(57)【要約】【課題】第１転送ゲート電極下のポテンシャルと、第２転送ゲート電極下のポテンシャルとが同一であり、完全な電荷転送が行われる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１、２と、半導体基板１、２に形成された光電変換部５と、光電変換部５を覆い半導体基板１に形成されたゲート絶縁膜９と、ゲート絶縁膜９上に形成されていて、光電変換部５で発生した電荷を垂直方向に転送する、シリコン酸化膜１２により互いに絶縁されている複数の転送ゲート電極１０、１１とを備え、複数の転送ゲート電極１０、１１は、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含み、ゲート絶縁膜９は、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造である。【選択図】  図１
2006032918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された光電変換部と、
前記光電変換部を覆い前記半導体基板に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する、シリコン酸化膜により互いに絶縁されている複数の転送ゲート電極とを備え、
前記複数の転送ゲート電極は、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含み、
前記ゲート絶縁膜は、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造である固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の転送ゲート電極同士を絶縁している前記シリコン酸化膜は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて、前記複数の転送ゲート電極の表面を熱酸化することで形成される請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料は、アルミ酸化物である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−アルミ酸化膜−シリコン酸化膜の３層構造である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された光電変換部と、
前記光電変換部を覆い前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する、シリコン酸化膜により互いに絶縁されている複数の転送ゲート電極とを備え、
前記複数の転送ゲート電極は、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含み、
前記ゲート絶縁膜において、前記複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚が等しい固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の転送ゲート電極同士を絶縁している前記シリコン酸化膜は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて、前記複数の転送ゲート電極の表面を熱酸化することで形成される請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜は各層同士の厚さ比率が場所により異なる多層構造である請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記ゲート絶縁膜の構成は、接している前記転送ゲート電極に応じて異なっている請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の転送ゲート電極は第１転送ゲート電極および第２転送ゲート電極を含み、
前記ゲート絶縁膜において、前記第１転送ゲート電極と接している箇所は、少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含んだ多層構造であり、
前記ゲート絶縁膜において、前記第２転送ゲート電極と接している箇所は、シリコン酸化膜の単層構造である請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜において、前記第１転送ゲート電極と接している箇所は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部を覆い、かつシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造であるゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含む転送ゲート電極を形成してから熱酸化して、前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程を繰り返すことで、前記ゲート絶縁膜上に複数の転送ゲート電極を形成する固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料は、アルミ酸化物である請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記熱酸化は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて行う請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部を覆う多層膜であるゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含む転送ゲート電極を形成してから熱酸化して、前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程を繰り返すことで、前記ゲート絶縁膜上に複数の転送ゲート電極を形成し、
前記熱酸化により、前記ゲート絶縁膜において前記複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚を等しくする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が形成されていない箇所が単層構造のシリコン酸化膜となるまで熱酸化する請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記単層構造のシリコン酸化膜を除去し、
前記単層構造のシリコン酸化膜が除去された箇所に、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が接している箇所と等しい誘電率換算した膜厚を有するシリコン酸化膜を形成する請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記熱酸化は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて行う請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な固体撮像装置が提案されている。例えば、特許文献１等に従来の固体撮像装置が開示されている。従来の固体撮像装置について、図を用いて説明する。図１１は一般的な固体撮像装置における転送ゲート電極の配置を説明するための平面図である。なお、図１１は、基板１０１上での第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１の配置を示すための図であり、これら以外の部材は図示していない。また、図１２は従来の固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図１３は従来の固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【０００３】
図１１に示しているように、基板１０１上に形成されている第１転送ゲート電極１１０と第２転送ゲート電極１１１とは、部分的に重なっている。図１２および図１３に示されているように、第１転送ゲート電極１１０と第２転送ゲート電極１１１とは、絶縁体であるシリコン酸化膜１１２を介して形成されている。
【０００４】
図１２を参照して従来の固体撮像装置１００について説明する。ｎ型シリコン基板１０１に形成された第１ｐ型ウェル領域１０２内には、ｎ型の不純物拡散領域１０３が形成され、ｎ型の不純物拡散領域１０３における基板１０１とは反対側にはｐ型の正電荷蓄積領域１０４が形成されている。ｐ型の正電荷蓄積領域１０４と、ｎ型の不純物拡散領域１０３と、第１ｐ型ウェル領域１０２とにより、ｐｎ接合によるフォトダイオードが形成され、受光部（光電変換部）１０５が構成される。この受光部１０５は画素に対応して形成される。
【０００５】
また、ｎ型シリコン基板１０１上の第１ｐ型ウェル領域１０２内には垂直レジスタ１０６が形成され、垂直レジスタ１０６の基板１０１側に第２ｐ型ウェル１０７も形成されている。また、ｎ型の不純物拡散領域１０３およびｐ型の正電荷蓄積領域１０４と、垂直レジスタ１０６および第２ｐ型ウェル１０７との間には、ｐ型チャンネルストッパ領域１０８が形成されている。垂直方向の電荷転送領域である垂直レジスタ１０６は、第２ｐ型ウェル１０７により高容量化される。また、ｐ型チャンネルストッパ領域１０８は、ｎ型の不純物拡散領域１０３と垂直レジスタ１０６とを電気的に遮断している。
