JP4929424B2 - 信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界面を具備するシリコン基体と、前記基体に形成されている並列チャネル領域と、前記界面と隣接している前記並列チャネル領域の領域を相互に分離しているチャネルストップ領域とを有する電荷結合画像センサであって、前記界面に、シリコン窒化物層（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）で覆われているシリコン酸化物層（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）から構成されるゲート絶縁体が設けられ、前記シリコン窒化物上に、前記チャネル領域と前記チャネルストップ領域とに交差して延在するように多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）のゲート電極が形成され、少なくともいくつかの前記ゲート電極にシリコン窒化物トップ層が設けられ、少なくともいくつかの前記ゲート電極は、前記ゲート電極が前記チャネルストップ領域と交差する位置における拡散窓に延在し、前記拡散窓が前記ゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成され、シリコン酸化物の絶縁層が全てのゲート電極上に設けられ、前記絶縁層の上に、前記絶縁層に形成されるコンタクト窓であって前記ゲート電極が前記コンタクト窓の内側で露出されているコンタクト窓のパターンに延在する、前記チャネルストップ領域上に位置される多結晶シリコンの並列の電極が形成される電荷結合画像センサに関する。
【０００２】
テレビ画像又はディジタル写真を記録するために使用され得るこのような画像センサは実際数百万画素を有している。各画素は、いくつかの、通常四つの並列ゲート電極下に延在する一部のチャネル領域によって形成される。前記ゲート電極は四つの並列の電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４を一つのグループとして構成される。これらのグループのうちの前記ゲート電極Ｇ１は相互に接続され、同様にゲート電極Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４も相互に接続される。画像記録中、ゲート電極に電圧が印加されると電荷は画素中に保存される。適切なクロックパルスをゲート電極に継続的に入力することによって、このように集められた電荷パケットはチャネル領域を通って、シリコン基体上に集積されている読み出しレジスタに転送される。厚さが薄く幅の狭い多結晶ゲート電極の長さは比較的長い。その結果、電気抵抗は比較的高くなる。このため、ゲート電極に対して交差して延在する多結晶シリコンの並列の電極が適用される。前記並列の電極はパターンに応じてゲート電極にコンタクトする。前記並列の電極は四つの並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４を一つのグループとしても構成される。並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４はそれからゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４にそれぞれ接続される。並列の電極の抵抗を下げるために、チタニウム層（ｔｉｔａｎｉｕｍ）、チタニウム窒化物層（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）、及びタングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）層から構成されるトップ層が前記並列の電極に設けられてもよい。
【０００３】
【従来の技術】
Ｈ．Ｌ．ピークらは、１９９９年発行のＩＥＤＭテクノロジダイジェストの８７１頁に記載の文献“ＣＣＤ画像用低電流二層膜多結晶シリコンＦＴ技術（Ａ Ｌｏｗ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＦＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＣＣＤ Ｉｍａｇｅｒｓ）”の中で、特に図５及び関連した記載において、多結晶シリコンの二つの層にゲート電極が形成される、冒頭の段落内に記載の型式の画像センサを開示している。ゲート電極の第一の系を形成するいくつかのゲート電極は多結晶シリコンの第一の層において形成される。シリコン窒化物トップ層がこの第一の系に設けられる。その後、多結晶シリコンの第二の層おいてこれらのゲート電極の間にゲート電極の第二の系が形成される。この系にシリコン窒化物トップ層は設けられない。第一の系のゲート電極は、該ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置におけるゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成される拡散窓へ延在する。シリコン窒化物の連続した層は第二の系のゲート電極下に位置される。前記拡散窓は水素中の熱処理によってシリコン基体とゲート絶縁体との間の界面状態の不活性化を可能にするために設けられる。このような熱処理において、水素は容易に多結晶シリコン及びシリコン酸化物を通って拡散するが、シリコン窒化物は水素を通さない。しかし、水素はゲート絶縁体のシリコン酸化体層を通過することができ、それ故に水素を通さないシリコン窒化物層において設けられる拡散窓を通って前記界面状態に達する。
【０００４】
上述の事項は、前記界面状態のこのような不活性化が常に所望の結果をもたらすとは限らないことを示している。これは、拡散窓が下に形成される第一の系のゲート電極に水素は常に達することができるとは限らないという事実に起因するということが分かった。多結晶シリコンにおいて水素の拡散は結晶粒界に沿って発生する。比較的低濃度で浅くドーピングされたゲート電極において、ゲート絶縁体のシリコン酸化物層における拡散窓を通る水素の拡散を可能とするには十分な結晶粒界が存在する。比較的高濃度で深くドーピングされた並列の電極の形成の間に、コンタクト窓に大きなシリコン結晶が形成され得る。ゲート電極の第一の系のシリコン窒化物トップ層を通してエッチングされたコンタクト窓において、前記大きなシリコン結晶はシリコン窒化物トップ層における開口部を閉じることが可能である。その結果、シリコン窒化物トップ層における開口部の内側に粒界が存在しないので、水素の輸送が阻止される。センサの動作の間、ダイヤモンド形状の画像誤りが発生する。前記画像誤りを防止するために、シリコン酸化物層を堆積させる前にゲート電極の第一の系からシリコン窒化物トップ層を除去することが提案されている。
【０００５】
この手段の欠点は、このセンサの感光度はシリコン窒化物トップ層が除去されなかったセンサの感光度よりも小さいことにある。シリコン酸化物層の下のシリコン窒化物層は光の反射を防止し得る。これにより、感光度は最大２０％まで増加することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、なかんずく前記欠点が排除されたセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これを達成するために、冒頭の段落で言及された画像センサは、いくつかのゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層に窓が形成される本発明に従って特徴付けられ、前記窓はゲート絶縁体のシリコン窒化物層における拡散窓に揃って並んでおり、いくつかの前記窓は多結晶シリコンの並列の電極が延在するコンタクト窓の部分を形成し、一方他の窓は絶縁層のシリコン酸化物で満たされる。
【０００８】
多結晶シリコンの並列の電極が延在するコンタクト窓の部分を形成する窓はシリコン結晶によって水素の輸送に対して閉じた状態となり得る。他の窓は絶縁層のシリコン酸化物で満たされ、水素に対して“開口”した状態を保つであろう。水素はこれらの“開口”窓におけるシリコン酸化物を通ってゲート電極に達することが可能であり、続いて直下にある拡散窓を通ってゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することが可能である。“開口”窓はチャネルストップ領域上、従って実際の画素の間に構成される。驚くべきことに、シリコン窒化物トップ層において画素の間に比較的小さな“開口”窓を設けることにより、画像センサの感光度に悪影響を及ぼすことなく前記ダイヤモンド形状の画像誤りが防止されることが可能であることが分かった。
