイクロレンズ２２１の各々は、それぞれ別個の受光用開口２１１を平面視上覆う。第１の平坦化膜２１５は、各マイクロレンズ２２１の焦点調節層としても利用される。
【０１２３】
マイクロレンズ２２１は、例えば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。
【０１２４】
固体撮像装置２００は、前述した第１の実施例の固体撮像装置１００に光遮蔽膜２１０およびマイクロレンズアレイ２２０を付設したものである。
【０１２５】
したがって、固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置２００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置２００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１２６】
さらに、固体撮像装置２００は光遮蔽膜２１０を備えているので、光電変換素子１１以外の領域で無用の光電変換が行われるのを防止することができる。マイクロレンズアレイ２２０を備えているので、固体撮像装置１００におけるよりも各光電変換素子１１での光電変換効率が高い。
【０１２７】
なお、色フィルタアレイを設ける場合には、第１の平坦化膜２１５の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイ２２０は、色フィルタアレイ上に更に第２の平坦化膜を設けた後、当該第２の平坦化膜の表面に形成される。
【０１２８】
色フィルタアレイは、カラー撮像を可能にする複数種の色フィルタを所定のパターンで形成したものである。このような色フィルタアレイとしては、３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイ、および、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【０１２９】
補色タイプの色フィルタアレイは、例えば(i) 緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）の各色フィルタ、(ii)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、(iii) シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）および緑（Ｇ）の各色フィルタ、または、(iv)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）、緑（Ｇ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、等によって構成することができる。
【０１３０】
色フィルタアレイは、例えば、フォトリソグラフィ法等の方法によって、所望色の顔料もしくは染料を分散させた樹脂（カラーレジン）の層を所定箇所に形成することによって作製することができる。
【０１３１】
第２の平坦化膜は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１３２】
次に、図８を参照して第３の実施例による固体撮像装置について説明する。
【０１３３】
図８は、第３の実施例による固体撮像装置３００を概略的に示す部分平面図である。図示の固体撮像装置３００は、特に、エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置として好適である。
【０１３４】
図示した固体撮像装置３００は、前述した第１の実施例の固体撮像装置１００を構成する要素と機能上共通する構成要素を含んでいる。したがって、図８に示した構成要素のうちで図１に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１３５】
同図に示したように、固体撮像装置３００は、半導体基板１の一表面に一列に形成された所定個の光電変換素子（フォトダイオード）１１からなる光電変換素子群１０を複数群有している。図示されている光電変換素子群１０の数は、部分的に示されているものも含めて計３群である。個々の光電変換素子群１０は、一定の方向ＤV （図１中に矢印で示す。）に延在する。
【０１３６】
１つの光電変換素子群１０は、多数個の光電変換素子１１からなる。実際のエリア・イメージセンサでは、光電変換素子１１の総数が例えば数１０万〜数１００万に達する。固体撮像装置３００全体では、多数個の光電変換素子１１が正方行列状に配置されている。
【０１３７】
なお、図３においては、個々の光電変換素子１１にハッチングを付して、当該光電変換素子１１を判りやすくしている。
【０１３８】
光電変換素子群１０の１群につき１本の電荷転送チャネル３２０が、当該光電変換素子群１０の図中での左側に形成されている。個々の電荷転送チャネル３２０は、例えば、半導体基板１におけるｐ型ウェルの所定箇所にｎ型領域を帯状に形成することによって得られる。各電荷転送チャネル２０は、前記の方向ＤV に延在する。
【０１３９】
１つの光電変換素子行に対して１本の転送専用転送電極３２１と１本の読み出し兼用転送電極３２２とが、上流側から１本ずつ交互に形成されている。また、最も下流の光電変換素子行の下流側には、３本の補助転送電極３２３、３２４、３２５が形成されている。これらの転送電極３２１、３２２、３２３、３２４、３２５は、行方向（図中に矢印ＤH で示す。）に延在している。
【０１４０】
各転送専用転送電極３２１は、各電荷転送チャネル３２０との平面視上の交差部それぞれに、下流側に突出した矩形状の転送段形成部３２１ａを有している。各補助転送電極３２３、３２５についても同様である。補助転送電極３２３における転送段形成部を転送段形成部３２３ａといい、補助転送電極３２５における転送段形成部を転送段形成部３２５ａという。
【０１４１】
各読み出し兼用転送電極３２２は、各電荷転送チャネル３２０との平面視上の交差部それぞれに、上流側に突出した矩形状の転送段形成部３２２ａを有している。補助転送電極３２４についても同様である。補助転送電極３２４における転送段形成部を転送段形成部３２４ａという。
【０１４２】
図示した各転送専用転送電極３２１および補助転送電極３２３、３２５は、第２ポリシリコン層からなる。各読み出し兼用転送電極３２２および補助転送電極３２４は、第１ポリシリコン層からなる。第１ポリシリコン層からなる転送電極と第２ポリシリコン層からなる転送電極とは、第１ポリシリコン層からなる転送電極に形成された表面酸化膜（シリコン酸化物膜）によって、互いに電気的に絶縁されている。
【０１４３】
１本の電荷転送チャネル３２０上に配置されている各転送段形成部３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａ、３２５ａは、当該電荷転送チャネル３２０とともに１本の電荷転送路３２７を構成する。
【０１４４】
図示を省略した読み出しゲート領域が、光電変換素子１１の各々に１個ずつ隣接配置されている。個々の読み出しゲート領域は、読み出し兼用転送電極３２２における転送段形成部３２２ａによって平面視上覆われている。
【０１４５】
読み出し兼用転送電極３２２には、電荷転送用の駆動パルスが印加される他に、光電変換素子１１から電荷転送路３２７へ信号電荷を読み出すための読み出しパルスが印加される。各転送段形成部３２２ａにおいて読み出しゲート領域を平面視上覆っている部分が、読み出しゲート電極として機能する。この部分を、以下、読み出しゲート電極部３３１という。
【０１４６】
図８においては、個々の読み出しゲート電極部３３１にハッチングを付して、当該読み出しゲート電極部３３１を判りやすくしている。
【０１４７】
各電荷転送路３２７の下流端は、２相駆動型のＣＣＤからなる出力転送路３４０に接続されている。当該出力転送路３４０の構造は、転送電極の数が異なる以外は、図１に示した電荷転送路２５と実質的に同じである。したがって、出力転送路３４０の構成要素については、図１に示した電荷転送路２５の構成要素と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１４８】
図示の固体撮像装置３００においては、各転送段形成部３２２ａ下の絶縁膜、各読み出しゲート電極部３３１下の絶縁膜およびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３下の絶縁膜が、それぞれシリコン酸化物膜からなる。
【０１４９】
各転送段形成部３２１ａ下の絶縁膜、各転送段形成部３２３ａ、３２４ａ、３２５ａ下の絶縁膜、および各転送電極２１、２２下の絶縁膜は、それぞれＯＮ膜からなる。
【０１５０】
したがって、固体撮像装置３００では、前述した固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置３００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置３００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１５１】
次に、上述した第３の実施例についての変形例を、図９を用いて説明する。
【０１５２】
図９は、第３の実施例の変形例による固体撮像装置４００の一部を拡大して概略的に示す平面図である。
【０１５３】
図示した固体撮像装置４００は、(i) 個々の光電変換素子が「画素ずらし配置」されている点、および、(2) 各転送電極が蛇行形状を有する点で、第３の実施例の固体撮像装置３００と異なる。他の点は、固体撮像装置３００と同様である。したがって、図９に示した構成要素のうちで図８に示した構成要素と機能上共通するものについては、図８で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１５４】
ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子群１０を構成する各光電変換素子１１に対し、偶数番目に当たる光電変換素子群を構成する各光電変換素子１１の各々が、各光電変換素子群１０内での光電変換素子１１同士のピッチＰ1 （図９参照）の約１／２、前記の方向ＤV にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行を構成する各光電変換素子１１に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行を構成する各光電変換素子１１の各々が、各光電変換素子行内での光電変換素子１１同士のピッチＰ2 （図９参照）の約１／２、行方向にずれ、光電変換素子群１０の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子１１のみを含む光電変換素子群の配置を意味する。
【０１５５】
また、「光電変換素子同士のピッチＰ1の約１／２」とは、Ｐ1／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によってＰ1 ／２からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的にＰ1／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「光電変換素子同士のピッチＰ2 の約１／２」についても同様である。
【０１５６】
図９に示したように、相隣る転送専用転送電極３２１と読み出し兼用転送電極３２２とは、ある１つの光電変換素子群１０を横切るときには互いに重なり合う。また、前記の光電変換素子群１０の隣の光電変換素子群１０を横切るときには互いに離隔して、当該光電変換素子群１０を構成している光電変換素子１１の１つを平面視上取り囲む。
【０１５７】
相隣る転送専用転送電極３２１と読み出し兼用転送電極３２２とは、上記の離合を繰り返しながら、全体として前記の方向ＤH に延びている。
【０１５８】
図示の固体撮像装置４００においても、前述した固体撮像装置３００と同様に、各転送段形成部３２２ａ下の絶縁膜および各読み出しゲート電極部３３１下の絶縁膜が、それぞれシリコン酸化物膜からなる。各転送段形成部３２１ａ下の絶縁膜は、それぞれＯＮ膜からなる。
【０１５９】
また、図示されていないが、固体撮像装置４００は、前述した固体撮像装置３００と同様に、出力転送路３４０（図８参照）を備えている。
【０１６０】
当該出力転送路３４０を構成するリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３下の絶縁膜は、シリコン酸化物膜からなる。当該出力転送路３４０を構成する各転送電極２１、２２下の絶縁膜は、ＯＮ膜からなる。
【０１６１】
したがって、固体撮像装置４００では、前述した固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置４００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置４００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１６２】
以上、実施例を挙げて本発明の固体撮像装置を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１６３】
特に、各電極と半導体基板とを電気的に絶縁する絶縁膜の材料およびその配置仕様をそれぞれ除いた構成は、目的とする固体撮像装置の用途、性能等に応じて種々変更可能である。固体撮像装置の駆動方法についても同様である。
【０１６４】
各実施例でのＯＮ膜に代えて、ＯＮＯ膜を用いることもできる。当該ＯＮＯ膜は、例えば、半導体基板側から順番にシリコン酸化物層、シリコン窒化物層およびシリコン酸化物層を積層することによって得られる。
【０１６５】
下側（半導体基板側）のシリコン酸化物層の膜厚は、概ね１００〜５００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。シリコン窒化物層の膜厚は、概ね２００〜７００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。上側のシリコン酸化物層の膜厚は、概ね３０〜１００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。ＯＮＯ膜の膜厚は、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内である。
【０１６６】
ＯＮＯ膜は、例えば、ＯＮ膜と同様にしてシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を形成した後、シリコン窒化物膜上に熱酸化法等によってシリコン酸化物層を形成することにより、得られる。上側のシリコン酸化物層は、例えば、９００〜１１００℃のドライ酸化雰囲気中で形成することができる。
【０１６７】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
【０１６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による固体撮像装置を概略的に示す平面図である。
【図２】第１の実施例による固体撮像装置を構成する半導体基板における光電変換素子群、電荷転送チャネル、読み出しゲート領域等の平面配置を概略的に示す平面図である。
【図３】図１に示したＡ−Ａ線に沿った断面の概略図である。
【図４】図１に示したＢ−Ｂ線に沿った断面の概略図である。
【図５】第１の実施例による固体撮像装置の製造工程の一例を説明するための概念図である。
【図６】第１の実施例の変形例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図７】第２の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図８】第３の実施例による固体撮像装置を概略的に示す部分平面図である。
【図９】第４の実施例による固体撮像装置を概略的に示す部分平面図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、 １０…光電変換素子群、 １１…光電変換素子、 ２０…電荷転送チャネル、 ２１、２２…転送電極、 ２５、３２７…電荷転送路、 ３１…読み出しゲート電極、 ３２…読み出しゲート領域、 ４０ａ…掃き出しゲート電極、 ４１…掃き出しドレイン領域、 ４２…掃き出しゲート領域、 ６０…リセットトランジスタ、 ６１…リセットトランジスタ用ゲート領域、 ６２…リセットトランジスタ用ドレイン領域、 ６３…リセットトランジスタのゲート電極、 ７０…ＯＮ膜からなる絶縁膜、 ７１…シリコン酸化物膜からなる絶縁膜、 １００、１１０、２００、３００、４００…固体撮像装置、 ２１０…光遮蔽膜、 ２１１…受光用開口、 ２２１…マイクロレンズ、 ３２１…転送専用転送電極、 ３２２…読み出し兼用転送電極、 ３２１ａ、３２２ａ…転送段形成部、 ３２３、３２４、３２５…転送補助電極、 ３３１…読み出しゲート電極部、 ３４０…出力転送路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像装置（以下、ＣＣＤ型の固体撮像装置を単に「固体撮像装置」という。）をライン・センサあるいはエリア・イメージセンサとして利用した機器が急速に普及している。
【０００３】
ライン・センサ用の固体撮像装置は、半導体基板上に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群、この光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送路、および、光電変換素子の各々に蓄積された信号電荷を前記の電荷転送路に読み出すための複数個の読み出しゲートを備えている。必要に応じて、横型オーバーフロードレインを形成するための掃き出しゲートが形成される。
【０００４】
光電変換素子は、一般に、フォトダイオードからなる。
【０００５】
電荷転送路は、例えば２相駆動型のＣＣＤによって構成される。２相駆動型のＣＣＤからなる電荷転送路は、半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、当該電荷転送チャネルを平面視上横断する複数個の転送電極とを含む。
【０００６】
２相駆動型のＣＣＤからなる電荷転送路用の電荷転送チャネルは、１個の光電変換素子に対して、例えばポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域（ストレージ）とをそれぞれ２つずつ有する。ポテンシャルバリア領域とポテンシャルウェル領域とが上流側からこの順番で交互に形成される。
【０００７】
ここで、本明細書においては、電荷の転送経路内における当該電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するものとする。
【０００８】
個々の転送電極は、ポテンシャルバリア領域またはポテンシャルウェル領域の上方に配設される。１個の光電変換素子に対して配設される４個の転送電極のうち、上流側の２個の転送電極同士が共通結線され、下流側の２個の転送電極同士が共通結線される。
【０００９】
読み出しゲートは、１つの光電変換素子に１個ずつ形成される。個々の読み出しゲートは、対応する光電変換素子と電荷転送チャネルとの両方に隣接するようにして半導体基板に形成された読み出しゲート領域と、当該読み出しゲート領域の上方に形成された読み出しゲート電極とを含む。各読み出しゲート電極は、互いに電気的に接続されて、１本の電極線を構成する。
【００１０】
電荷転送路によって転送されてきた信号電荷は、電荷転送路から出力ゲートを介して、または、電荷転送路から直接、フローティングディフージョン部に転送される。信号電荷は、フローティングディフージョン部から所定のソースホロワ回路に供給され、ここで増幅された後、出力される。
【００１１】