【０００６】
さらに、第１ｐ型ウェル領域１０２の全面を覆うように、３層構造のゲート絶縁膜１０９が形成されている。ゲート絶縁膜１０９により、受光部１０５、垂直レジスタ１０６およびｐ型チャンネルストッパ領域１０８も覆われている。なお、ゲート絶縁膜１０９は、シリコン酸化膜１１５、シリコン窒化膜１２１、シリコン酸化膜１１７の３層から構成されている。
【０００７】
ゲート絶縁膜１０９上には、受光部１０５で発生した電荷を垂直方向に転送する第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１が積層されている。第１転送ゲート電極１１０と第２転送ゲート電極１１１との間には、シリコン酸化膜１１２が形成されている。また、第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１の周りは、シリコン酸化膜１１２で覆われている。
【０００８】
第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１を覆うシリコン酸化膜１１２は金属遮光膜１１３により覆われている。金属遮光膜１１３は、垂直レジスタ１０６に直接光が入射することを防止する。また、金属遮光膜１１３および金属遮光膜１１３が形成されていない箇所も含めて、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜１１４により覆われている。なお、ＢＰＳＧ膜１１４は、ボロンとリンを含んだシリコン酸化膜である。ＢＰＳＧ膜１１４は、金属遮光膜１１３の上層に形成されるアルミ配線（図示せず）と金属遮光膜１１３との層間絶縁膜である。
【０００９】
なお、従来の固体撮像装置１００は、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図では、図１３に示す構成となる。図１３に示しているように、ｎ型シリコン基板１０１上の第１ｐ型ウェル領域１０２を覆うように、ゲート絶縁膜１０９が形成され、ゲート絶縁膜１０９とそれぞれ接するように第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１が交互に形成されている。また、第１転送ゲート電極１１０の端部上には、第２転送ゲート電極１１１が配置されている。なお、第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１の間には、シリコン酸化膜１１２が形成されていて、これらはお互いに絶縁されている。また、第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１の周りにも、シリコン酸化膜１１２が形成され、シリコン酸化膜１１２の上には、金属遮光膜１１３、ＢＰＳＧ膜１１４が順次形成されている。
【００１０】
このような、従来の固体撮像装置１００の製造方法について図１４Ａ〜図１４Ｅを参照して説明する。図１４Ａ〜図１４Ｅは、従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｅは、図１３で示した断面図と同様の箇所での断面図である。まず、図１４Ａに示しているように、ｎ型シリコン基板１０１上に第１ｐ型ウェル領域１０２を形成し、熱酸化装置または減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相反応体積）装置等を用いて、第１ｐ型ウェル領域１０２全面にシリコン酸化膜１１５、シリコン窒化膜１２１、シリコン酸化膜１１７の３層から構成されるゲート絶縁膜１０９を形成する。なお、図示していないが、ゲート絶縁膜１０９を形成する前に、第１ｐ型ウェル領域１０２内には、受光部等の必要な構成を形成しておく。
【００１１】
次に、図１４Ｂに示すように、厚さが約０．５μｍのｎ型のドープトアモルファスシリコン膜またはドープトポリシリコン膜であるゲート電極材料１１８をゲート絶縁膜１０９上の全面に形成する。
【００１２】
次に、ゲート電極材料１１８にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第１転送ゲート電極１１０を形成する。その後、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて第１転送ゲート電極１１０の表面を熱酸化することで、図１４Ｃに示すように第１転送ゲート電極１１０上にシリコン酸化膜１１２を形成する。
【００１３】
なお、一般的に、シリコン窒化膜１２１は酸化されにくい膜である。そのため、ドープトアモルファスシリコン層またはドープトポリシリコン層である第１転送ゲート電極１１０の方がシリコン窒化膜１２１より酸化レートが早い。したがって、シリコン酸化膜１１２が、第１転送ゲート電極１１０上に選択的に形成される。なお、この工程で、シリコン窒化膜１２１も酸化されて厚さが減少し、シリコン酸化膜１１７は厚さが増加する。
【００１４】
次に、図１４Ｄに示すように、シリコン酸化膜１１２およびゲート絶縁膜１０９上に、厚さ０．５μｍのゲート電極材料１１９を形成する。なお、この工程は、図１４Ｂに示した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００１５】
次に、ゲート電極材料１１９にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第２転送ゲート電極１１１を形成する。その後、図１４Ｅに示すように、第２転送ゲート電極１１１上にシリコン酸化膜１１２を形成する。なお、この工程は、図１４Ｃで説明した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００１６】
次に、第１転送ゲート電極１１０および第２転送ゲート電極１１１上に形成されたシリコン酸化膜１１２上に金属遮光膜１１３を形成する。なお、金属遮光膜１１３は、受光部（図示せず）には形成されない。その後、減圧ＣＶＤ装置または常圧ＣＶＤ装置等を用いて、全面にＢＰＳＧ膜１１４を形成する。このようにして、図１３に示す従来の固体撮像装置１００を作製することができる。
【特許文献１】特開平９−２８３７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記、従来の製造方法により、固体撮像装置１００を作製した場合に、以下に示す問題が生じる。
【００１８】
図１４Ｂに示す工程において、ゲート絶縁膜１０９を構成するシリコン酸化膜１１５、シリコン窒化膜１２１およびシリコン酸化膜１１７を、それぞれ均一な厚さで形成するため、ゲート絶縁膜１０９の厚さも均一である。しかし、図１４Ｃに示す工程において、熱酸化により第１転送ゲート電極１１０上にシリコン酸化膜１１２を形成する際に、ゲート絶縁膜１０９も酸化される。シリコン窒化膜１２１が酸化されることで、ゲート絶縁膜１０９の厚さが均一でなくなる。具体的には、図１４Ｃに示しているように、ゲート絶縁膜１０９は部分的に厚さが異なっている。図１４Ｃに示すように、ゲート絶縁膜１０９において第１転送ゲート電極１１０が形成されている箇所は、シリコン酸化膜１１５、シリコン窒化膜１２１およびシリコン酸化膜１１７の各膜厚は熱酸化前と変化がない。しかし、第１転送ゲート電極１１０が形成されていず、露出されていた箇所は、シリコン酸化膜１１５の膜厚は変化がないが、シリコン窒化膜１２１は酸化されて膜厚が減少し、シリコン酸化膜１１７は膜厚が増加している。また、ゲート絶縁膜１０９全体では、膜厚が増加している。この後、図１４Ｄおよび図１４Ｅの工程で、ゲート絶縁膜１０９の厚みが増加した箇所に、第２転送ゲート電極が形成される。
【００１９】
図１５は、従来の固体撮像装置における電荷転送方向でのポテンシャル（電位）を示すグラフである。図１５より、第１転送ゲート電極１１０下の範囲１３１のポテンシャルは、第２転送ゲート電極１１１下の範囲１３２のポテンシャルに比べて浅いことがわかる。つまり、従来の固体撮像装置１００は、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じている。これにより、電荷転送において、電荷がトラップされて電荷転送が不完全であり転送効率が低いという問題を有する。
【００２０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、第１転送ゲート電極下のポテンシャルと、第２転送ゲート電極下のポテンシャルとが同一であり、完全な電荷転送が行われる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部を覆い前記半導体基板に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する、シリコン酸化膜により互いに絶縁されている複数の転送ゲート電極とを備え、前記複数の転送ゲート電極は、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含み、前記ゲート絶縁膜は、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造である。