【０００９】
前記拡散窓に延在するゲート電極とは別に、シリコン窒化物トップ層も設けられるゲート絶縁体上に他のゲート電極が存在する場合、ずっと良好な感光度が得られる。
【００１０】
技術的見地からすると、ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置における他のゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層においても窓が形成される場合、有利となる。シリコン酸化物の前記絶縁層が堆積される前にこれらの窓は形成される。この手段により、全てのゲート電極に対する全てのコンタクトホールは一つのプロセス段階において形成されることが可能となる。コンタクトホールはシリコン酸化物におけるエッチングによって全て形成されるので、あるコンタクトホールを形成するための、シリコン酸化物及びシリコン窒化物におけるエッチングと、他のコンタクトホールを形成するためだけの、シリコン酸化物におけるエッチングとはもはや必要とされなくなる。
【００１１】
簡単な高感光度画像センサにおいて、並置された、均等な厚さの多結晶シリコンのストリップによってゲート電極は形成される。該ストリップには、シリコン窒化物トップ層が上側に設けられ、多結晶シリコンの熱酸化によって形成されるシリコン酸化物層が側面に設けられる。多結晶シリコンの一つの非常に薄い堆積層においてゲート電極は形成されることが可能であり、その結果として、画像記録中の光損失が最小限にまで低減される。更に、全てのゲート電極にシリコン窒化物トップ層が設けられるので光反射が抑制される。このような画像センサは、ゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層において上記の窓がない場合、十分に動作しないことが分かった。このことは、画像記録中に上述のダイヤモンド形状の画像誤りが発生するという事実に帰され得る。水素を使用する上述の界面状態の不活性化は起こり得ない。水素はゲート電極のシリコン酸化物端部を通り抜けることができ、これらの電極及び拡散窓を介してゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することができることが予想されるであろう。しかし、実際はそうならない。多結晶シリコンを水蒸気中で加熱することによって非常に薄いゲート電極の側面にシリコン酸化物を形成する従来手法において、非常に高いシリコン窒化物の含有量を持つ層がシリコン酸化物の下に形成されるためである。これは通例“ホワイトリボン効果（ｗｈｉｔｅ ｒｉｂｂｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）”と呼ばれている。このように形成された層は水素の輸送を抑制する。ゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層における窓によって不活性化は可能となる。
【００１２】
ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置において、全てのゲート電極が、ゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成される拡散窓に延在する場合、及び特にゲート絶縁体のシリコン窒化物層における拡散窓に揃って並んでいる窓が全てのゲート電極上のシリコン窒化物トップ層においても形成される場合、水素を使用する最適な不活性化が達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【００１４】
図１は電荷結合画像センサの平面図であり、図２から４は図１において線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる電荷結合画像センサの断面図である。該電荷結合画像センサは界面２を具備するシリコン基体１、この基体に形成される並列チャネル領域１２、及び前記界面に隣接している並列チャネル領域１２のチャネル領域を相互に分離するチャネルストップ領域１６を有している。シリコン窒化物層４で覆われているシリコン酸化物層３から構成されているゲート絶縁体３及び４が前記界面２に設けられている。チャネル領域１２とチャネルストップ領域１６とに交差して延在する多結晶シリコンのゲート電極１８及び２１がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。少なくともいくつかのゲート電極１８及び２１、この場合ゲート電極１８にシリコン窒化物トップ層２０が設けられ、該ゲート電極１８はゲート電極がチャネルストップ領域１６と交差する位置において、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４において形成される拡散窓１７に延在する。シリコン酸化物層１９はトップ層２０とゲート電極１８との間にも延在する。この例において、ゲート電極２１はシリコン窒化物トップ層２０の上に位置され、これらのゲート電極２１はシリコン酸化物層２２でも覆われている。
【００１５】
ゲート電極１８及び２１が内側に露出されている、絶縁層に形成されるコンタクト窓２５及び２６のパターンに延在する、チャネルストップ領域５の上に位置される多結晶シリコン並列の電極２７が形成されるシリコン酸化物２４の絶縁層が全てのゲート電極１８及び２１に設けられる。
【００１６】
テレビ画像又はディジタル写真を記録するために使用され得るこの画像センサは数百万画素を有している。四つの並列ゲート電極１８及び２１の下に位置されるチャネル領域１２の一部分によって各画素は形成される。図１に示されているゲート電極はそれから四つの並列の電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４を一つのグループとして構成される。平面図の外側で、これらのグループのうちのゲート電極Ｇ１は相互に接続され、同様にゲート電極Ｇ２、Ｇ３，及びＧ４も相互に接続される。画像記録中、電圧がゲート電極に印加されると電荷が画素中に保存される。ゲート電極にクロックパルスを連続的に入力することによって、このように集められた電荷パケットはチャネル領域を通ってシリコン基体上に集積されている読み出しレジスタに輸送される。
【００１７】
薄くて幅の狭い多結晶ゲート電極１８及び２１は数ｍｍの比較的長い長さを持っている。その結果として、該電極は比較的高い電気抵抗を示す。このため、ゲート電極１８と２１とに交差して延在する多結晶シリコンの並列の電極２７が適用されている。並列の電極２７はパターンに応じてゲート電極にコンタクトしている。図１に示されているように、前記並列の電極は四つの並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４を一つのグループとしても構成される。並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４はゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４にそれぞれ接続される。並列の電極の抵抗を下げるために、チタニウム層、チタニウム窒化物層、及びタングステン層から構成される、示されていないトップ層が該並列の電極に従来手法で追加として設けられてもよい。
【００１８】
図５から１４は上記の画像センサの第一の例の製造におけるいくつかの段階の断面図である。界面２を有する、ｎ型ドーピングされたシリコン基体１から始められている。図５に示されているように、まずゲート絶縁体３及び４がシリコン基体１の界面２の上に形成される。第一の段階において、シリコン界面２の熱酸化によって約６０ｎｍ厚のシリコン酸化物層３が従来手法で形成される。その後、従来のＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（減圧化学的蒸着法））プロセスによって、約７５ｎｍ厚のシリコン窒化物層４がその上に堆積される。
【００１９】
図５から９に示されている次のプロセス段階は図１における線分Ｃ−Ｃ上で見られる断面図に関する。
【００２０】