リセットトランジスタが、上記のフローティングディフュージョン部を含んで構成される。増幅（検出）した後の電荷は、リセットトランジスタにおけるドイン領域から電源に吸収される。
【００１２】
一方、エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置は、上述した光電変換素子群、電荷転送チャネルおよび複数個の読み出しゲートを１組としたときに、当該組を複数組有する。各組の電荷転送チャネルを平面視上横切る所定本数の転送電極が形成される。
【００１３】
１本の電荷転送チャネルと、当該電荷転送チャネルを平面視上横切る上記所定本数の転送電極とによって、１本の電荷転送路が形成される。各電荷転送チャネルと各転送電極との平面視上の交差部それぞれに、電荷転送段が形成される。
【００１４】
上記所定本数の転送電極は、光電変換素子の配置の仕様に応じて、その一部が読み出しゲート電極をも兼ねる転送電極（以下、この転送電極を「読み出し兼用転送電極」という。）のみによって構成されるか、または、読み出しゲート電極を全く兼ねない複数本の転送電極（以下、この転送電極を「転送専用転送電極」という。）と複数本の読み出し兼用転送電極とによって構成される。
【００１５】
光電変換素子１個当たりの転送電極の本数は、光電変換素子の配置の仕様、電荷転送路の駆動方法等に応じて適宜選定される。電荷転送路は、例えば、３相、４相または８相駆動型等のＣＣＤからなる。
【００１６】
エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置は、さらに、出力転送路を有する。上記の各電荷転送路は、出力転送路に接続される。出力転送路は、例えば２相または４相駆動型のＣＣＤによって構成される。
【００１７】
出力転送路の下流端にフローティングディフージョン部が形成され、当該フローティングディフュージョン部を含んでリセットトランジスタが構成される。必要に応じて、横型オーバーフロードレインを形成するための掃き出しゲートが形成される。
【００１８】
ライン・センサ用の固体撮像装置を構成する各転送電極、各読み出しゲート電極、各掃き出しゲート電極およびリセットトランジスタのゲート電極は、いずれも、電気絶縁膜を介して半導体基板上に形成される。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においても、同様である。
【００１９】
固体撮像装置を構成する半導体基板は一般にシリコン基板、または、石英ガラス等からなる基板の表面にシリコン層を形成した複合基板である。半導体基板と各転送電極および各ゲート電極とを電気的に絶縁する絶縁膜は、例えばシリコン酸化物膜、ＯＮ膜、ＯＮＯ膜等である。
【００２０】
本明細書でいうＯＮ膜とは、半導体基板上に形成された酸化物層と当該酸化物層上に形成された窒化物層とからなる２層構造の電気絶縁膜を意味する。本明細書でいうＯＮＯ膜とは、半導体基板上に形成された酸化物層と当該酸化物層上に形成された窒化物層と当該窒化物層上に形成された酸化物層とからなる３層構造の電気絶縁膜を意味する。
【００２１】
一方、上記の各電極は、例えば、第１ポリシリコン層と第２ポリシリコン層とによって形成される。
【００２２】
上記の各電極を第１ポリシリコン層と第２ポリシリコン層とによって形成する場合に、これらの各電極と半導体基板とを電気的に絶縁するためのシリコン酸化物膜（以下、このシリコン酸化物膜を「絶縁膜Ｉ」ということがある。）を予め半導体基板上に設けておくと、下記の２つの現象が起こることがある。
【００２３】
すなわち、第１ポリシリコン層からなる電極と第２ポリシリコン層からなる電極とを電気的に絶縁するために表面酸化膜を第１ポリシリコン層に形成する際に、第２ポリシリコン層からなる電極に対する絶縁膜となるべき部分の絶縁膜Ｉが成長する。その結果として、第２ポリシリコン層からなる電極下での絶縁膜Ｉの膜厚が第１ポリシリコン層からなる電極下での絶縁膜Ｉの膜厚より厚くなる（以下、この現象を「現象Ａ１」という。）。
【００２４】
また、上記の表面酸化膜の形成時に、第１ポリシリコン層の端部下方で絶縁膜Ｉの成長が起こり、第１ポリシリコン層の縁部が捲れあがる（以下、これらの現象を「現象Ａ２」という。）。現象Ａ１と現象Ａ２を、以下、「現象Ａ」と総称する。
【００２５】
ライン・センサ用の固体撮像装置を作製する際に現象Ａが起こると、所望の動作を行うための閾値電圧が転送電極同士の間または読み出しゲート同士の間で変化して、転送効率が低下する等、所望の電気的特性を有するライン・センサが得られなくなることがある。また、ライン・センサ同士の間で電気的特性のバラツキが大きくなることがある。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においても同様である。
【００２６】
このため、半導体基板上に第１ポリシリコン層からなる電極と第２ポリシリコン層からなる電極とを形成する場合には、各電極と半導体基板とを電気的に絶縁する絶縁膜の材料としてＯＮ膜またはＯＮＯ膜が利用されることが多い。
【００２７】
絶縁膜の材料としてＯＮ膜を用いることにより、第１ポリシリコン層に表面酸化膜を形成する際に上記の現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００２８】
絶縁膜の材料としてＯＮＯ膜を用いた場合にも、第１ポリシリコン層に表面酸化膜を形成する際に上記の現象Ａが起こるのを抑制することが可能である。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換素子に蓄積された信号電荷を電荷転送路に読み出す際には、読み出しゲート電極に例えば１５Ｖ前後という比較的高い電位を有する読み出しパルスが印加される。不要電荷を廃棄するための掃き出しゲート電極や、増幅（検出）した後の電荷を廃棄するためのリセットトランジスタにおけるゲート電極等についても、例えば１０〜２０Ｖという比較的高い電圧が印加される。
【００３０】
ＯＮ膜上に形成された電極に上記のような高い電圧が印加されると、ＯＮ膜を構成する窒化物膜中、あるいは、当該ＯＮ膜を構成する窒化物膜と酸化物膜との界面に、電子がトラップされることがある。ＯＮＯ膜からなる電気絶縁膜を備えた固体撮像装置においても同様である。
【００３１】
ＯＮ膜またはＯＮＯ膜からなる絶縁膜に電子がトラップされると、ライン・センサ用の固体撮像装置においては、個々の読み出しゲートのポテンシャルが変動する。エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置においては、個々の読み出し兼用転送電極を含んで構成される個々の電荷転送段のポテンシャルあるいは個々の読み出しゲートのポテンシャルが変動する。
【００３２】
その結果として、固体撮像装置の電気的特性、例えば、駆動させる際の閾値電圧が経時的に変動する。
【００３３】
本発明の目的は、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を提供することにある。
【００３４】
本発明の他の目的は、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を得ることが容易な固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、前記光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域と、前記電荷転送チャネルの上方にＯＮ膜またはＯＮＯ膜を介して形成された複数個の転送電極であって、各々が前記電荷転送チャネルを平面視上横断し、相隣るもの同士が互いに近接配置されて前記電荷転送チャネルとともに１本の電荷転送路を構成する複数個の転送電極と、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれの上方に酸化物絶縁膜を介して形成された複数個の読み出しゲート電極であって、前記複数個の読み出しゲート領域の各々に１個ずつ形成され、互いに電気的に接続されて１本の電極線を構成する複数個の読み出しゲート電極とを備えた固体撮像装置が提供される。
【００３６】
本発明の他の観点によれば、１または複数のフィールド酸化膜もしくはチャネルストップによって１または複数の素子領域が画定された半導体基板であって、一表面に、(a) 一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、(b) 前記光電変換素子群に近接して形成された電荷転送チャネルと、(c) 前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域とを有する半導体基板を準備する準備工程と、前記半導体基板の前記一表面上にＯＮ膜またはＯＮＯ膜を形成する積層膜形成工程と、少なくとも前記ＯＮ膜における窒化物層または前記ＯＮＯ膜における窒化物層および該窒化物層上の酸化物層を局所的に除去して、前記複数個の読み出しゲート領域の上方に第１凹部を設ける凹部形成工程と、前記第１凹部の底面上に酸化物膜を形成するか、または、前記第１凹部底面の酸化物層を成長させることによって、酸化物絶縁膜を形成する酸化物絶縁膜形成工程と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数個の転送電極を、前記ＯＮ膜上または前記ＯＮＯ膜上に形成し、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれに１個ずつ対応する複数個の読み出しゲート電極を、前記酸化物絶縁膜上に形成する電極形成工程とを含む固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００３７】
上記の固体撮像装置においては、読み出しゲート電極と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。したがって、読み出しゲート電極に読み出しパルスを印加することに伴ってその下の絶縁膜（酸化物絶縁膜）に電子がトラップされる、ということが起こりにくい。