【００２２】
また、本発明の第２の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部を覆い前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する、シリコン酸化膜により互いに絶縁されている複数の転送ゲート電極とを備え、前記複数の転送ゲート電極は、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含み、前記ゲート絶縁膜において、前記複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚が等しい。
【００２３】
また、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部を覆い、かつシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造であるゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含む転送ゲート電極を形成してから熱酸化して、前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程を繰り返すことで、前記ゲート絶縁膜上に複数の転送ゲート電極を形成する。
【００２４】
また、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部が形成された半導体基板に、前記光電変換部を覆う多層膜であるゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に、不純物ドープトアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を含む転送ゲート電極を形成してから熱酸化して、前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程を繰り返すことで、前記ゲート絶縁膜上に複数の転送ゲート電極を形成し、前記熱酸化により、前記ゲート絶縁膜において前記複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚を等しくする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１転送ゲート電極下のポテンシャルと、第２転送ゲート電極下のポテンシャルとが同一であり、完全な電荷転送が行われる固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１の固体撮像装置は、ゲート絶縁膜において、複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚が等しいため、それぞれの転送ゲート電極下のポテンシャルが等しい。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。なお、ゲート絶縁膜の誘電率換算した膜厚がそれぞれ等しいとは、ゲート絶縁膜の厚さ方向の静電容量がそれぞれ等しいということである。また、例えば、ゲート絶縁膜に用いるシリコン酸化膜に誘電率換算した膜厚をそれぞれ等しくすればよい。
【００２７】
また、好ましくは、本発明の第１の固体撮像装置において、前記複数の転送ゲート電極同士を絶縁している前記シリコン酸化膜は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて、前記複数の転送ゲート電極の表面を熱酸化することで形成される。それにより、強力な熱酸化が可能であり、シリコン酸化膜が軟化して流動化するため、転送ゲート電極との界面が平滑であり、均等な厚さで形成される。そのため、シリコン酸化膜の耐圧性が高い。なお、減圧状態とは、例えば、１３．３Ｐａ〜１．３３×１０４Ｐａの状態をいう。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の第１の固体撮像装置において、前記シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料は、アルミ酸化物である。それにより、ゲート絶縁膜は均一な厚さを有する。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００２９】
また、好ましくは、本発明の第１の固体撮像装置において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−アルミ酸化膜−シリコン酸化膜の３層構造である。それにより、ゲート絶縁膜は均一な厚さを有する。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３０】
また、本発明の第２の固体撮像装置は、ゲート絶縁膜において、複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚が等しい。それにより、それぞれの転送ゲート電極下のポテンシャルが等しい。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３１】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記複数の転送ゲート電極同士を絶縁している前記シリコン酸化膜は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて、前記複数の転送ゲート電極の表面を熱酸化することで形成される。それにより、強力な熱酸化が可能であり、シリコン酸化膜が軟化して流動化するため、転送ゲート電極との界面が平滑であり、均等な厚さで形成される。そのため、シリコン酸化膜の耐圧性が高い。
【００３２】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記ゲート絶縁膜は各層同士の厚さ比率が場所により異なる多層構造である。それにより、転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を作製する際に、ゲート絶縁膜が酸化されていても、複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚が等しい。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３３】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である。それにより、ゲート絶縁膜において複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚は等しい。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３４】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記ゲート絶縁膜の構成は、接している前記転送ゲート電極に応じて異なっている。それにより、ゲート絶縁膜において複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚を等しくできる。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３５】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記複数の転送ゲート電極は第１転送ゲート電極および第２転送ゲート電極を含み、前記ゲート絶縁膜において、前記第１転送ゲート電極と接している箇所は、少なくともシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを含んだ多層構造であり、前記ゲート絶縁膜において、前記第２転送ゲート電極と接している箇所は、シリコン酸化膜の単層構造である。それにより、ゲート絶縁膜において複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚は等しい。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３６】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置において、前記ゲート絶縁膜において、前記第１転送ゲート電極と接している箇所は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である。それにより、ゲート絶縁膜において複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚は等しい。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い。
【００３７】