ゲート絶縁体３及び４が形成された後、界面２に隣接するようにｐ型ドーピングされた区域（通例ｐ型ウェル（ｐ−ｗｅｌｌｓ）と称される）が形成される。実際には、以下記載される実際のセンサのためのｐ型ウェルとは別に、読み出しレジスタ及び信号増幅器のような、センサ内に集積されるべき電子回路のためのｐ型ウェルもシリコン基体１の上に形成される。実際のセンサのためのｐ型ウェルを形成するために、図５に示されているように、平面図と交差して延在するフォトレジスト６のストリップを含むフォトレジストマスク５が界面２の上に形成される。その後、破線７によって示されているボロンイオンが注入される。フォトレジストマスク５の除去後、熱処理が施され、図６に示されているｐ型ウェル８の形成がもたらされる。形成されるべきチャネル領域１２の位置において、形成されるべきチャネルストップ領域１６の位置における厚さより薄い厚さを持つｐ型ウェルが形成される態様で、注入されたイオンはシリコン基体内に拡散する。
【００２１】
図７に示されているように、ｐ型ウェル８の形成後、平面図と交差して延在するフォトレジスト１０のストリップを持つフォトレジストマスク９がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。このフォトレジストマスク９は、ｐ型ウェル８内に形成されるべきｎ型チャネルを規定するために使用される。フォトレジストマスク９の形成後、破線１１によって示されている燐イオンがシリコン基体１内に注入される。フォトレジストマスク９の除去後、熱処理が施され、図８に示されている約２μｍ幅のｎ型チャネル領域１２が形成される。これらのチャネルの下の中央部に、より薄い厚さのｐ型ウェル８を見ることができる。
【００２２】
ｎ型チャネル１２の形成後、図８に示されるように、平面図と交差して延在するフォトレジスト１４のストリップを有する次のフォトレジストマスク１３がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。フォトレジストマスク１４は、ｐ型ウェル８において、ｎ型チャネル１２を相互に分離するチャネルストップ領域を規定するために使用される。フォトレジストマスク１３の形成後、破線１５によって示されているボロンイオンがシリコン基体１内に注入される。該フォトレジストマスクの除去後、熱処理が施され、図９に示されている約１μｍ幅のｐ型チャネルストップ領域１６の形成がもたらされる。
【００２３】
図１０から１４に示されている、後続するプロセス段階に対して、図１において線分Ａ−Ａ上で見られる断面図が参照される。
【００２４】
半導体領域８、１２、及び１６の形成後、約０．５μｍの長さと幅とを持つ開口部１７（以下拡散窓と称される）がゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４においてエッチングされる。これらの拡散窓１７により、水素はゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン酸化物層３に拡散することが可能となる。これらの開口部は、形成されるべきゲート電極１８とチャネルストップ領域１６とが交差している箇所に位置される。その後、燐イオン注入によって原子約５×１０１９個／ｃｃの濃度のｎ型ドーピングが施されている約１４０ｎｍ厚の多結晶シリコン層が堆積される。チャネルストップ領域１６と交差して延在するストリップ１８はこの層において従来手法でエッチングされる。熱酸化によってシリコン酸化物層１９が前記ストリップに設けられる。絶縁層１９が設けられている約０．８μｍ幅のゲート電極１８の第一の系はこのように形成される。ゲート電極１８は、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４において形成される拡散窓１７に延在する。ゲート電極１８は約６０ｎｍの厚さを持ち、絶縁層１９は約１５０ｎｍの厚さを持つ。
【００２５】
その後、全体が約３０ｎｍ厚のシリコン窒化物トップ層２０で覆われる。ここでも燐イオン注入によって原子約５×１０１９個／ｃｃの濃度を持つｎ型ドーピングが施される約１４０ｎｍ厚の第二の多結晶シリコン層はその上に堆積される。この層において、約５０ｎｍ厚のシリコン酸化物層２２が設けられている、約０．８μｍ幅かつ約６０ｎｍ厚のゲート電極２１の第二の系はゲート電極１８の間に形成される。これらの電極２１はシリコン窒化物トップ層２０の上に位置される。
【００２６】
図１３に示されているように、約０．５μｍの長さと幅とを持つ窓２３がシリコン窒化物トップ層２０に形成される。これらの窓はチャネルストップ領域１６とゲート電極１８とが交差している箇所に位置される。
【００２７】
その後、約５００ｎｍ厚のシリコン酸化物層２４が、このように形成されるゲート電極１８及び２１の上に堆積され、コンタクト窓２５が前記シリコン酸化物層に従来手法で形成され、いくつかの前記ゲート電極１８の上のいくつかの前記コンタクト窓２５がトップ層２０に形成される窓２３に揃って配置される。この場合、これは一つおきにゲート電極１８に適用される。続いて、約５００ｎｍ厚の多結晶シリコン層がシリコン酸化物層２４の上に堆積され、堆積プロセスの間にコンタクト窓２５において前記多結晶シリコン層が燐原子約１０２１個／ｃｃで高濃度にｎ型ドーピングされる。図２、３、及び４に示されているように、この層において多結晶シリコンの約０．８μｍ幅の並列の電極２７の系が従来手法で形成される。これらの並列の電極２６はチャネルストップ領域１６の上に延在し、パターンに応じて、ゲート電極１８及び２１と、コンタクト窓２５におけるゲート電極１８と、コンタクト窓２６におけるゲート電極２１とにコンタクトする。
【００２８】
ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４における拡散窓１７に揃って配置され、いくつかのゲート電極１８の上に存在するシリコン窒化物トップ層２０において形成されるいくつかの窓２３は、多結晶シリコン並列の電極２７が延在するコンタクト窓２５の部分を形成する。一方、他のコンタクト窓２５は絶縁層２４のシリコン酸化物で満たされる。並列の電極２７の多結晶シリコン層のシリコン結晶によってコンタクト窓２５の部分を形成する窓２３は水素の輸送に対して閉じた状態となっていてもよい。シリコン酸化物絶縁層のうちのシリコン酸化物で満たされる他の窓は水素に対して“開口” した状態を保つであろう。水素はこれらの“開口”窓におけるシリコン酸化物を通ってゲート電極１８に達することが可能であり、ゲート電極の下に存在する拡散窓１７を通ってゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン酸化物層３に達することが可能である。“開口”窓はチャネルストップ領域１６の上、従って実際の画素の間に設けられる。それによって、チャネル領域１２のシリコンとゲート絶縁体３及び４との間の境界に近接する界面状態は水素中の熱処理によって不活性化されることが可能である。さもないとセンサを使用することによってダイヤモンド形状の画像誤りがもたらされるかもしれない。シリコン窒化物トップ層２０において実際の画素の間に比較的小さな“開口”窓を設けることによって、画像センサの感光度に悪影響を及ぼすことなくダイヤモンド形状の画像誤りは防止されることが可能である。
【００２９】
多結晶シリコンにおける水素の拡散は結晶粒界に沿って発生する。比較的低濃度で浅くドーピングされたゲート電極１８において、窓１７を通ってゲート絶縁体のシリコン酸化物層３に達する水素の拡散を可能にするには十分な結晶粒界が存在する。比較的高濃度で深くドーピングされた並列の電極２７の形成の間に、コンタクト窓２５に大きなシリコン結晶が形成され得る。ゲート電極の第一の系のシリコン窒化物トップ層を通してエッチングされたコンタクト窓２５において、前記シリコン結晶はシリコン窒化物トップ層における開口部２３を閉じることが可能である。
【００３０】
図１５及び１６は、シリコン窒化物層２８が全てのゲート電極１８及び２１に設けられている画像センサの第二の実施例を示している。これにより感光度の更なる向上がもたらされる。前記拡散窓１７に延在するゲート電極１８とは別に、シリコン窒化物トップ層２８がゲート電極２１にも設けられる。
【００３１】