【００３８】
転送電極の各々はＯＮ膜上またはＯＮＯ膜上に形成される。したがって、たとえシリコン基板からなる半導体基板を用い、各転送電極および各読み出しゲート電極をポリシリコン層で形成したとしても、少なくとも前述した現象Ａ２が起こるのを抑制することができる。読み出しゲート電極を第１ポリシリコン層で形成することにより、前述した現象Ａ１およびＡ２、すなわち、現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００３９】
これらの理由から、当該固体撮像装置では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００４０】
本発明の更に別の観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、前記光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の読み出し兼用転送電極であって、各々が、前記読み出しゲート領域を平面視上覆って該読み出しゲート領域と共に１つの読み出しゲートを構成する読み出しゲート電極部と、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に前記読み出しゲートに隣接する１つの電荷転送段を構成する転送段形成部とを有する複数本の読み出し兼用転送電極と、前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の転送専用転送電極であって、前記複数本の読み出し兼用転送電極と１本づつ交互に形成され、各々が、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に電荷転送段を構成する転送段形成部を有する複数本の転送専用転送電極と、前記読み出しゲート電極部と前記半導体基板との間、および前記読み出し兼用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間それぞれに介在する酸化物絶縁膜と、前記転送専用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間に介在するＯＮ膜またはＯＮＯ膜とを備えた固体撮像装置が提供される。
【００４１】
この固体撮像装置においては、読み出しゲート電極部と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。また、読み出し兼用転送電極における転送段形成部と半導体基板とが酸化物絶縁膜によって電気的に絶縁されている。したがって、読み出し兼用転送電極に読み出しパルスを印加することに伴ってその下の絶縁膜（酸化物絶縁膜）に電子がトラップされる、ということが起こりにくい。
【００４２】
転送専用転送電極における転送段形成部はＯＮ膜上またはＯＮＯ膜上に形成される。したがって、たとえシリコン基板からなる半導体基板を用い、各読み出し兼用転送電極および各転送専用転送電極をポリシリコン層で形成したとしても、少なくとも前述した現象Ａ２が起こるのを抑制することができる。読み出し兼用転送電極を第１ポリシリコン層で形成することにより、前述した現象Ａ１およびＡ２、すなわち、現象Ａが起こるのを抑制することができる。
【００４３】
これらの理由から、上記の固体撮像装置では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００４５】
図１は、第１の実施例による固体撮像装置１００を概略的に示す平面図である。図示の固体撮像装置１００は、特に、ライン・センサ用の固体撮像装置として好適である。
【００４６】
同図に示したように、固体撮像装置１００は、半導体基板１の一表面に一列に形成された所定個の光電変換素子（フォトダイオード）１１からなる１つの光電変換素子群１０を有している。図示されている光電変換素子１１の数は、部分的に示されているものも含めて計５個である。
【００４７】
実際の白黒撮像用のライン・センサでは、１群または２群の光電変換素子群からなる光電変換素子列が例えば１列形成される。実際のカラー撮像用のライン・センサでは、１群または２群の光電変換素子群からなる光電変換素子列が例えば１列あるいは３列形成される。光電変換素子の総数は、例えば１０００〜２００００個程度である。
【００４８】
所定個の光電変換素子を２群に分けて一列に配設する場合、例えば、奇数番目に当たる光電変換素子の各々が１つの群を構成し、偶数番目に当たる光電変換素子の各々が他の群を構成する。
【００４９】
光電変換素子群１０に近接して、図中での左側に電荷転送チャネル２０が形成されている。電荷転送チャネル２０は、一定の方向ＤV （図１中に矢印で示す。）に延在する。
【００５０】
１個の光電変換素子１１に対して計２個の転送電極２１と計２個の転送電極２２とが、上流側からこの順番で１個ずつ交互に形成されている。図示した各転送電極２１は第１ポリシリコン層からなり、各転送電極２２は第２ポリシリコン層からなる。相隣る転送電極２１、２２は転送電極２１表面に形成された表面酸化膜（シリコン酸化物膜）によって、互いに電気的に絶縁されている。個々の転送電極２１、２２は、平面視上、電荷転送チャネル２０を横断している。
【００５１】
電荷転送チャネル２０と各転送電極２１、２２とは、１本の電荷転送路２５を構成する。
【００５２】
各光電変換素子１１と電荷転送チャネル２０との平面視上の間に、１個の光電変換素子１１につき１個の読み出しゲート電極３１が形成されている。各読み出しゲート電極３１は互いに電気的に接続されて、１本の読み出しゲート用電極線３０を構成している。読み出しゲート用電極線３０は第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が読み出しゲート用電極線３０表面に形成されている。各読み出しゲート電極３１における電荷転送チャネル２０側の端部は、それぞれ別個の転送電極２２と平面視上重なっている。
【００５３】
光電変換素子群１０に近接して、図中での右側に１個の掃き出しドレイン領域４１が形成されている。掃き出しドレイン領域４１は、前記の方向ＤV に帯状に延在する。
【００５４】
各光電変換素子１１と掃き出しドレイン領域４１との平面視上の間に、１本の掃き出しゲート用電極線４０が配設されている。掃き出しゲート用電極線４０は、前記の方向ＤV に帯状に延在する。掃き出しゲート用電極線４０は、例えば第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が掃き出しゲート用電極線４０表面に形成されている。
【００５５】
電荷転送チャネル２０の下流部に、フローティングディフュージョン領域５０が形成されている。フローティングディフュージョン領域５０の下流側に、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２がこの順番で形成されている。図１においては、これらの領域にハッチングを付して、当該各領域を判りやすくしている。
【００５６】
リセットトランジスタ用のゲート電極６３が、リセットトランジスタ用ゲート領域６１を平面視上横断している。当該ゲート電極６３は、例えば第１ポリシリコン層からなる。表面酸化膜（シリコン酸化物膜）が、リセットトランジスタ用のゲート電極６３表面に形成されている。
【００５７】
フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１、リセットトランジスタ用ドレイン領域６２およびリセットトランジスタ用のゲート電極６３は、１個のリセットトランジスタ６０を構成する。
【００５８】
次に、図２を用いて、上記の半導体基板１における光電変換素子群１０、電荷転送チャネル２０、読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン領域４１、掃き出しゲート領域４２、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２の平面配置を説明する。
【００５９】
以下の説明は、半導体基板１がｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる場合を例にとり行うが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
【００６０】
半導体基板１がｐ型ウェルを備えたｎ型シリコン基板からなる場合、電荷転送チャネル２０は、ｐ型ウェルの所望箇所にｎ- 型領域、ｎ型領域およびｎ+ 型領域を所定の順番で配置することによって得られる。
【００６１】
すなわち、電荷転送チャネル２０の上流端から下流端に向かって、ｎ- 型領域２１ａとｎ型領域２２ａとをこの順番で交互に形成する。ｎ- 型領域２１ａとｎ型領域２２ａとは、１個の光電変換素子１１に対して２個ずつ形成される。前述した転送電極２１（図１参照）の各々は、ｎ- 型領域２１ａの上方に１個ずつ配設される。前述した転送電極２２（図１参照）の各々は、ｎ型領域２２ａの上方に１個ずつ配設される。
【００６２】
最も下流側の光電変換素子１１に対応する２個のｎ型領域２２ａのちの下流側のｎ型領域２２ａの下流側に、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２がこの順番で形成される。
【００６３】
フローティングディフュージョン領域５０およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２は、例えばｎ+ 型領域によって形成される。リセットトランジスタ用ゲート領域６１は、例えばｎ型領域によって形成される。
【００６４】
１個の光電変換素子１１に対して形成される計２個のｎ型領域２２ａのうちのいずれか一方に隣接して、１個の読み出しゲート領域３２が形成される。固体撮像装置１００においては、１個の光電変換素子１１に対し形成される計２個のｎ型領域２２ａのうちの上流側のｎ型領域２２ａに隣接して、１個の読み出しゲート領域３２が形成されている。
【００６５】