また、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法は、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料の層を有する多層構造であるか、あるいはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料により構成された単層構造であるゲート絶縁膜を形成する。それにより、転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を作製する際に、ゲート絶縁膜は酸化されず、厚さが変化しない。それにより、それぞれの転送ゲート電極下のポテンシャルが等しい。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００３８】
また、好ましくは、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料は、アルミ酸化物である。それにより、ゲート絶縁膜の厚さが均一となる。そのため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００３９】
また、好ましくは、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法において、前記熱酸化は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて行う。それにより、強力な熱酸化が可能であり、シリコン酸化膜が軟化して流動化するため、転送ゲート電極との界面が平滑であり、均等な厚さで形成される。したがって、耐圧性が高いシリコン酸化膜を有する固体撮像装置を製造することができる。
【００４０】
また、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法は、転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程によって、ゲート絶縁膜において複数の転送ゲート電極が接しているすべての箇所の誘電率換算した膜厚を等しくする。それにより、それぞれの転送ゲート電極下のポテンシャルが等しい。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００４１】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造である。それにより、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００４２】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法において、前記転送ゲート電極の表面にシリコン酸化膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が形成されていない箇所が単層構造のシリコン酸化膜となるまで熱酸化する。それにより、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が形成されていない箇所の誘電率換算した膜厚を制御することができる。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００４３】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法において、前記単層構造のシリコン酸化膜を除去し、前記単層構造のシリコン酸化膜が除去された箇所に、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が接している箇所と等しい誘電率換算した膜厚を有するシリコン酸化膜を形成する。このように、再度シリコン酸化膜を形成しなおすため、前記ゲート絶縁膜において前記転送ゲート電極が形成されていない箇所の誘電率換算した膜厚をさらに高精度に制御することができる。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じることなく、転送効率が高い固体撮像装置を製造することができる。
【００４４】
また、好ましくは、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法において、前記熱酸化は、減圧状態にて水素と酸素とから水を作り、前記水を用いて行う。それにより、強力な熱酸化が可能であり、シリコン酸化膜が軟化して流動化するため、転送ゲート電極との界面が平滑であり、均等な厚さで形成される。したがって、耐圧性が高いシリコン酸化膜を有する固体撮像装置を製造することができる。
【００４５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置およびその製造方法について図を用いて説明する。なお、実施の形態１に係る固体撮像装置の転送ゲート電極の配置は、図１１に示した一般的な固体撮像装置の転送ゲート電極の配置と同様であるため、実施の形態１においても図１１を参照する。なお、図１１は、基板１上での第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の配置を示すための図であり、これら以外の部材は図示していない。
【００４６】
図１は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図２は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。実施の形態１に係る固体撮像装置のゲート絶縁膜９は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１５、アルミ酸化膜１６およびシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１７から構成されている。実施の形態１に係る固体撮像装置２０において、ゲート絶縁膜９以外の構成は、図１２および図１３で示した従来の固体撮像装置の構成と略同様である。
【００４７】
図１１に示しているように、基板１上に形成されている第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１とは部分的に重なっている。図１および図２に示されているように、この箇所においては、第１転送ゲート電極１０上に第２転送ゲート電極１１が絶縁体であるシリコン酸化膜１２を介して形成されている。
【００４８】
図１に示しているように、ｎ型シリコン基板１に形成された第１ｐ型ウェル領域２内には、ｎ型の不純物拡散領域３が形成され、ｎ型の不純物拡散領域３における基板１とは反対側にはｐ型の正電荷蓄積領域４が形成されている。ｐ型の正電荷蓄積領域４と、ｎ型の不純物拡散領域３と、第１ｐ型ウェル領域２とにより、ｐｎ接合によるフォトダイオードが形成され、受光部（光電変換部）５が構成される。この受光部５は画素に対応して形成される。
【００４９】
また、ｎ型シリコン基板１に形成された第１ｐ型ウェル領域２内には垂直レジスタ６が形成され、垂直レジスタ６の基板１側に第２ｐ型ウェル７も形成されている。また、ｎ型の不純物拡散領域３およびｐ型の正電荷蓄積領域４と、垂直レジスタ６および第２ｐ型ウェル７との間には、ｐ型チャンネルストッパ領域８が形成されている。垂直方向の電荷転送領域である垂直レジスタ６は、第２ｐ型ウェル７により高容量化される。また、ｐ型チャンネルストッパ領域８は、ｎ型の不純物拡散領域３と垂直レジスタ６とを電気的に遮断している。
【００５０】
さらに、第１ｐ型ウェル領域２の全面を覆うように、３層構造のゲート絶縁膜９が形成されている。ゲート絶縁膜９により、受光部５、垂直レジスタ６およびｐ型チャンネルストッパ領域８も覆われている。なお、ゲート絶縁膜９は、シリコン酸化膜１５、アルミ酸化膜１６およびシリコン酸化膜１７の３層から構成されている。
【００５１】
ゲート絶縁膜９上には、受光部５で発生した電荷を垂直方向に転送する第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が積層されている。第１転送ゲート電極１０と第２転送ゲート電極１１との間には、シリコン酸化膜１２が形成されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りは、シリコン酸化膜１２で覆われている。
【００５２】
第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１を覆うシリコン酸化膜１２は金属遮光膜１３により覆われている。金属遮光膜１３は、垂直レジスタ６に直接光が入射することを防止する。また、金属遮光膜１３および金属遮光膜１３が形成されていない箇所も含めて、ＢＰＳＧ膜１４により覆われている。ＢＰＳＧ膜１４は、金属遮光膜１３の上層に形成されるアルミ配線（図示せず）と金属遮光膜１３との層間絶縁膜である。
【００５３】
なお、実施の形態１の固体撮像装置２０は、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図では、図２に示す構成となる。図２に示しているように、ｎ型シリコン基板１上の第１ｐ型ウェル領域２を覆うように、ゲート絶縁膜９が形成され、ゲート絶縁膜９にそれぞれ接するように第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が交互に形成されている。また、第１転送ゲート電極１０の端部上には、第２転送ゲート電極１１が配置されている。なお、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の間には、シリコン酸化膜１２が形成されていて、これらはお互いに絶縁されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りにも、シリコン酸化膜１２が形成され、シリコン酸化膜１２の上には、金属遮光膜１３、ＢＰＳＧ膜１４が順次形成されている。