このセンサを製造する場合において、図１２に示されているような状態から始められる。エッチングによって、まずゲート電極１８の上のシリコン酸化物層１９からシリコン窒化物トップ層２０が除去される。その後、ゲート電極１８からシリコン酸化物層１９が除去され、ゲート電極２１からシリコン酸化物層２２が除去される。図１５に示されているように、このように露出されたゲート電極１８及び２１の上にシリコン窒化物層２８が堆積される。この層において、窓２３がゲート電極１８の上に形成される。その後、このように形成された構造上に絶縁層２４及び並列の電極２７が形成され得る。しかし、技術的見地からすると、シリコン窒化物トップ層２８において、窓２８とは別に、窓２９はこれらのゲート電極がチャネルストップ領域１６と交差する位置における他のゲート電極２１の上においても形成される場合、より簡単となる。シリコン酸化物絶縁層２４が堆積される前に窓２８及び２９は形成される。この手段により、全てのゲート電極１８及び２１に対する全てのコンタクトホール２５及び２６は一つのプロセス段階において形成されることが可能となる。コンタクトホール２５及び２６はシリコン酸化物におけるエッチングによって全て形成されることが可能なので、いくつかのコンタクトホールを形成するための、シリコン酸化物及びシリコン窒化物におけるエッチングと、更なる他のコンタクトホールを形成するための、シリコン窒化物におけるエッチングとはもはや必要でなくなる。
【００３２】
図１７から２１は簡単で非常に感光度の高い画像センサの製造プロセスにおけるいくつかの段階を断面図に示しており、図１０に示されている状態が開始時点とみなされている。約５０ｎｍ厚の多結晶シリコン層３０がこの構造上に堆積され、この層はその後約４０ｎｍ厚のシリコン窒化物層３１で覆われる。その後、ゲート電極３２が層３０と３１との両方において従来手法で形成される。このセンサのゲート電極３２は、並置された、均等な厚さの多結晶シリコン３３のストリップによってこのように形成される。該ストリップには、シリコン窒化物トップ層３４が上側に設けられる。多結晶シリコンの熱酸化によって形成されるシリコン酸化物層３５が従来手法すなわち水蒸気中の加熱によってゲート電極３２の側面に設けられる。多結晶シリコンの非常に薄い堆積層（この場合５０ｎｍ）においてゲート電極は形成されることが可能であり、そのために画像記録中の光損失が最小限にまで低減される。更に、全てのゲート電極３２にシリコン窒化物トップ層３４が設けられ、それによって光反射が抑制される。
【００３３】
上記のセンサにおける場合、ゲート電極３２とチャネルストップ領域１６とが交差している位置におけるトップ層３４において窓３６は形成される。その後、約５００ｎｍ厚のシリコン酸化物層２４が堆積され、コンタクト窓２６がエッチングされ、並列の電極２７が形成される。ゲート電極３２の上のシリコン窒化物トップ層３４における窓３６がない場合、センサは適切に機能せず、その結果として画像記録中に上述のダイヤモンド形状の画像誤りが発生するかもしれない。水素を使用する上述の界面状態の不活性化は不可能となる。水素はゲート電極３２のシリコン酸化物３５の端部を通り抜けることができ、これらの電極及び拡散窓１７を介してゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することができることが予想されるであろう。しかし、こうならないことが分かった。水蒸気中の熱処理によって非常に薄いゲート電極の側面にシリコン酸化物を形成する従来手法において、ゲート電極３３の多結晶シリコンと、シリコン窒化物層３４の下かつシリコン窒化物層４の上のシリコン酸化物３５との間にシリコン窒化物のいわゆる“ホワイトリボン”が形成される。ゲート電極３３の多結晶シリコン層は非常に薄いため、ゲート電極の側面は水素に対して閉じた状態となる。ゲート電極３２の上に存在するシリコン窒化物トップ層３４における窓１７を形成することによって不活性化は可能となる。
【００３４】
図２２は図２１に示されているセンサの変形例の断面図である。このセンサにおいて、窓１７はゲート電極３３とチャネルストップ領域１６とが交差している全ての箇所におけるゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４においてエッチングされ、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４における拡散窓１７に揃って並んでいる窓３６が全てのゲート電極３３の上のシリコン窒化物トップ層３４において形成される。この態様において、最適な水素による不活性化が達成されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による画像センサの第一の例の一部分の平面図を示す。
【図２】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかのうちの１つの断面図を示す。
【図３】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかのうちの他の断面図を示す。
【図４】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかの他の断面図を示す。
【図５】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの一つの断面図を示す。
【図６】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図７】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図８】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図９】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１０】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１１】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１２】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１３】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１４】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１５】 本発明による画像センサの第二の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの一つの断面図を示す。
【図１６】 本発明による画像センサの第二の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１７】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの１つの断面図を示す。
【図１８】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１９】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２０】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２１】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２２】 本発明による画像センサの第四の実施例の断面図を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、界面を具備するシリコン基体と、前記基体に形成されている並列チャネル領域と、前記界面と隣接している前記並列チャネル領域の領域を相互に分離しているチャネルストップ領域とを有する電荷結合画像センサであって、前記界面に、シリコン窒化物層（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）で覆われているシリコン酸化物層（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）から構成されるゲート絶縁体が設けられ、前記シリコン窒化物上に、前記チャネル領域と前記チャネルストップ領域とに交差して延在するように多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）のゲート電極が形成され、少なくともいくつかの前記ゲート電極にシリコン窒化物トップ層が設けられ、少なくともいくつかの前記ゲート電極は、前記ゲート電極が前記チャネルストップ領域と交差する位置における拡散窓に延在し、前記拡散窓が前記ゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成され、シリコン酸化物の絶縁層が全てのゲート電極上に設けられ、前記絶縁層の上に、前記絶縁層に形成されるコンタクト窓であって前記ゲート電極が前記コンタクト窓の内側で露出されているコンタクト窓のパターンに延在する、前記チャネルストップ領域上に位置される多結晶シリコンの並列の電極が形成される電荷結合画像センサに関する。