個々の読み出しゲート領域３２は、対応する光電変換素子１１にも隣接する。各読み出しゲート領域３２は、例えばｐ型領域からなる。前述した読み出しゲート電極３１（図１参照）の各々は、読み出しゲート領域３２の上方に１個ずつ配設される。
【００６６】
個々の光電変換素子１１の右側（図２での右側）に、当該光電変換素子１１に隣接して、１個の掃き出しゲート領域４２が形成される。各掃き出しゲート領域４２は、例えばｐ型領域からなる。前述した掃き出しゲート用電極線４０（図１参照）は、各掃き出しゲート領域４２を平面視上覆っている。掃き出しゲート用電極線４０において掃き出しゲート領域４２を平面視上覆っている部分の各々が、後述する掃き出しゲート電極に相当する。
【００６７】
掃き出しドレイン領域４１は、各掃き出しゲート領域４２の右側（図２での右側）に、当該各掃き出しゲート領域４２に隣接して形成されている。掃き出しドレイン領域４１は、例えばｎ+ 領域からなる。
【００６８】
以上説明した固体撮像装置１００の最大の特徴は、以下に述べる絶縁膜の材料およびその配置仕様にある。
【００６９】
以下、図３および図４を参照して、絶縁膜の材料およびその配置仕様について説明する。図３は、図１に示したＡ−Ａ線に沿った断面の概略図である。図４は、図１に示したＢ−Ｂ線に沿った断面の概略図である。
【００７０】
図３または図４に示すように、固体撮像装置１００においては、各転送電極２１、２２と半導体基板１とを電気的に絶縁するための絶縁膜が１枚のＯＮ膜７０からなる。その一方で、各読み出しゲート電極３１、各掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３と半導体基板１とを電気的に絶縁するための絶縁膜は、１枚のシリコン酸化物膜７１からなる。
【００７１】
上記のＯＮ膜７０からなる絶縁膜は、例えば、膜厚が概ね１００〜５００オングストロームのシリコン酸化物膜と、当該シリコン酸化物膜上に形成されたシリコン窒化物膜からなり、シリコン窒化物膜の膜厚は概ね２００〜７００オングストロームである。ＯＮ膜７０を構成するシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜それぞれの膜厚は、固体撮像装置１００の用途や、転送電極２１、２２に印加される電圧の大きさ等に応じて適宜選択される。ＯＮ膜７０の膜厚は、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内である。
【００７２】
一方、上記のシリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜は、シリコン基板である半導体基板１の熱酸化膜からなる。シリコン酸化物膜７１の膜厚は、読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａまたはリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に印加される電圧の大きさに応じて、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内で適宜選択される。
【００７３】
読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に印加される各電圧の大きさが異なる場合には、必要に応じて、シリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜の膜厚を各ゲート電極ごとに選定してもよい。
【００７４】
なお、図３に示した光電変換素子１１は、半導体基板１におけるｐ型ウェルの所定箇所に形成されたｎ型領域３と、当該ｎ型領域３の表面に形成されたｐ+ 型領域４とを有する埋め込み型のフォトダイオードからなる。
【００７５】
光電変換素子１１上には、例えば熱酸化法やＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化物膜７２、あるいは、プラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化物膜が形成されている。
【００７６】
また、図１、図２、図３および図４には示されていないが、各光電変換素子１１、電荷転送チャネル２０、各読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン用域４１および各掃き出しゲート領域４２の周囲の素子分離領域には、フィールド酸化膜もしくはｐ+ 型のチャンネルストップまたはこれらの両方が形成される。
【００７７】
以上説明したように、固体撮像装置１００では、第１ポリシリコン層からなる各転送電極２１および第２ポリシリコン層からなる各転送電極２２がＯＮ膜７０からなる絶縁膜上に形成されている。第１ポリシリコン層からなる読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３は、それぞれ、シリコン酸化物膜７１からなる絶縁膜上に形成されている。
【００７８】
このため、読み出しゲート電極３１、掃き出しゲート電極４０ａおよびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３に比較的高い電圧を印加したとしても、これらのゲート電極下の絶縁膜７１に電子がトラップされるということが起こりにくい。
【００７９】
したがって、固体撮像装置１００では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。
【００８０】
また、第２ポリシリコン層からなる各電極下での絶縁膜の膜厚が第１ポリシリコン層下での各絶縁膜の膜厚より厚くなる、という現象が固体撮像装置１００の製造過程で起こることが抑制される。
【００８１】
さらに、第１ポリシリコン層からなる各電極の縁部が捲れあがる、という現象が固体撮像装置１００の製造過程で起こることが抑制される。
【００８２】
これらの理由から、固体撮像装置１００では、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすいばかりでなく、固体撮像装置１００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置１００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【００８３】
次に、上述した固体撮像装置１００を製造する方法の一例を、図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて説明する。
【００８４】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、固体撮像装置１００の製造工程の一例を説明するための概念図である。
【００８５】
まず、準備工程として、光電変換素子群１０、電荷転送チャネル２０、読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン領域４１、掃き出しゲート領域４２、フローティングディフュージョン領域５０、リセットトランジスタ用ゲート領域６１およびリセットトランジスタ用ドレイン領域６２が図２に示したように配置された半導体基板（以下、この半導体基板を「半導体基板１ａ」という。）を用意する。フィールド酸化膜またはチャンネルストップが、各光電変換素子１１、電荷転送チャネル２０、各読み出しゲート領域３２、掃き出し用ドレイン用域４１および各掃き出しゲート領域４２の周囲の素子分離領域に予め形成されている。
【００８６】
図５（ａ）に示すように、半導体基板１ａにおいて上記の各領域が形成されている側の表面全体に、ＯＮ膜７０を形成する（積層膜形成工程）。
【００８７】
ＯＮ膜７０を形成するに当たっては、まず、膜厚が概ね１００〜５００オングストロームのシリコン酸化物層を熱酸化等の方法によって形成する。当該シリコン酸化物層の形成は、例えば、ドライ酸化雰囲気中、８５０〜１０００℃の温度条件下で行われる。
【００８８】
次いで、このシリコン酸化物層上に膜厚が概ね２００〜７００オングストロームのシリコン窒化物層を気相成長法等の方法によって形成する。当該シリコン窒化物層は、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）とアンモニア（ＮＨ3 ）とを７００〜１０００℃で化学反応させることによって、形成することができる。
【００８９】
図５（ｂ）に示すように、ＯＮ膜７０を局所的に除去して、各読み出しゲート領域３２、各掃き出しゲート領域４２、および、リセットトランジスタ用ゲート領域６１それぞれの上に第１凹部７０ａを形成する（凹部形成工程）。
【００９０】
第１凹部７０ａは、ＯＮ膜７０を貫通していてもよいし、ＯＮ膜７０を貫通していなくてもよい。ただし、ＯＮ膜７０を貫通させない場合には、少なくとも窒化物層を除去して、その下の酸化物層を露出させる。図５（ｂ）は、ＯＮ膜７０を貫通した第１凹部７０ａを示している。
【００９１】
第１凹部７０ａは、１以上の所定数の開口によって構成される。全ての読み出しゲート領域３２が、平面視上、１つの開口内に納められていてもよい。各掃き出しゲート領域４２についても同様である。各読み出しゲート領域３２および各掃き出しゲート領域４２が、平面視上、１つの開口内に納められていてもよい。
【００９２】
貫通孔からなる第１凹部７０ａをＯＮ膜７０に形成するためには、例えば、ＯＮ膜７０上に所定形状のレジストパターンをフォトリソグラフィ等の方法によって形成した後、ＯＮ膜を構成する窒化物層を、当該レジストパターンマスクとして用いたドライエッチングによってパターニングする。このときのエッチングは、例えばＣＦ4 とＯ2 との混合ガスを用いて行うことができる。
【００９３】
次に、窒化物層を除去することによって露出した酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）を、例えばウェットエッチングによってパターニングする。このときのエッチングは、例えば希フッ化水素液を用いて行うことができる。この後、不要となったレジストパターンを剥離する。