【００５４】
実施の形態１の固体撮像装置２０は、上述のようにゲート絶縁膜９が、シリコン酸化膜１５、シリコン窒化物よりも酸化されにくいアルミ酸化膜１６およびシリコン酸化膜１７で構成されている。そのため、以下に示す製造工程において、シリコン酸化膜１５、アルミ酸化膜１６およびシリコン酸化膜１７の各膜厚が熱酸化により大きく変化することがなく、均一な厚さである。したがって、ゲート絶縁膜９の厚さも均一なままであり、厚さ方向の静電容量が一定である。それにより、第１転送ゲート電極１０下のポテンシャルおよび第２転送ゲート電極１１下のポテンシャルが同一であり、ポテンシャルバリヤが生じないため、電荷の転送が完全であり転送効率が高い。
【００５５】
次に、実施の形態１に係る固体撮像装置２０の製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｅは本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、図３Ａ〜図３Ｅは、図２で示した断面図と同様の箇所での断面図である。まず、図３Ａに示しているように、ｎ型シリコン基板１上に第１ｐ型ウェル領域２を形成し、熱酸化装置または減圧ＣＶＤ装置等を用いて、第１ｐ型ウェル領域２全面にシリコン酸化膜１５、アルミ酸化膜１６およびシリコン酸化膜１７の３層から構成されるゲート絶縁膜９を形成する。例えば、シリコン酸化膜１５の厚さを２０ｎｍとし、アルミ酸化膜１６の厚さを１０ｎｍ〜１００ｎｍとし、シリコン酸化膜１７の厚さを５ｎｍとすればよい。例えば、アルミ酸化膜１６は、電子共鳴スパッタにて、各条件を８７．５ｍＴ、温度を１００℃とし、圧力を９×１０−６Ｐａとして形成すればよい。
【００５６】
なお、図示していないが、ゲート絶縁膜９を形成する前に、第１ｐ型ウェル領域２内には、受光部等の必要な構成を形成しておく。
【００５７】
次に、図３Ｂに示すように、厚さが約０．５μｍのｎ型のドープトアモルファスシリコン膜またはドープトポリシリコン膜であるゲート電極材料１８をゲート絶縁膜９上の全面に形成する。
【００５８】
次に、ゲート電極材料１８にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第１転送ゲート電極１０を形成する。その後、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて熱酸化することで、図３Ｃに示すように第１転送ゲート電極１０上にシリコン酸化膜１２を形成する。なお、減圧状態とは、例えば、１３．３Ｐａ〜１．３３×１０４Ｐａの状態をいう。
【００５９】
なお、熱酸化の条件は、例えば圧力を１．３３×１０２Ｐａとし、処理温度を９５０℃とし、形成されるシリコン酸化膜１２の厚さは５０ｎｍ〜１５０ｎｍとすればよい。減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて行う熱酸化は、一般的な熱酸化に比べて強力である。したがって、熱酸化が高速に進行し、シリコン酸化膜１２が軟化して流動化するため、シリコン酸化膜１２と、ドープトアモルファスシリコンまたはドープトポリシリコンとの界面の機械的歪を緩和させることができ、界面が平滑である。また、第１転送ゲート電極１０のコーナー部で生じるシリコン酸化膜１２の応力集中が、シリコン酸化膜１２の粘性流動により解消されるため、第１転送ゲート電極１０のコーナー部付近のシリコン酸化膜１２が薄くなりすぎることがない。さらに、第１転送ゲート電極１０のコーナー部の、曲率半径が大きくなることからシリコン酸化膜１２の耐圧性が高い。
【００６０】
ここで、ゲート絶縁膜９のアルミ酸化膜１６は、この熱酸化においても酸化されないため膜厚が変化せず、ゲート絶縁膜９の厚みは均一なままである。ゲート絶縁膜９の厚みは均一であるため、ゲート絶縁膜９のどの箇所においても、厚さ方向の静電容量は一定である。
【００６１】
次に、図３Ｄに示すように、シリコン酸化膜１２およびゲート絶縁膜９上に、厚さ０．５μｍのゲート電極材料１９を形成する。この工程は、図３Ｂに示した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００６２】
次に、ゲート電極材料１９にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第２転送ゲート電極１１を形成する。その後、図３Ｅに示すように、第２転送ゲート電極１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。なお、この工程は、図３Ｃで説明した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００６３】
次に、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１上に形成されたシリコン酸化膜１２上に金属遮光膜１３を形成する。なお、金属遮光膜１３は、受光部（図示せず）には形成されない。その後、減圧ＣＶＤ装置または常圧ＣＶＤ装置等を用いて、全面にＢＰＳＧ膜１４を形成する。なお、ＢＰＳＧ膜１４は、ボロンとリンを含んだシリコン酸化膜である。このようにして、図２に示す実施の形態１の固体撮像装置２０を作製することができる。
【００６４】
このようにして作製された実施の形態１の固体撮像装置２０は、ゲート絶縁膜９の厚さ方向における静電容量が、場所によって変化することがなくどの箇所でも一定の値である。したがって、ゲート絶縁膜９上に複数の転送ゲート電極（第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１）が形成された場合でも、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず転送効率が高い。
【００６５】
すなわち、固体撮像装置２０は、シリコン酸化膜に誘電率換算したゲート絶縁膜９の厚さが、第１転送ゲート電極１０に接する箇所および第２転送ゲート電極１１に接する箇所において同一である。そのため、第１転送ゲート電極１０と接する箇所であっても、第２転送ゲート電極１１と接する箇所であっても、ゲート絶縁膜９の厚さ方向における静電容量が同一の値である。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず、転送効率が向上する。
【００６６】
また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１間に形成されているシリコン酸化膜１２は、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いた熱酸化により形成されているので、耐圧性が高い。
【００６７】
なお、実施の形態１では、ゲート絶縁膜９を構成する材料のうち、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料として、アルミ酸化膜１６を用いたが、その他の材料を用いてもよい。
【００６８】
また、ゲート絶縁膜９を３層構造としたが、シリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料による単層またはシリコン窒化物に比べて酸化されにくい材料による層を含む複数層とすればよい。例えば、ゲート絶縁膜９をアルミ酸化膜のみの単層としてもよい。この場合は、例えば、アルミ酸化膜（ゲート絶縁膜９）の厚さを１０ｎｍ〜１００ｎｍとすればよい。このようにしても、ゲート絶縁膜９の厚みが、熱酸化により変化することがなく、転送効率が高い固体撮像装置を得ることができる。
【００６９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置およびその製造方法について図を用いて説明する。なお、実施の形態２に係る固体撮像装置の転送ゲート電極の配置は、図１１に示した一般的な固体撮像装置の転送ゲート電極の配置と同様であるため、実施の形態２においても図１１を参照する。なお、図１１は、基板１上での第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の配置を示すための図であり、これら以外の部材は図示していない。
【００７０】
図４は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図５は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００７１】
実施の形態２に係る固体撮像装置３０は、ポテンシャルバリヤが生じることがない構成である。実施の形態２に係る固体撮像装置３０のゲート絶縁膜２９は、シリコン酸化膜１５、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）２１およびシリコン酸化膜１７から構成されている。そして、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜１７の厚さは、それぞれ均一ではなく、部分的に厚さが異なっているが、シリコン酸化膜に誘電率換算したゲート絶縁膜２９の厚さは均一である。