【０００２】
テレビ画像又はディジタル写真を記録するために使用され得るこのような画像センサは実際数百万画素を有している。各画素は、いくつかの、通常四つの並列ゲート電極下に延在する一部のチャネル領域によって形成される。前記ゲート電極は四つの並列の電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４を一つのグループとして構成される。これらのグループのうちの前記ゲート電極Ｇ１は相互に接続され、同様にゲート電極Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４も相互に接続される。画像記録中、ゲート電極に電圧が印加されると電荷は画素中に保存される。適切なクロックパルスをゲート電極に継続的に入力することによって、このように集められた電荷パケットはチャネル領域を通って、シリコン基体上に集積されている読み出しレジスタに転送される。厚さが薄く幅の狭い多結晶ゲート電極の長さは比較的長い。その結果、電気抵抗は比較的高くなる。このため、ゲート電極に対して交差して延在する多結晶シリコンの並列の電極が適用される。前記並列の電極はパターンに応じてゲート電極にコンタクトする。前記並列の電極は四つの並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４を一つのグループとしても構成される。並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４はそれからゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４にそれぞれ接続される。並列の電極の抵抗を下げるために、チタニウム層（ｔｉｔａｎｉｕｍ）、チタニウム窒化物層（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）、及びタングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ）層から構成されるトップ層が前記並列の電極に設けられてもよい。
【０００３】
【従来の技術】
Ｈ．Ｌ．ピークらは、１９９９年発行のＩＥＤＭテクノロジダイジェストの８７１頁に記載の文献“ＣＣＤ画像用低電流二層膜多結晶シリコンＦＴ技術（Ａ Ｌｏｗ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ ＦＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＣＣＤ Ｉｍａｇｅｒｓ）”の中で、特に図５及び関連した記載において、多結晶シリコンの二つの層にゲート電極が形成される、冒頭の段落内に記載の型式の画像センサを開示している。ゲート電極の第一の系を形成するいくつかのゲート電極は多結晶シリコンの第一の層において形成される。シリコン窒化物トップ層がこの第一の系に設けられる。その後、多結晶シリコンの第二の層おいてこれらのゲート電極の間にゲート電極の第二の系が形成される。この系にシリコン窒化物トップ層は設けられない。第一の系のゲート電極は、該ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置におけるゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成される拡散窓へ延在する。シリコン窒化物の連続した層は第二の系のゲート電極下に位置される。前記拡散窓は水素中の熱処理によってシリコン基体とゲート絶縁体との間の界面状態の不活性化を可能にするために設けられる。このような熱処理において、水素は容易に多結晶シリコン及びシリコン酸化物を通って拡散するが、シリコン窒化物は水素を通さない。しかし、水素はゲート絶縁体のシリコン酸化体層を通過することができ、それ故に水素を通さないシリコン窒化物層において設けられる拡散窓を通って前記界面状態に達する。
【０００４】
上述の事項は、前記界面状態のこのような不活性化が常に所望の結果をもたらすとは限らないことを示している。これは、拡散窓が下に形成される第一の系のゲート電極に水素は常に達することができるとは限らないという事実に起因するということが分かった。多結晶シリコンにおいて水素の拡散は結晶粒界に沿って発生する。比較的低濃度で浅くドーピングされたゲート電極において、ゲート絶縁体のシリコン酸化物層における拡散窓を通る水素の拡散を可能とするには十分な結晶粒界が存在する。比較的高濃度で深くドーピングされた並列の電極の形成の間に、コンタクト窓に大きなシリコン結晶が形成され得る。ゲート電極の第一の系のシリコン窒化物トップ層を通してエッチングされたコンタクト窓において、前記大きなシリコン結晶はシリコン窒化物トップ層における開口部を閉じることが可能である。その結果、シリコン窒化物トップ層における開口部の内側に粒界が存在しないので、水素の輸送が阻止される。センサの動作の間、ダイヤモンド形状の画像誤りが発生する。前記画像誤りを防止するために、シリコン酸化物層を堆積させる前にゲート電極の第一の系からシリコン窒化物トップ層を除去することが提案されている。
【０００５】
この手段の欠点は、このセンサの感光度はシリコン窒化物トップ層が除去されなかったセンサの感光度よりも小さいことにある。シリコン酸化物層の下のシリコン窒化物層は光の反射を防止し得る。これにより、感光度は最大２０％まで増加することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、なかんずく前記欠点が排除されたセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これを達成するために、冒頭の段落で言及された画像センサは、いくつかのゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層に窓が形成される本発明に従って特徴付けられ、前記窓はゲート絶縁体のシリコン窒化物層における拡散窓に揃って並んでおり、いくつかの前記窓は多結晶シリコンの並列の電極が延在するコンタクト窓の部分を形成し、一方他の窓は絶縁層のシリコン酸化物で満たされる。
【０００８】
多結晶シリコンの並列の電極が延在するコンタクト窓の部分を形成する窓はシリコン結晶によって水素の輸送に対して閉じた状態となり得る。他の窓は絶縁層のシリコン酸化物で満たされ、水素に対して“開口”した状態を保つであろう。水素はこれらの“開口”窓におけるシリコン酸化物を通ってゲート電極に達することが可能であり、続いて直下にある拡散窓を通ってゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することが可能である。“開口”窓はチャネルストップ領域上、従って実際の画素の間に構成される。驚くべきことに、シリコン窒化物トップ層において画素の間に比較的小さな“開口”窓を設けることにより、画像センサの感光度に悪影響を及ぼすことなく前記ダイヤモンド形状の画像誤りが防止されることが可能であることが分かった。
【０００９】
前記拡散窓に延在するゲート電極とは別に、シリコン窒化物トップ層も設けられるゲート絶縁体上に他のゲート電極が存在する場合、ずっと良好な感光度が得られる。
【００１０】
技術的見地からすると、ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置における他のゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層においても窓が形成される場合、有利となる。シリコン酸化物の前記絶縁層が堆積される前にこれらの窓は形成される。この手段により、全てのゲート電極に対する全てのコンタクトホールは一つのプロセス段階において形成されることが可能となる。コンタクトホールはシリコン酸化物におけるエッチングによって全て形成されるので、あるコンタクトホールを形成するための、シリコン酸化物及びシリコン窒化物におけるエッチングと、他のコンタクトホールを形成するためだけの、シリコン酸化物におけるエッチングとはもはや必要とされなくなる。
【００１１】