【００９４】
なお、第１凹部７０ａを、ＯＮ膜７０を貫通していない凹部によって形成する場合は、例えば上述したようにして窒化物層を除去し、不要となったレジストパターンを剥離した後、以下に述べる酸化物絶縁膜形成工程に移ることができる。このとき、上記の酸化物層は、エッチングされていてもよいし、エッチングされていなくてもよい。
【００９５】
図５（ｃ）に示すように、第１凹部７０ａの底に露出する半導体基板１ａまたは酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）の表面上に、シリコン酸化物膜７１を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。図５（ｃ）は、第１凹部７０ａの底から半導体基板１ａの表面を露出させた場合を例示している。
【００９６】
シリコン酸化物膜７１は、例えば、温度条件を概ね９００〜１１００℃としたドライ酸化または温度条件を概ね８５０〜１０００℃としたウェット酸化によって形成することができる。
【００９７】
なお、第１凹部７０ａを、ＯＮ膜７０を貫通していない凹部によって形成した場合は、第１凹部７０ａの底面を形成している酸化物層（ＯＮ膜を構成する酸化物層）を成長させることによって、目的的とするシリコン酸化物膜７１を形成することもできる。
【００９８】
図５（ｄ）に示すように、ＯＮ膜７０の上に各転送電極２１、２２を形成する（電極形成工程）。図５（ｄ）においては、転送電極２２を例示してある。また、シリコン酸化物膜７１の上に読み出しゲート電極３１（読み第ゲート用電極線３０）、掃き出しゲート電極４０ａ（掃き出しゲート用電極線４０）およびリセットトランジスタ用のゲート電極６３を形成する（電極形成工程）。図５（ｄ）においては、読み出しゲート電極３１を例示してある。
【００９９】
第１ポリシリコン層によって所望の転送電極、ゲート電極または電極線を形成した後、第２ポリシリコン層によって所望の転送電極、ゲート電極または電極線を形成する。
【０１００】
第１ポリシリコン層を形成するに当たっては、まず、各電極および当該各電極を形成した側の半導体基板１ａの露出した表面を覆うポリシリコン層を形成する。当該ポリシリコン層は、常圧ＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法等の方法によって形成することができる。当該ポリシリコン層は、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）を５００〜８００℃で熱分解することによって形成することができる。
【０１０１】
次に、上記のポリシリコン層上に所定形状のレジストパターンをフォトリソグラフィ等の方法によって形成する。
【０１０２】
次いで、当該レジストパターンをマスクとして用いて、上記のポリシリコン層を反応性イオンエッチングして、所望形状の第１ポリシリコン層にパターニングする。このときのエッチングは、例えば、塩素系のガスを用いて行うことができる。この後、不要となったレジストパターンを剥離する。
【０１０３】
次に、第１ポリシリコン層を表面酸化させて、その表面にシリコン酸化物膜を形成する。ＯＮ膜は、上層が酸化防止機能を有する窒化物層で形成されている。このため、第１ポリシリコン層を表面酸化させる際に、半導体基板１ａおよび前記窒化物層下の酸化物層に酸素が侵入することは殆どない。
【０１０４】
この後、第１ポリシリコン層の形成と同様にして、所望形状の第２ポリシリコン層を形成する。
【０１０５】
以上の工程を行うことにより、固体撮像装置１００を得ることができる。
【０１０６】
次に、上述した第１の実施例の変形例について、図６を用いて説明する。
【０１０７】
図６は、第１の実施例の変形例による固体撮像装置１１０を概略的に示す断面図である。図示の固体撮像装置１１０は、各転送電極２２を第１ポリシリコン層で形成し、かつ、各転送電極２１および読み出しゲート用電極線３０を第２ポリシリコン層で形成した点で、第１の実施例の固体撮像装置１００と異なる。それ以外の点は、固体撮像装置１００と全く同じである。
【０１０８】
図６は、図１に示したＡ−Ａ線に対応する箇所の断面を概略的に示している。このため、図６に示した構成要素のうちで図３に示した構成要素と機能上共通するものについては、図３で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１０９】
なお、各転送電極２２および読み出しゲート用電極線３０を第１ポリシリコン層で形成し、各転送電極２１を第２ポリシリコン層で形成することも可能であろう。さらに、各転送電極２２および読み出しゲート用電極線３０を第２ポリシリコン層で形成し、各転送電極２１を第１ポリシリコン層で形成することも可能であろう。
【０１１０】
図１に示した固体撮像装置１００および図６に示した固体撮像装置１１０は、ライン・センサ用の固体撮像装置としては簡単な構造の固体撮像装置である。
【０１１１】
実際の固体撮像装置では、通常、光電変換素子以外の領域で無用の光電変換が行われないように、光遮蔽膜が形成される。また、各光電変換素子での光電変換効率を高めるために、必要に応じてマイクロレンズアレイが配設される。さらに、カラー撮像用の固体撮像装置では、必要に応じて色フィルタアレイが配設される。
【０１１２】
図７は、第２の実施例による固体撮像装置２００を概略的に示す断面図である。図示の固体撮像装置２００は、光遮蔽膜２１０およびマイクロレンズアレイ２２０を有する点で、前述した固体撮像装置１００と異なる。それ以外の点は、固体撮像装置１００と同様である。
【０１１３】
図７は、図１に示したＡ−Ａ線に対応する箇所の断面を概略的に示している。このため、図７に示した構成要素のうちで図３に示した構成要素と共通するものについては、図３で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１１４】
また、固体撮像装置１００の構成要素と共通する構成要素については、以下の説明においても、固体撮像装置１００の説明の中で用いた参照符号と同じ参照符号を用いる。
【０１１５】
図７に示した光遮蔽膜２１０は、各転送電極２１、２２、読み出しゲート用電極線３０、掃き出しゲート用電極線４０、フローティングディフュージョン領域５０およびリセットトランジスタ６０を平面視上覆う。
【０１１６】
光遮蔽膜２１０は、光電変換素子１１それぞれの上に１つずつ、受光用開口２１１を有する。個々の受光用開口２１１の平面視上の形状は、矩形、五角形以上の多角形、円形、楕円形等、適宜選定される。受光用開口２１１それぞれの形状、大きさおよび向きは、実質的に同じである。
【０１１７】
光遮蔽膜２１０は、遮光性を有する材料で形成される。例えば、アルミニウム、クロム、タングステン、チタンまたはモリブデンからなる金属薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記の合金とを組み合わせた多層金属薄膜等によって、光遮蔽膜２１０が形成される。
【０１１８】
当該光遮蔽膜２１０は、例えば、第２ポリシリコン層からなる各転送電極２２それぞれに表面酸化膜（シリコン酸化物膜）２０１を形成した後に形成される。
【０１１９】
必要に応じて、図示を省略したシリコン窒化物膜がプラズマＣＶＤ法等によって光遮蔽膜２１０の表面上に形成される。このシリコン窒化物膜は、水分等によって光遮蔽膜２１０やその下方の各層がコンタミネーションするのを防止する。
【０１２０】
第１の平坦化膜２１５が、光遮蔽膜２１０の上方および各受光用開口２１１から露出している光電変換素子１１表面の上方に形成されている。第１の平坦化膜２１５は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１２１】
第１の平坦化膜２１５上に、マイクロレンズアレイ２２０が配設されている。マイクロレンズアレイ２２０は、光電変換素子群１０を構成する光電変換素子１１の数と同じ数のマイクロレンズ２２１によって構成される。個々のマイクロレンズの平面視上の形状は、矩形（菱形を含む。）、当該矩形の角部に丸みを付けた形状、全ての内角が鈍角となっている五角形以上の多角形、当該多角形の角部に丸みを付けた形状、円形、楕円形等、適宜選択可能である。
【０１２２】
マイクロレンズ２２１の各々は、それぞれ別個の受光用開口２１１を平面視上覆う。第１の平坦化膜２１５は、各マイクロレンズ２２１の焦点調節層としても利用される。
【０１２３】
マイクロレンズ２２１は、例えば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。
【０１２４】
固体撮像装置２００は、前述した第１の実施例の固体撮像装置１００に光遮蔽膜２１０およびマイクロレンズアレイ２２０を付設したものである。
【０１２５】
したがって、固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置２００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置２００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１２６】
さらに、固体撮像装置２００は光遮蔽膜２１０を備えているので、光電変換素子１１以外の領域で無用の光電変換が行われるのを防止することができる。マイクロレンズアレイ２２０を備えているので、固体撮像装置１００におけるよりも各光電変換素子１１での光電変換効率が高い。
【０１２７】
なお、色フィルタアレイを設ける場合には、第１の平坦化膜２１５の上に色フィルタアレイが形成される。このため、マイクロレンズアレイ２２０は、色フィルタアレイ上に更に第２の平坦化膜を設けた後、当該第２の平坦化膜の表面に形成される。
【０１２８】
色フィルタアレイは、カラー撮像を可能にする複数種の色フィルタを所定のパターンで形成したものである。このような色フィルタアレイとしては、３原色（赤、緑、青）系の色フィルタアレイ、および、いわゆる補色タイプの色フィルタアレイがある。