【００７２】
実施の形態２の固体撮像装置３０における、ゲート絶縁膜２９以外の構成は、図１および図２で示した実施の形態１の固体撮像装置２０の構成と略同様である。そこで、図４および図５において、図１および図２で示した部材と同様の機能を有する部材には、同一符号を付し説明を省略する。
【００７３】
図４に示している実施の形態２の固体撮像装置３０において、ｎ型シリコン基板１、第１ｐ型ウェル領域２、ｎ型の不純物拡散領域３、ｐ型の正電荷蓄積領域４、受光部５、垂直レジスタ６および第２ｐ型ウェル７については、実施の形態１で説明しているので説明を省略する。第１ｐ型ウェル領域２の全面を覆うように形成された３層構造のゲート絶縁膜２９により、受光部５、垂直レジスタ６およびｐ型チャンネルストッパ領域８は覆われている。なお、ゲート絶縁膜２９は、シリコン酸化膜１５、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜１７の３層から構成されている。シリコン酸化膜１７およびシリコン窒化膜２１は、それぞれ厚さが均一ではなく、ゲート絶縁膜２９の厚さも均一ではない。
【００７４】
ゲート絶縁膜２９上には、受光部５で発生した電荷を垂直方向に転送する第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が積層されている。第１転送ゲート電極１０と第２転送ゲート電極１１との間には、シリコン酸化膜１２が形成されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りは、シリコン酸化膜１２で覆われている。
【００７５】
第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１を覆うシリコン酸化膜１２は金属遮光膜１３により覆われている。また、金属遮光膜１３および金属遮光膜１３が形成されていない箇所も含めて、ＢＰＳＧ膜１４により覆われている。
【００７６】
なお、実施の形態２の固体撮像装置３０は、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図では、図５に示す構成となる。図５に示しているように、ｎ型シリコン基板１上の第１ｐ型ウェル領域２を覆うように、ゲート絶縁膜２９が形成され、ゲート絶縁膜２９にそれぞれ接するように第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が交互に形成されている。また、第１転送ゲート電極１０の端部上には、第２転送ゲート電極１１が配置されている。なお、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の間には、シリコン酸化膜１２が形成されていて、これらはお互いに絶縁されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りにも、シリコン酸化膜１２が形成され、シリコン酸化膜１２の上には、金属遮光膜１３、ＢＰＳＧ膜１４が順次形成されている。
【００７７】
ゲート絶縁膜２９において、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１がそれぞれ接している箇所は、各膜の膜厚構成比が異なっているが、シリコン酸化膜に誘電率換算した膜厚は同一である。つまり、ゲート絶縁膜２９において、第１転送ゲート電極１０と接している箇所および第２転送ゲート電極１１と接している箇所の厚さ方向の静電容量は一定である。それにより、第１転送ゲート電極１０下のポテンシャルおよび第２転送ゲート電極１１下のポテンシャルが同一である。したがって、ポテンシャルバリヤが生じないため、電荷の転送が完全であり転送効率が高い。
【００７８】
次に、実施の形態２に係る固体撮像装置３０の製造方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、図６Ａ〜図６Ｅは、図５で示した断面図と同様の箇所での断面図である。まず、図６Ａに示しているように、ｎ型シリコン基板１上に第１ｐ型ウェル領域２を形成し、熱酸化装置または減圧ＣＶＤ装置等を用いて、第１ｐ型ウェル領域２全面にシリコン酸化膜１５、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜１７の３層から構成されるゲート絶縁膜２９を形成する。例えば、シリコン酸化膜１５の厚さを２０ｎｍとし、シリコン窒化膜２１の厚さを４０ｎｍとし、シリコン酸化膜１７の厚さを５ｎｍとすればよい。なお、この場合のシリコン酸化膜に誘電率換算したゲート絶縁膜２９の厚さは４５ｎｍである。
【００７９】
なお、図示していないが、ゲート絶縁膜２９を形成する前に、第１ｐ型ウェル領域２内には、受光部等の必要な構成を形成しておく。
【００８０】
次に、図６Ｂに示すように、厚さが約０．５μｍのｎ型のドープトアモルファスシリコン膜またはドープトポリシリコン膜であるゲート電極材料１８をゲート絶縁膜２９上の全面に形成する。
【００８１】
次に、ゲート電極材料１８にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第１転送ゲート電極１０を形成する。その後、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて熱酸化することで、図６Ｃに示すように、第１転送ゲート電極１０上にシリコン酸化膜１２を形成する。
【００８２】
なお、熱酸化の条件は、例えば圧力を１．３３×１０２Ｐａとし、処理温度を９５０℃とし、形成されるシリコン酸化膜１２の厚さは５０ｎｍ〜１５０ｎｍとすればよい。この熱酸化により、第１転送ゲート電極１０が形成されていない箇所のゲート絶縁膜２９のシリコン窒化膜２１は、シリコン酸化膜に変化していく。この条件による熱酸化の後、第１転送ゲート電極１０が形成されていない箇所のゲート絶縁膜２９の厚さは、シリコン酸化膜１５の厚さが２０ｎｍであり、シリコン窒化膜２１の厚さが３０ｎｍであり、シリコン酸化膜１７の厚さが１０ｎｍである。なお、熱酸化により、ゲート絶縁膜２９の厚さは変化したが、シリコン酸化膜に誘電率換算したゲート絶縁膜２９の厚さは、熱酸化前と同様に４５ｎｍである。また、第１転送ゲート電極１０が形成されている箇所のゲート絶縁膜２９は、熱酸化においても変化しないため、シリコン酸化膜に誘電率換算した厚さは、熱酸化前と同様に４５ｎｍである。
【００８３】
次に、図６Ｄに示すように、シリコン酸化膜１２およびゲート絶縁膜２９上に、厚さ０．５μｍのゲート電極材料１９を形成する。この工程は、図６Ｂに示した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００８４】
次に、ゲート電極材料１９にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第２転送ゲート電極１１を形成する。その後、図６Ｅに示すように、第２転送ゲート電極１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。なお、この工程は、図６Ｃで説明した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【００８５】
次に、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１上に形成されたシリコン酸化膜１２上に金属遮光膜１３を形成する。なお、金属遮光膜１３は、受光部（図示せず）には形成されない。その後、減圧ＣＶＤ装置または常圧ＣＶＤ装置等を用いて、全面にＢＰＳＧ膜１４を形成する。このようにして、図５に示す実施の形態２の固体撮像装置３０を作製することができる。
【００８６】
このようにして作製された実施の形態２の固体撮像装置３０は、ゲート絶縁膜２９の厚さ方向における静電容量が、場所によって変化することがなくどの箇所でも一定の値である。したがって、ゲート絶縁膜２９上に複数の転送ゲート電極（第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１）が形成された場合でも、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず転送効率が高い。
【００８７】
すなわち、固体撮像装置３０は、シリコン酸化膜に誘電率換算したゲート絶縁膜２９の厚さが、第１転送ゲート電極１０に接する箇所および第２転送ゲート電極１１に接する箇所において同一である。そのため、第１転送ゲート電極１０と接する箇所であっても、第２転送ゲート電極１１と接する箇所であっても、ゲート絶縁膜２９の厚さ方向における静電容量が同一の値である。したがって、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず、転送効率が向上する。
【００８８】
また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１間に形成されているシリコン化膜１２は、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて熱酸化することで形成されているので、耐圧性が高い。
【００８９】
なお、ゲート絶縁膜２９の構成は、実施の形態２に示した構成に限定されるわけではない。