簡単な高感光度画像センサにおいて、並置された、均等な厚さの多結晶シリコンのストリップによってゲート電極は形成される。該ストリップには、シリコン窒化物トップ層が上側に設けられ、多結晶シリコンの熱酸化によって形成されるシリコン酸化物層が側面に設けられる。多結晶シリコンの一つの非常に薄い堆積層においてゲート電極は形成されることが可能であり、その結果として、画像記録中の光損失が最小限にまで低減される。更に、全てのゲート電極にシリコン窒化物トップ層が設けられるので光反射が抑制される。このような画像センサは、ゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層において上記の窓がない場合、十分に動作しないことが分かった。このことは、画像記録中に上述のダイヤモンド形状の画像誤りが発生するという事実に帰され得る。水素を使用する上述の界面状態の不活性化は起こり得ない。水素はゲート電極のシリコン酸化物端部を通り抜けることができ、これらの電極及び拡散窓を介してゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することができることが予想されるであろう。しかし、実際はそうならない。多結晶シリコンを水蒸気中で加熱することによって非常に薄いゲート電極の側面にシリコン酸化物を形成する従来手法において、非常に高いシリコン窒化物の含有量を持つ層がシリコン酸化物の下に形成されるためである。これは通例“ホワイトリボン効果（ｗｈｉｔｅ ｒｉｂｂｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）”と呼ばれている。このように形成された層は水素の輸送を抑制する。ゲート電極上に存在するシリコン窒化物トップ層における窓によって不活性化は可能となる。
【００１２】
ゲート電極がチャネルストップ領域と交差する位置において、全てのゲート電極が、ゲート絶縁体のシリコン窒化物層において形成される拡散窓に延在する場合、及び特にゲート絶縁体のシリコン窒化物層における拡散窓に揃って並んでいる窓が全てのゲート電極上のシリコン窒化物トップ層においても形成される場合、水素を使用する最適な不活性化が達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、これらの実施例を参照して説明される。
【００１４】
図１は電荷結合画像センサの平面図であり、図２から４は図１において線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる電荷結合画像センサの断面図である。該電荷結合画像センサは界面２を具備するシリコン基体１、この基体に形成される並列チャネル領域１２、及び前記界面に隣接している並列チャネル領域１２のチャネル領域を相互に分離するチャネルストップ領域１６を有している。シリコン窒化物層４で覆われているシリコン酸化物層３から構成されているゲート絶縁体３及び４が前記界面２に設けられている。チャネル領域１２とチャネルストップ領域１６とに交差して延在する多結晶シリコンのゲート電極１８及び２１がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。少なくともいくつかのゲート電極１８及び２１、この場合ゲート電極１８にシリコン窒化物トップ層２０が設けられ、該ゲート電極１８はゲート電極がチャネルストップ領域１６と交差する位置において、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４において形成される拡散窓１７に延在する。シリコン酸化物層１９はトップ層２０とゲート電極１８との間にも延在する。この例において、ゲート電極２１はシリコン窒化物トップ層２０の上に位置され、これらのゲート電極２１はシリコン酸化物層２２でも覆われている。
【００１５】
ゲート電極１８及び２１が内側に露出されている、絶縁層に形成されるコンタクト窓２５及び２６のパターンに延在する、チャネルストップ領域５の上に位置される多結晶シリコン並列の電極２７が形成されるシリコン酸化物２４の絶縁層が全てのゲート電極１８及び２１に設けられる。
【００１６】
テレビ画像又はディジタル写真を記録するために使用され得るこの画像センサは数百万画素を有している。四つの並列ゲート電極１８及び２１の下に位置されるチャネル領域１２の一部分によって各画素は形成される。図１に示されているゲート電極はそれから四つの並列の電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４を一つのグループとして構成される。平面図の外側で、これらのグループのうちのゲート電極Ｇ１は相互に接続され、同様にゲート電極Ｇ２、Ｇ３，及びＧ４も相互に接続される。画像記録中、電圧がゲート電極に印加されると電荷が画素中に保存される。ゲート電極にクロックパルスを連続的に入力することによって、このように集められた電荷パケットはチャネル領域を通ってシリコン基体上に集積されている読み出しレジスタに輸送される。
【００１７】
薄くて幅の狭い多結晶ゲート電極１８及び２１は数ｍｍの比較的長い長さを持っている。その結果として、該電極は比較的高い電気抵抗を示す。このため、ゲート電極１８と２１とに交差して延在する多結晶シリコンの並列の電極２７が適用されている。並列の電極２７はパターンに応じてゲート電極にコンタクトしている。図１に示されているように、前記並列の電極は四つの並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４を一つのグループとしても構成される。並列の電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、及びＳ４はゲート電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３、及びＧ４にそれぞれ接続される。並列の電極の抵抗を下げるために、チタニウム層、チタニウム窒化物層、及びタングステン層から構成される、示されていないトップ層が該並列の電極に従来手法で追加として設けられてもよい。
【００１８】
図５から１４は上記の画像センサの第一の例の製造におけるいくつかの段階の断面図である。界面２を有する、ｎ型ドーピングされたシリコン基体１から始められている。図５に示されているように、まずゲート絶縁体３及び４がシリコン基体１の界面２の上に形成される。第一の段階において、シリコン界面２の熱酸化によって約６０ｎｍ厚のシリコン酸化物層３が従来手法で形成される。その後、従来のＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（減圧化学的蒸着法））プロセスによって、約７５ｎｍ厚のシリコン窒化物層４がその上に堆積される。
【００１９】
図５から９に示されている次のプロセス段階は図１における線分Ｃ−Ｃ上で見られる断面図に関する。
【００２０】
ゲート絶縁体３及び４が形成された後、界面２に隣接するようにｐ型ドーピングされた区域（通例ｐ型ウェル（ｐ−ｗｅｌｌｓ）と称される）が形成される。実際には、以下記載される実際のセンサのためのｐ型ウェルとは別に、読み出しレジスタ及び信号増幅器のような、センサ内に集積されるべき電子回路のためのｐ型ウェルもシリコン基体１の上に形成される。実際のセンサのためのｐ型ウェルを形成するために、図５に示されているように、平面図と交差して延在するフォトレジスト６のストリップを含むフォトレジストマスク５が界面２の上に形成される。その後、破線７によって示されているボロンイオンが注入される。フォトレジストマスク５の除去後、熱処理が施され、図６に示されているｐ型ウェル８の形成がもたらされる。形成されるべきチャネル領域１２の位置において、形成されるべきチャネルストップ領域１６の位置における厚さより薄い厚さを持つｐ型ウェルが形成される態様で、注入されたイオンはシリコン基体内に拡散する。
【００２１】
図７に示されているように、ｐ型ウェル８の形成後、平面図と交差して延在するフォトレジスト１０のストリップを持つフォトレジストマスク９がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。このフォトレジストマスク９は、ｐ型ウェル８内に形成されるべきｎ型チャネルを規定するために使用される。フォトレジストマスク９の形成後、破線１１によって示されている燐イオンがシリコン基体１内に注入される。フォトレジストマスク９の除去後、熱処理が施され、図８に示されている約２μｍ幅のｎ型チャネル領域１２が形成される。これらのチャネルの下の中央部に、より薄い厚さのｐ型ウェル８を見ることができる。
【００２２】