【０１２９】
補色タイプの色フィルタアレイは、例えば(i) 緑（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）および黄（Ｙｅ）の各色フィルタ、(ii)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、(iii) シアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、黄（Ｙｅ）および緑（Ｇ）の各色フィルタ、または、(iv)シアン（Ｃｙ）、黄（Ｙｅ）、緑（Ｇ）および白もしくは無色（Ｗ）の各色フィルタ、等によって構成することができる。
【０１３０】
色フィルタアレイは、例えば、フォトリソグラフィ法等の方法によって、所望色の顔料もしくは染料を分散させた樹脂（カラーレジン）の層を所定箇所に形成することによって作製することができる。
【０１３１】
第２の平坦化膜は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。
【０１３２】
次に、図８を参照して第３の実施例による固体撮像装置について説明する。
【０１３３】
図８は、第３の実施例による固体撮像装置３００を概略的に示す部分平面図である。図示の固体撮像装置３００は、特に、エリア・イメージセンサ用の固体撮像装置として好適である。
【０１３４】
図示した固体撮像装置３００は、前述した第１の実施例の固体撮像装置１００を構成する要素と機能上共通する構成要素を含んでいる。したがって、図８に示した構成要素のうちで図１に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１３５】
同図に示したように、固体撮像装置３００は、半導体基板１の一表面に一列に形成された所定個の光電変換素子（フォトダイオード）１１からなる光電変換素子群１０を複数群有している。図示されている光電変換素子群１０の数は、部分的に示されているものも含めて計３群である。個々の光電変換素子群１０は、一定の方向ＤV （図１中に矢印で示す。）に延在する。
【０１３６】
１つの光電変換素子群１０は、多数個の光電変換素子１１からなる。実際のエリア・イメージセンサでは、光電変換素子１１の総数が例えば数１０万〜数１００万に達する。固体撮像装置３００全体では、多数個の光電変換素子１１が正方行列状に配置されている。
【０１３７】
なお、図３においては、個々の光電変換素子１１にハッチングを付して、当該光電変換素子１１を判りやすくしている。
【０１３８】
光電変換素子群１０の１群につき１本の電荷転送チャネル３２０が、当該光電変換素子群１０の図中での左側に形成されている。個々の電荷転送チャネル３２０は、例えば、半導体基板１におけるｐ型ウェルの所定箇所にｎ型領域を帯状に形成することによって得られる。各電荷転送チャネル２０は、前記の方向ＤV に延在する。
【０１３９】
１つの光電変換素子行に対して１本の転送専用転送電極３２１と１本の読み出し兼用転送電極３２２とが、上流側から１本ずつ交互に形成されている。また、最も下流の光電変換素子行の下流側には、３本の補助転送電極３２３、３２４、３２５が形成されている。これらの転送電極３２１、３２２、３２３、３２４、３２５は、行方向（図中に矢印ＤH で示す。）に延在している。
【０１４０】
各転送専用転送電極３２１は、各電荷転送チャネル３２０との平面視上の交差部それぞれに、下流側に突出した矩形状の転送段形成部３２１ａを有している。各補助転送電極３２３、３２５についても同様である。補助転送電極３２３における転送段形成部を転送段形成部３２３ａといい、補助転送電極３２５における転送段形成部を転送段形成部３２５ａという。
【０１４１】
各読み出し兼用転送電極３２２は、各電荷転送チャネル３２０との平面視上の交差部それぞれに、上流側に突出した矩形状の転送段形成部３２２ａを有している。補助転送電極３２４についても同様である。補助転送電極３２４における転送段形成部を転送段形成部３２４ａという。
【０１４２】
図示した各転送専用転送電極３２１および補助転送電極３２３、３２５は、第２ポリシリコン層からなる。各読み出し兼用転送電極３２２および補助転送電極３２４は、第１ポリシリコン層からなる。第１ポリシリコン層からなる転送電極と第２ポリシリコン層からなる転送電極とは、第１ポリシリコン層からなる転送電極に形成された表面酸化膜（シリコン酸化物膜）によって、互いに電気的に絶縁されている。
【０１４３】
１本の電荷転送チャネル３２０上に配置されている各転送段形成部３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ、３２４ａ、３２５ａは、当該電荷転送チャネル３２０とともに１本の電荷転送路３２７を構成する。
【０１４４】
図示を省略した読み出しゲート領域が、光電変換素子１１の各々に１個ずつ隣接配置されている。個々の読み出しゲート領域は、読み出し兼用転送電極３２２における転送段形成部３２２ａによって平面視上覆われている。
【０１４５】
読み出し兼用転送電極３２２には、電荷転送用の駆動パルスが印加される他に、光電変換素子１１から電荷転送路３２７へ信号電荷を読み出すための読み出しパルスが印加される。各転送段形成部３２２ａにおいて読み出しゲート領域を平面視上覆っている部分が、読み出しゲート電極として機能する。この部分を、以下、読み出しゲート電極部３３１という。
【０１４６】
図８においては、個々の読み出しゲート電極部３３１にハッチングを付して、当該読み出しゲート電極部３３１を判りやすくしている。
【０１４７】
各電荷転送路３２７の下流端は、２相駆動型のＣＣＤからなる出力転送路３４０に接続されている。当該出力転送路３４０の構造は、転送電極の数が異なる以外は、図１に示した電荷転送路２５と実質的に同じである。したがって、出力転送路３４０の構成要素については、図１に示した電荷転送路２５の構成要素と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【０１４８】
図示の固体撮像装置３００においては、各転送段形成部３２２ａ下の絶縁膜、各読み出しゲート電極部３３１下の絶縁膜およびリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３下の絶縁膜が、それぞれシリコン酸化物膜からなる。
【０１４９】
各転送段形成部３２１ａ下の絶縁膜、各転送段形成部３２３ａ、３２４ａ、３２５ａ下の絶縁膜、および各転送電極２１、２２下の絶縁膜は、それぞれＯＮ膜からなる。
【０１５０】
したがって、固体撮像装置３００では、前述した固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置３００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置３００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１５１】
次に、上述した第３の実施例についての変形例を、図９を用いて説明する。
【０１５２】
図９は、第３の実施例の変形例による固体撮像装置４００の一部を拡大して概略的に示す平面図である。
【０１５３】
図示した固体撮像装置４００は、(i) 個々の光電変換素子が「画素ずらし配置」されている点、および、(2) 各転送電極が蛇行形状を有する点で、第３の実施例の固体撮像装置３００と異なる。他の点は、固体撮像装置３００と同様である。したがって、図９に示した構成要素のうちで図８に示した構成要素と機能上共通するものについては、図８で用いた参照符号と同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１５４】
ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子群１０を構成する各光電変換素子１１に対し、偶数番目に当たる光電変換素子群を構成する各光電変換素子１１の各々が、各光電変換素子群１０内での光電変換素子１１同士のピッチＰ1 （図９参照）の約１／２、前記の方向ＤV にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行を構成する各光電変換素子１１に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行を構成する各光電変換素子１１の各々が、各光電変換素子行内での光電変換素子１１同士のピッチＰ2 （図９参照）の約１／２、行方向にずれ、光電変換素子群１０の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子１１のみを含む光電変換素子群の配置を意味する。
【０１５５】
また、「光電変換素子同士のピッチＰ1の約１／２」とは、Ｐ1／２を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によってＰ1 ／２からはずれてはいるものの、得られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみて実質的にＰ1／２と同等とみなすことができる値をも含むものとする。本明細書でいう「光電変換素子同士のピッチＰ2 の約１／２」についても同様である。
【０１５６】
図９に示したように、相隣る転送専用転送電極３２１と読み出し兼用転送電極３２２とは、ある１つの光電変換素子群１０を横切るときには互いに重なり合う。また、前記の光電変換素子群１０の隣の光電変換素子群１０を横切るときには互いに離隔して、当該光電変換素子群１０を構成している光電変換素子１１の１つを平面視上取り囲む。
【０１５７】
相隣る転送専用転送電極３２１と読み出し兼用転送電極３２２とは、上記の離合を繰り返しながら、全体として前記の方向ＤH に延びている。
【０１５８】
図示の固体撮像装置４００においても、前述した固体撮像装置３００と同様に、各転送段形成部３２２ａ下の絶縁膜および各読み出しゲート電極部３３１下の絶縁膜が、それぞれシリコン酸化物膜からなる。各転送段形成部３２１ａ下の絶縁膜は、それぞれＯＮ膜からなる。