【００９０】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置およびその製造方法について、図を用いて説明する。なお、実施の形態３に係る固体撮像装置の転送ゲート電極の配置は、図１１に示した一般的な固体撮像装置の転送ゲート電極の配置と同様であるため、実施の形態３においても図１１を参照する。なお、図１１は、基板１上での第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の配置を示すための図であり、これら以外の部材は図示していない。
【００９１】
図７は本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図８は本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示す断面図であり、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００９２】
実施の形態３に係る固体撮像装置４０は、受光部５、垂直レジスタ６およびｐ型チャンネルストッパ領域８を覆い、第１ｐ型ウェル領域２上に形成されたゲート絶縁膜２３を有している。ゲート絶縁膜２３は、シリコン酸化膜１５、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜１７から構成される３層構造の第１ゲート絶縁膜３９と、シリコン酸化膜単層である第２ゲート絶縁膜２２を有している。ゲート絶縁膜２３において第１転送ゲート電極１０と接する箇所には第１ゲート絶縁膜３９が形成され、第２転送ゲート電極１１と接する箇所には第２ゲート絶縁膜２２が形成されている。
【００９３】
実施の形態３の固体撮像装置４０における、ゲート絶縁膜２３以外の構成は、図１および図２で示した実施の形態１の固体撮像装置２０の構成と略同様である。そこで、図７および図８において、図１および図２で示した部材と同様の機能を有する部材には、同一符号を付し説明を省略する。
【００９４】
図７に示している実施の形態３の固体撮像装置４０において、ｎ型シリコン基板１、第１ｐ型ウェル領域２、ｎ型の不純物拡散領域３、ｐ型の正電荷蓄積領域４、受光部５、垂直レジスタ６および第２ｐ型ウェル７については、実施の形態１において説明しているので説明を省略する。第１ｐ型ウェル領域２の全面を覆うように、第１ゲート絶縁膜３９と第２ゲート絶縁膜２２とを含むゲート絶縁膜２３が形成されている。第１ゲート絶縁膜３９は、シリコン酸化膜１５、窒化シリコン２１およびシリコン酸化膜１７が積層されて構成される。また、第２ゲート絶縁膜２２は、シリコン酸化膜による単層で構成される。
【００９５】
ゲート絶縁膜２３上には、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が積層されている。第１転送ゲート電極１０と第２転送ゲート電極１１との間には、シリコン酸化膜１２が形成されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りは、シリコン酸化膜１２で覆われている。
【００９６】
第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１を覆うシリコン酸化膜１２は金属遮光膜１３により覆われている。また、金属遮光膜１３および金属遮光膜１３が形成されていない箇所も含めて、ＢＰＳＧ膜１４により覆われている。
【００９７】
なお、実施の形態３の固体撮像装置４０は、図１１のＢ−Ｂ矢視断面図では、図８に示す構成となる。図８に示しているように、ｎ型シリコン基板１上の第１ｐ型ウェル領域２を覆うように、ゲート絶縁膜２３が形成され、ゲート絶縁膜２３にそれぞれ接するように第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１が交互に形成されている。具体的には、第１ゲート絶縁膜３９に接するように第１転送ゲート電極１０が形成され、第２ゲート絶縁膜２２に接するように第２転送ゲート電極１１が形成されている。また、第１転送ゲート電極１０の端部上には、第２転送ゲート電極１１が配置されている。なお、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の間には、シリコン酸化膜１２が形成されていて、これらはお互いに絶縁されている。また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１の周りにも、シリコン酸化膜１２が形成され、シリコン酸化膜１２の上には、金属遮光膜１３、ＢＰＳＧ膜１４が順次形成されている。
【００９８】
第１ゲート絶縁膜３９のシリコン酸化膜に誘電率換算された厚さおよび第２ゲート絶縁膜２２のシリコン酸化膜に誘電率換算された厚さは等しい。つまり、第１ゲート絶縁膜３９および第２ゲート絶縁膜２２の厚さ方向の静電容量が一定である。それにより、第１転送ゲート電極１０下のポテンシャルおよび第２転送ゲート電極１１下のポテンシャルが同一である。したがって、ポテンシャルバリヤが生じないため、電荷の転送が完全であり転送効率が高い。
【００９９】
次に、実施の形態３に係る固体撮像装置４０の製造方法について説明する。図９Ａ〜図９Ｅは本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、図９Ａ〜図９Ｅは、図８で示した断面図と同様の位置での断面図である。まず、図９Ａに示しているように、ｎ型シリコン基板１上に第１ｐ型ウェル領域２を形成し、熱酸化装置または減圧ＣＶＤ装置等を用いて、第１ｐ型ウェル領域２全面にシリコン酸化膜１５、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜１７の３層から構成される第１ゲート絶縁膜３９を形成する。例えば、シリコン酸化膜１５の厚さを２０ｎｍとし、シリコン窒化膜２１の厚さを４０ｎｍとし、シリコン酸化膜１７の厚さを５ｎｍとすればよい。なお、この場合のシリコン酸化膜に誘電率換算した第１ゲート絶縁膜３９の厚さは４５ｎｍである。
【０１００】
なお、図示していないが、第１ゲート絶縁膜３９を形成する前に、第１ｐ型ウェル領域２内には、受光部等の必要な構成は形成しておく。
【０１０１】
次に、図９Ｂに示すように、厚さが約０．５μｍのｎ型のドープトアモルファスシリコン膜またはドープトポリシリコン膜であるゲート電極材料１８を第１ゲート絶縁膜３９上の全面に形成する。
【０１０２】
次に、ゲート電極材料１８にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第１転送ゲート電極１０を形成する。その後、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて熱酸化することで、図９Ｃに示すように、第１転送ゲート電極１０上にシリコン酸化膜１２を形成する。
【０１０３】
なお、熱酸化の条件は、例えば圧力を１．３３×１０２Ｐａとし、処理温度を９５０℃とし、シリコン酸化膜１２の厚さは、５０ｎｍ〜１５０ｎｍとすればよい。この熱酸化により、第１転送ゲート電極１０が形成されていない箇所の第１ゲート絶縁膜３９のシリコン窒化膜２１は、シリコン酸化膜に変化していく。熱酸化により、シリコン窒化膜２１をすべて酸化し、この箇所を、シリコン酸化膜単層である第２ゲート絶縁膜２２とする。すなわち、この熱酸化により、第１ゲート絶縁膜３９の内、第１転送ゲート電極１０が形成されていない箇所には、厚さが４５ｎｍであるシリコン酸化膜の単層で構成された、第２ゲート絶縁膜２２が形成される。これにより、３層構造の第１ゲート絶縁膜３９と単層である第２ゲート絶縁膜２２とを有するゲート絶縁膜２３が形成される。
【０１０４】
なお、第１ゲート絶縁膜３９の内、第１転送ゲート電極１０が形成されていない箇所に熱酸化により形成されたシリコン酸化膜を、例えばバッファードフッ酸を用いたエッチングにより除去し、再度その箇所にＣＶＤ製法等によりシリコン酸化膜である第２ゲート絶縁膜２２を形成してもよい。このようにすることで、第２ゲート絶縁膜２２の厚さの制御が可能になり、第２ゲート絶縁膜２２の厚さ精度を高くすることができる。それにより、確実に所望の厚さの第２ゲート絶縁膜２２を作製することができる。
【０１０５】
次に、図９Ｄに示すように、シリコン酸化膜１２およびゲート絶縁膜２３上に、厚さ０．５μｍのゲート電極材料１９を形成する。この工程は、図９Ｂに示した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【０１０６】
次に、ゲート電極材料１９にホトリソグラフィおよびエッチングを施すことで、不要な箇所は除去し、ゲート領域およびゲート配線領域である第２転送ゲート電極１１を形成する。その後、図９Ｅに示すように、第２転送ゲート電極１１上にシリコン酸化膜１２を形成する。なお、この工程は、図９Ｃで説明した工程と同様であるので詳しい説明を省略する。
【０１０７】
次に、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１上に形成されたシリコン酸化膜１２上に金属遮光膜１３を形成する。なお、金属遮光膜１３は、受光部（図示せず）には形成されない。その後、減圧ＣＶＤ装置または常圧ＣＶＤ装置等を用いて、全面にＢＰＳＧ膜１４を形成する。このようにして、図８に示す実施の形態３の固体撮像装置４０を作製することができる。