ｎ型チャネル１２の形成後、図８に示されるように、平面図と交差して延在するフォトレジスト１４のストリップを有する次のフォトレジストマスク１３がゲート絶縁体３及び４の上に形成される。フォトレジストマスク１４は、ｐ型ウェル８において、ｎ型チャネル１２を相互に分離するチャネルストップ領域を規定するために使用される。フォトレジストマスク１３の形成後、破線１５によって示されているボロンイオンがシリコン基体１内に注入される。該フォトレジストマスクの除去後、熱処理が施され、図９に示されている約１μｍ幅のｐ型チャネルストップ領域１６の形成がもたらされる。
【００２３】
図１０から１４に示されている、後続するプロセス段階に対して、図１において線分Ａ−Ａ上で見られる断面図が参照される。
【００２４】
半導体領域８、１２、及び１６の形成後、約０．５μｍの長さと幅とを持つ開口部１７（以下拡散窓と称される）がゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４においてエッチングされる。これらの拡散窓１７により、水素はゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン酸化物層３に拡散することが可能となる。これらの開口部は、形成されるべきゲート電極１８とチャネルストップ領域１６とが交差している箇所に位置される。その後、燐イオン注入によって原子約５×１０１９個／ｃｃの濃度のｎ型ドーピングが施されている約１４０ｎｍ厚の多結晶シリコン層が堆積される。チャネルストップ領域１６と交差して延在するストリップ１８はこの層において従来手法でエッチングされる。熱酸化によってシリコン酸化物層１９が前記ストリップに設けられる。絶縁層１９が設けられている約０．８μｍ幅のゲート電極１８の第一の系はこのように形成される。ゲート電極１８は、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４において形成される拡散窓１７に延在する。ゲート電極１８は約６０ｎｍの厚さを持ち、絶縁層１９は約１５０ｎｍの厚さを持つ。
【００２５】
その後、全体が約３０ｎｍ厚のシリコン窒化物トップ層２０で覆われる。ここでも燐イオン注入によって原子約５×１０１９個／ｃｃの濃度を持つｎ型ドーピングが施される約１４０ｎｍ厚の第二の多結晶シリコン層はその上に堆積される。この層において、約５０ｎｍ厚のシリコン酸化物層２２が設けられている、約０．８μｍ幅かつ約６０ｎｍ厚のゲート電極２１の第二の系はゲート電極１８の間に形成される。これらの電極２１はシリコン窒化物トップ層２０の上に位置される。
【００２６】
図１３に示されているように、約０．５μｍの長さと幅とを持つ窓２３がシリコン窒化物トップ層２０に形成される。これらの窓はチャネルストップ領域１６とゲート電極１８とが交差している箇所に位置される。
【００２７】
その後、約５００ｎｍ厚のシリコン酸化物層２４が、このように形成されるゲート電極１８及び２１の上に堆積され、コンタクト窓２５が前記シリコン酸化物層に従来手法で形成され、いくつかの前記ゲート電極１８の上のいくつかの前記コンタクト窓２５がトップ層２０に形成される窓２３に揃って配置される。この場合、これは一つおきにゲート電極１８に適用される。続いて、約５００ｎｍ厚の多結晶シリコン層がシリコン酸化物層２４の上に堆積され、堆積プロセスの間にコンタクト窓２５において前記多結晶シリコン層が燐原子約１０２１個／ｃｃで高濃度にｎ型ドーピングされる。図２、３、及び４に示されているように、この層において多結晶シリコンの約０．８μｍ幅の並列の電極２７の系が従来手法で形成される。これらの並列の電極２６はチャネルストップ領域１６の上に延在し、パターンに応じて、ゲート電極１８及び２１と、コンタクト窓２５におけるゲート電極１８と、コンタクト窓２６におけるゲート電極２１とにコンタクトする。
【００２８】
ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４における拡散窓１７に揃って配置され、いくつかのゲート電極１８の上に存在するシリコン窒化物トップ層２０において形成されるいくつかの窓２３は、多結晶シリコン並列の電極２７が延在するコンタクト窓２５の部分を形成する。一方、他のコンタクト窓２５は絶縁層２４のシリコン酸化物で満たされる。並列の電極２７の多結晶シリコン層のシリコン結晶によってコンタクト窓２５の部分を形成する窓２３は水素の輸送に対して閉じた状態となっていてもよい。シリコン酸化物絶縁層のうちのシリコン酸化物で満たされる他の窓は水素に対して“開口” した状態を保つであろう。水素はこれらの“開口”窓におけるシリコン酸化物を通ってゲート電極１８に達することが可能であり、ゲート電極の下に存在する拡散窓１７を通ってゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン酸化物層３に達することが可能である。“開口”窓はチャネルストップ領域１６の上、従って実際の画素の間に設けられる。それによって、チャネル領域１２のシリコンとゲート絶縁体３及び４との間の境界に近接する界面状態は水素中の熱処理によって不活性化されることが可能である。さもないとセンサを使用することによってダイヤモンド形状の画像誤りがもたらされるかもしれない。シリコン窒化物トップ層２０において実際の画素の間に比較的小さな“開口”窓を設けることによって、画像センサの感光度に悪影響を及ぼすことなくダイヤモンド形状の画像誤りは防止されることが可能である。
【００２９】
多結晶シリコンにおける水素の拡散は結晶粒界に沿って発生する。比較的低濃度で浅くドーピングされたゲート電極１８において、窓１７を通ってゲート絶縁体のシリコン酸化物層３に達する水素の拡散を可能にするには十分な結晶粒界が存在する。比較的高濃度で深くドーピングされた並列の電極２７の形成の間に、コンタクト窓２５に大きなシリコン結晶が形成され得る。ゲート電極の第一の系のシリコン窒化物トップ層を通してエッチングされたコンタクト窓２５において、前記シリコン結晶はシリコン窒化物トップ層における開口部２３を閉じることが可能である。
【００３０】
図１５及び１６は、シリコン窒化物層２８が全てのゲート電極１８及び２１に設けられている画像センサの第二の実施例を示している。これにより感光度の更なる向上がもたらされる。前記拡散窓１７に延在するゲート電極１８とは別に、シリコン窒化物トップ層２８がゲート電極２１にも設けられる。
【００３１】
このセンサを製造する場合において、図１２に示されているような状態から始められる。エッチングによって、まずゲート電極１８の上のシリコン酸化物層１９からシリコン窒化物トップ層２０が除去される。その後、ゲート電極１８からシリコン酸化物層１９が除去され、ゲート電極２１からシリコン酸化物層２２が除去される。図１５に示されているように、このように露出されたゲート電極１８及び２１の上にシリコン窒化物層２８が堆積される。この層において、窓２３がゲート電極１８の上に形成される。その後、このように形成された構造上に絶縁層２４及び並列の電極２７が形成され得る。しかし、技術的見地からすると、シリコン窒化物トップ層２８において、窓２８とは別に、窓２９はこれらのゲート電極がチャネルストップ領域１６と交差する位置における他のゲート電極２１の上においても形成される場合、より簡単となる。シリコン酸化物絶縁層２４が堆積される前に窓２８及び２９は形成される。この手段により、全てのゲート電極１８及び２１に対する全てのコンタクトホール２５及び２６は一つのプロセス段階において形成されることが可能となる。コンタクトホール２５及び２６はシリコン酸化物におけるエッチングによって全て形成されることが可能なので、いくつかのコンタクトホールを形成するための、シリコン酸化物及びシリコン窒化物におけるエッチングと、更なる他のコンタクトホールを形成するための、シリコン窒化物におけるエッチングとはもはや必要でなくなる。
【００３２】
図１７から２１は簡単で非常に感光度の高い画像センサの製造プロセスにおけるいくつかの段階を断面図に示しており、図１０に示されている状態が開始時点とみなされている。約５０ｎｍ厚の多結晶シリコン層３０がこの構造上に堆積され、この層はその後約４０ｎｍ厚のシリコン窒化物層３１で覆われる。その後、ゲート電極３２が層３０と３１との両方において従来手法で形成される。このセンサのゲート電極３２は、並置された、均等な厚さの多結晶シリコン３３のストリップによってこのように形成される。該ストリップには、シリコン窒化物トップ層３４が上側に設けられる。多結晶シリコンの熱酸化によって形成されるシリコン酸化物層３５が従来手法すなわち水蒸気中の加熱によってゲート電極３２の側面に設けられる。多結晶シリコンの非常に薄い堆積層（この場合５０ｎｍ）においてゲート電極は形成されることが可能であり、そのために画像記録中の光損失が最小限にまで低減される。更に、全てのゲート電極３２にシリコン窒化物トップ層３４が設けられ、それによって光反射が抑制される。