【０１５９】
また、図示されていないが、固体撮像装置４００は、前述した固体撮像装置３００と同様に、出力転送路３４０（図８参照）を備えている。
【０１６０】
当該出力転送路３４０を構成するリセットトランジスタ６０用のゲート電極６３下の絶縁膜は、シリコン酸化物膜からなる。当該出力転送路３４０を構成する各転送電極２１、２２下の絶縁膜は、ＯＮ膜からなる。
【０１６１】
したがって、固体撮像装置４００では、前述した固体撮像装置１００における理由と同じ理由から、電気的特性が経時的に変動するのを抑制しやすい。また、固体撮像装置４００を複数個製造したときに、個々の固体撮像装置４００同士の間での電気的特性のバラツキを小さくしやすい。
【０１６２】
以上、実施例を挙げて本発明の固体撮像装置を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１６３】
特に、各電極と半導体基板とを電気的に絶縁する絶縁膜の材料およびその配置仕様をそれぞれ除いた構成は、目的とする固体撮像装置の用途、性能等に応じて種々変更可能である。固体撮像装置の駆動方法についても同様である。
【０１６４】
各実施例でのＯＮ膜に代えて、ＯＮＯ膜を用いることもできる。当該ＯＮＯ膜は、例えば、半導体基板側から順番にシリコン酸化物層、シリコン窒化物層およびシリコン酸化物層を積層することによって得られる。
【０１６５】
下側（半導体基板側）のシリコン酸化物層の膜厚は、概ね１００〜５００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。シリコン窒化物層の膜厚は、概ね２００〜７００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。上側のシリコン酸化物層の膜厚は、概ね３０〜１００オングストロームの範囲内で適宜選択可能である。ＯＮＯ膜の膜厚は、概ね３００〜１０００オングストロームの範囲内である。
【０１６６】
ＯＮＯ膜は、例えば、ＯＮ膜と同様にしてシリコン酸化物層およびシリコン窒化物層を形成した後、シリコン窒化物膜上に熱酸化法等によってシリコン酸化物層を形成することにより、得られる。上側のシリコン酸化物層は、例えば、９００〜１１００℃のドライ酸化雰囲気中で形成することができる。
【０１６７】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
【０１６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、電気的特性の変動を抑制しやすい固体撮像装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による固体撮像装置を概略的に示す平面図である。
【図２】第１の実施例による固体撮像装置を構成する半導体基板における光電変換素子群、電荷転送チャネル、読み出しゲート領域等の平面配置を概略的に示す平面図である。
【図３】図１に示したＡ−Ａ線に沿った断面の概略図である。
【図４】図１に示したＢ−Ｂ線に沿った断面の概略図である。
【図５】第１の実施例による固体撮像装置の製造工程の一例を説明するための概念図である。
【図６】第１の実施例の変形例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図７】第２の実施例による固体撮像装置を概略的に示す断面図である。
【図８】第３の実施例による固体撮像装置を概略的に示す部分平面図である。
【図９】第４の実施例による固体撮像装置を概略的に示す部分平面図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、 １０…光電変換素子群、 １１…光電変換素子、 ２０…電荷転送チャネル、 ２１、２２…転送電極、 ２５、３２７…電荷転送路、 ３１…読み出しゲート電極、 ３２…読み出しゲート領域、 ４０ａ…掃き出しゲート電極、 ４１…掃き出しドレイン領域、 ４２…掃き出しゲート領域、 ６０…リセットトランジスタ、 ６１…リセットトランジスタ用ゲート領域、 ６２…リセットトランジスタ用ドレイン領域、 ６３…リセットトランジスタのゲート電極、 ７０…ＯＮ膜からなる絶縁膜、 ７１…シリコン酸化物膜からなる絶縁膜、 １００、１１０、２００、３００、４００…固体撮像装置、 ２１０…光遮蔽膜、 ２１１…受光用開口、 ２２１…マイクロレンズ、 ３２１…転送専用転送電極、 ３２２…読み出し兼用転送電極、 ３２１ａ、３２２ａ…転送段形成部、 ３２３、３２４、３２５…転送補助電極、 ３３１…読み出しゲート電極部、 ３４０…出力転送路
Claims (6)
- １または複数のフィールド酸化膜もしくはチャネルストップによって１または複数の素子領域が画定された半導体基板であって、一表面に、(a) 一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群と、(b) 前記光電変換素子群に近接して形成された電荷転送チャネルと、(c) 前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域とを有する半導体基板を準備する準備工程と、
前記半導体基板の前記一表面上にＯＮ膜またはＯＮＯ膜を形成する積層膜形成工程と、
少なくとも前記ＯＮ膜における窒化物層または前記ＯＮＯ膜における窒化物層および該窒化物層上の酸化物層を局所的に除去して、前記複数個の読み出しゲート領域の上方に第１凹部を設ける凹部形成工程と、
前記第１凹部の底面上に酸化物膜を形成するか、または、前記第１凹部底面の酸化物層を成長させることによって、酸化物絶縁膜を形成する酸化物絶縁膜形成工程と、
前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数個の転送電極を、前記ＯＮ膜上または前記ＯＮＯ膜上に形成し、前記複数個の読み出しゲート領域それぞれに１個ずつ対応する複数個の読み出しゲート電極を、前記酸化物絶縁膜上に形成する電極形成工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。 - 前記準備工程で準備する半導体基板が、さらに、(e) 前記光電変換素子群に近接して形成された掃き出し用ドレイン領域と、(f) 前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ該光電変換素子に隣接して形成された複数個の掃き出しゲート領域とを有し、
前記凹部形成工程において、さらに、前記複数個の掃き出しゲート領域の上方に第２凹部を設け、
前記酸化物絶縁膜形成工程において、さらに、前記第２凹部の底面上にも酸化物膜を形成するか、または、前記第２凹部底面の酸化物層をも成長させ、
前記電極形成工程において、さらに、前記複数個の掃き出しゲート領域それぞれの上方に１個ずつ掃き出しゲート電極を形成する請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記準備工程で準備する半導体基板が、さらに、(h) 前記電荷転送チャネルの下流部にリセットトランジスタ用ゲート領域およびリセットトランジスタ用ドレイン領域を有し、
前記凹部形成工程において、さらに、前記リセットトランジスタ用ゲート領域の上方に第３凹部を設け、
前記酸化物絶縁膜形成工程において、さらに、前記第３凹部の底面上にも酸化物膜を形成するか、または、前記第３凹部底面の酸化物層をも成長させ、
前記電極形成工程において、さらに、前記リセットトランジスタ用ゲート領域の上方に１個のゲート電極を形成する請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記酸化物絶縁膜形成工程において形成する酸化物絶縁膜膜がシリコン酸化物膜である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の一表面に一列に形成された複数個の光電変換素子からなる光電変換素子群の単数または複数群と、
前記光電変換素子群に近接して前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、
前記複数個の光電変換素子の各々に１個ずつ形成され、各々が、対応する光電変換素子に隣接するとともに前記電荷転送チャネルとの隣接する複数個の読み出しゲート領域と、
前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の読み出し兼用転送電極であって、各々が、前記読み出しゲート領域を平面視上覆って該読み出しゲート領域と共に１つの読み出しゲートを構成する読み出しゲート電極部と、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に前記読み出しゲートに隣接する１つの電荷転送段を構成する転送段形成部とを有する複数本の読み出し兼用転送電極と、
前記電荷転送チャネルを平面視上横断する複数本の転送専用転送電極であって、前記複数本の読み出し兼用転送電極の間に形成され、各々が、前記電荷転送チャネルの一部を平面視上覆って該電荷転送チャネルと共に電荷転送段を構成する転送段形成部を有する複数本の転送専用転送電極と、
前記読み出しゲート電極部と前記半導体基板との間、および前記読み出し兼用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間それぞれに介在する酸化物絶縁膜と、
前記転送専用転送電極における転送段形成部と前記半導体基板との間に介在するＯＮ膜またはＯＮＯ膜と
を備えた固体撮像装置。 - さらに、前記電荷転送チャネルの下流に接続された出力転送路と、前記出力転送路の下流端を含んで構成されるリセットトランジスタを備え、該リセットトランジスタが、酸化物絶縁膜を介して前記半導体基板の一表面上に形成されたゲート電極を有する請求項５に記載の固体撮像装置。
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