【０１０８】
このようにして作製された実施の形態３の固体撮像装置４０は、ゲート絶縁膜２３の厚さ方向における静電容量が、場所によって変化することがなくどの箇所でも一定の値である。したがって、ゲート絶縁膜２３上に複数の転送ゲート電極（第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１）が形成された場合でも、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず転送効率が高い。
【０１０９】
すなわち、固体撮像装置４０において、第１転送ゲート電極１０に接する第１ゲート絶縁膜３９のシリコン酸化膜に誘電率換算した厚さおよび第２転送ゲート電極１１に接する第２ゲート絶縁膜２２のシリコン酸化膜に誘電率換算した厚さが同一である。したがって、第１ゲート絶縁膜３９および第２ゲート絶縁膜２２の厚さ方向における静電容量が同一の値であるため、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず、転送効率が向上する。
【０１１０】
また、第１転送ゲート電極１０および第２転送ゲート電極１１間に形成されているシリコン化膜１２は、減圧状態にて、水素と酸素とから水を作り、その水を用いて熱酸化することで形成されているので、耐圧性が高い。
【０１１１】
なお、実施の形態１〜実施の形態３で具体的に示した、材料および構造等は、あくまでも一例であり、本発明はこれらの具体例のみに限定されるものではない。例えば、実施の形態１〜実施の形態３では、２つの転送ゲート電極を有する構成を示したが、転送ゲート電極の数は２つに限定されるわけではない。例えば、３つの転送ゲート電極を有する構成でもかまわない。図１０は３つの転送ゲート電極の構成を示す断面図である。なお、図１０は、転送ゲート電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと、ゲート絶縁膜４９との配置を示すための図であるため、その他の部材、例えばシリコン酸化膜等は省略している。
【０１１２】
例えば、図１０に示すように、ゲート絶縁膜４９上に３つの転送ゲート電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃがそれぞれ形成されているような固体撮像装置であっても、上記実施の形態１〜実施の形態３と同様の構成および同様の製造方法で作製すればよい。それより、ゲート絶縁膜４９における各転送ゲート電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃが接する各箇所の厚さ方向の静電容量が等しくすることができる。したがって、各転送ゲート電極４１ａ、４１ｂおよび４１ｃ下のポテンシャルを同一とすることができ、転送チャネルにポテンシャルバリヤが生じず、固体撮像装置の転送効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の固体撮像装置は、転送効率が高く、完全な電荷転送が行われる。そのため、イメージセンサまたはカメラ等の画像を取り込む装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３Ｄ】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３Ｅ】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図４】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図６Ａ】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図６Ｃ】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図６Ｄ】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図６Ｅ】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図７】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成を示す断面図
【図９Ａ】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図
【図９Ｂ】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図９Ｃ】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図９Ｄ】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図９Ｅ】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１０】３つの転送ゲート電極の構成を示す断面図
【図１１】一般的な固体撮像装置における転送ゲート電極の配置を説明するための平面図
【図１２】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図
【図１３】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図
【図１４Ａ】従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１４Ｂ】従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１４Ｃ】従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１４Ｄ】従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１４Ｅ】従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１５】従来の固体撮像装置における電荷転送方向でのポテンシャルを示すグラフ
【符号の説明】
【０１１５】
１  基板
２  第１ｐ型ウェル領域
３  不純物拡散領域
４  正電荷蓄積領域
５  受光部
６  垂直レジスタ
７  第２ｐ型ウェル
８  ｐ型チャンネルストッパ領域
９、２３、２９、４９  ゲート絶縁膜
１０  第１転送ゲート電極
１１  第２転送ゲート電極
１２、１５、１７  シリコン酸化膜
１３  金属遮光膜
１４  ＢＰＳＧ膜
１６  アルミ酸化膜
１８、１９  ゲート電極材料
２０、３０、４０  固体撮像装置
２１  シリコン窒化膜
２２  第２ゲート絶縁膜
３９  第１ゲート絶縁膜
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  転送ゲート電極
１００  固体撮像装置
１０１  ｎ型シリコン基板
１０２  第１ｐ型ウェル領域
１０３  不純物拡散領域
１０４  正電荷蓄積領域
１０５  受光部
１０６  垂直レジスタ
１０７  第２ｐ型ウェル
１０８  ｐ型チャンネルストッパ領域
１０９  ゲート絶縁膜
１１０  第１転送ゲート電極
１１１  第２転送ゲート電極
１１２、１１５、１１７、１２１  シリコン酸化膜
１１３  金属遮光膜
１１４  ＢＰＳＧ膜
１１８、１１９  ゲート電極材料
１３１、１３２  範囲
【図１】
2006032918.tif 000003
【図２】
2006032918.tif 000004
【図３Ａ】
2006032918.tif 000005
【図３Ｂ】
2006032918.tif 000006
【図３Ｃ】
2006032918.tif 000007
【図３Ｄ】
2006032918.tif 000008
【図３Ｅ】
2006032918.tif 000009
【図４】
2006032918.tif 000010
【図５】
2006032918.tif 000011
【図６Ａ】
2006032918.tif 000012
【図６Ｂ】
2006032918.tif 000013
【図６Ｃ】
2006032918.tif 000014
【図６Ｄ】
2006032918.tif 000015
【図６Ｅ】
2006032918.tif 000016
【図７】
2006032918.tif 000017
【図８】
2006032918.tif 000018
【図９Ａ】
2006032918.tif 000019
【図９Ｂ】
2006032918.tif 000020
【図９Ｃ】
2006032918.tif 000021
【図９Ｄ】
2006032918.tif 000022
【図９Ｅ】
2006032918.tif 000023
【図１０】
2006032918.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
2006032918.tif 000026
【図１３】
2006032918.tif 000027
【図１４Ａ】
2006032918.tif 000028
【図１４Ｂ】
2006032918.tif 000029
【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５】
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