【００３３】
上記のセンサにおける場合、ゲート電極３２とチャネルストップ領域１６とが交差している位置におけるトップ層３４において窓３６は形成される。その後、約５００ｎｍ厚のシリコン酸化物層２４が堆積され、コンタクト窓２６がエッチングされ、並列の電極２７が形成される。ゲート電極３２の上のシリコン窒化物トップ層３４における窓３６がない場合、センサは適切に機能せず、その結果として画像記録中に上述のダイヤモンド形状の画像誤りが発生するかもしれない。水素を使用する上述の界面状態の不活性化は不可能となる。水素はゲート電極３２のシリコン酸化物３５の端部を通り抜けることができ、これらの電極及び拡散窓１７を介してゲート絶縁体のシリコン酸化物層に達することができることが予想されるであろう。しかし、こうならないことが分かった。水蒸気中の熱処理によって非常に薄いゲート電極の側面にシリコン酸化物を形成する従来手法において、ゲート電極３３の多結晶シリコンと、シリコン窒化物層３４の下かつシリコン窒化物層４の上のシリコン酸化物３５との間にシリコン窒化物のいわゆる“ホワイトリボン”が形成される。ゲート電極３３の多結晶シリコン層は非常に薄いため、ゲート電極の側面は水素に対して閉じた状態となる。ゲート電極３２の上に存在するシリコン窒化物トップ層３４における窓１７を形成することによって不活性化は可能となる。
【００３４】
図２２は図２１に示されているセンサの変形例の断面図である。このセンサにおいて、窓１７はゲート電極３３とチャネルストップ領域１６とが交差している全ての箇所におけるゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４においてエッチングされ、ゲート絶縁体３及び４のうちのシリコン窒化物層４における拡散窓１７に揃って並んでいる窓３６が全てのゲート電極３３の上のシリコン窒化物トップ層３４において形成される。この態様において、最適な水素による不活性化が達成されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による画像センサの第一の例の一部分の平面図を示す。
【図２】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかのうちの１つの断面図を示す。
【図３】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかのうちの他の断面図を示す。
【図４】 線分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃ上でそれぞれ見られる、図１に示されている画像センサのいくつかの他の断面図を示す。
【図５】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの一つの断面図を示す。
【図６】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図７】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図８】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図９】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１０】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１１】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１２】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１３】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１４】 図１に示されている画像センサの製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１５】 本発明による画像センサの第二の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの一つの断面図を示す。
【図１６】 本発明による画像センサの第二の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１７】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの１つの断面図を示す。
【図１８】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図１９】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２０】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２１】 本発明による画像センサの第三の実施例の製造におけるいくつかの段階のうちの他の断面図を示す。
【図２２】 本発明による画像センサの第四の実施例の断面図を示す。
Claims (6)
- 界面を具備するシリコン基体と、前記基体に形成されている並列チャネル領域と、前記界面と隣接している前記並列チャネル領域の領域を相互に分離しているチャネルストップ領域とを有する電荷結合画像センサであって、前記界面に、シリコン窒化物層で覆われているシリコン酸化物層から構成されるゲート絶縁体が設けられ、前記シリコン窒化物上に、前記チャネル領域と前記チャネルストップ領域とに交差して延在するように多結晶シリコンのゲート電極が形成され、少なくともいくつかの前記ゲート電極にシリコン窒化物トップ層が設けられ、少なくともいくつかの前記ゲート電極は、前記ゲート電極が前記チャネルストップ領域と交差する位置における拡散窓に延在し、前記拡散窓が前記ゲート絶縁体の前記シリコン窒化物層において形成され、シリコン酸化物の絶縁層が全ての前記ゲート電極上に設けられ、前記絶縁層の上に、前記絶縁層に形成されるコンタクト窓であって前記ゲート電極が前記コンタクト窓の内側で露出されているコンタクト窓のパターンに延在する、前記チャネルストップ領域上に位置される多結晶シリコンの並列の電極が形成される電荷結合画像センサにおいて、窓がいくつかのゲート電極上に存在する前記シリコン窒化物トップ層において形成され、前記窓が前記ゲート絶縁体の前記シリコン窒化物層における前記拡散窓に揃って並んでおり、いくつかの前記窓が多結晶シリコンの前記並列の電極が延在する前記コンタクト窓の部分を形成し、一方他の前記窓が前記絶縁層の前記シリコン酸化物で満たされることを特徴とする電荷結合画像センサ。
- 前記拡散窓に延在する前記ゲート電極とは別に、シリコン窒化物トップ層も設けられる前記ゲート絶縁体上に他のゲート電極が存在することを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
- 前記ゲート電極が前記チャネルストップ領域と交差する位置における他の前記ゲート電極上に存在する前記シリコン窒化物トップ層にも窓が形成されることを特徴とする請求項２に記載の画像センサ。
- シリコン窒化物トップ層が上側に設けられ、多結晶シリコンの熱酸化によって形成されるシリコン酸化物層が側面に設けられる、並置された、均等な厚さの、多結晶シリコンのストリップによって前記ゲート電極が形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
- 前記ゲート電極が前記チャネルストップ領域と交差する位置において全ての前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁体の前記シリコン窒化物層において形成される前記拡散窓に延在することを特徴とする請求項４に記載の画像センサ。
- 窓が全ての前記ゲート電極上の前記シリコン窒化物トップ層において形成され、前記窓が前記ゲート絶縁体の前記シリコン窒化物層における前記拡散窓に揃って並んでいることを特徴とする請求項５に記載の画像センサ。
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