(57)【要約】【課題】製造上の煩雑さを伴うことなく、スミアを悪化させず、且つ、読出電極の側面外側の周辺部における電界を低下させ、暗電流および白線などの垂直ＣＣＤに起因するノイズの低減を図ることが可能なＣＣＤ型固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基板１０におけるｐウェル１０１の主面から内方に向けての領域に、フォトダイオード１１１と垂直ＣＣＤ１２１とが、互いに間隔をあけた状態で基板１０主面に沿う方向に並設されている。また、半導体基板１０におけるｐウェル１０１の上には、フォトダイオード１１１と垂直ＣＣＤ１２１との間の領域に、ゲート絶縁膜１０２を介した状態で読出電極１１２が形成されている。読出電極１１２は、その断面において、フォトダイオード１１１からの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面（図の右側端面）の少なくとも一部領域が、逆テーパー状に形成されている。【選択図】図３
2008016484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面から厚み方向内側に向けての領域において、光電変換機能を有するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生じた信号電荷を読み出して一方向に転送する電荷転送部とが、互いの間にトランスファーゲート部を介した状態で前記半導体基板の主面に沿う方向に並設され、
前記半導体基板の一方の主面上における前記トランスファーゲート部の上方から前記電荷転送部の上方に至る領域に、絶縁膜を介した状態で読出電極が積層形成されてなるＣＣＤ型固体撮像装置であって、
前記読出電極は、前記フォトダイオードからの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域が、前記半導体基板の一方の主面から当該読出電極に向けた積層方向に対して逆テーパー状に形成されている
ことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項２】
前記読出電極における逆テーパー状に形成されている端面のエッジは、他の端面における相当エッジに比べて、鋭角となっている
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードおよび前記読出電極を平面視するとき、前記読出電極に対し隣接関係を有する第２の電極が配設されており、
前記読出電極における逆テーパー状になっているのは、前記第２の電極に相対するコーナー部分である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項４】
前記読出電極は、前記半導体基板に対するのとは反対側の主面が、前記半導体基板の主面における当該部分と略平行となっている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項５】
半導体基板の一方の主面から内方に向けての領域に対し、光電変換機能を有するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで生じた信号電荷を読み出して一方向に転送する電荷転送部とを、互いの間にトランスファーゲート部を介した状態で前記半導体基板の主面に沿う方向に並設するステップと、
前記半導体基板の一方の主面上における前記トランスファーゲート部の上方から前記電荷転送部の上方に至る領域に、絶縁膜を介した状態で電極膜を積層形成するステップと、
前記電極膜の前記フォトダイオードからの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域に対して等方性エッチングを施し、当該部分を前記半導体基板の一方の主面から当該電極膜に向けた積層方向に対して逆テーパー状とするステップとを有する
ことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記フォトダイオードおよび前記電極膜を平面視する場合に、前記電極膜に対し隣接関係を有する第２の電極膜を形成するステップを有し、
前記逆テーパー状とするステップでは、前記電極膜における第２の電極膜に相対するコーナー部分を、前記積層方向において逆テーパー状とする
ことを特徴とする請求項５に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記逆テーパー状とするステップでは、前記電極膜の下方の絶縁膜をエッチングストッパとして、等方性エッチングを施す
ことを特徴とする請求項５または６に記載のＣＣＤ型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、ＣＣＤ型固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、読出電極の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．市場ニーズ
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの需要は年々高まる傾向にある。需要の増加につれ、カスタマー層も広がっている。現在こういったカスタマー層を含め、特に新たなカスタマー層の要望として画面に現れる偽信号、ノイズ等が改善されている高Ｓ／Ｎであり、かつ消費電力の少ないカメラが要求されている。そこでカメラに搭載されるＩＴ型およびＦＩＴ型のＣＣＤ型固体撮像装置もこういったカスタマーの要求にこたえられる構造が要求されている。
【０００３】
２．従来のＣＣＤ型固体撮像装置
そこで、従来構造のＣＣＤ型型固体撮像装置について、図８および図９を用い説明する。図８は、従来構造のＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置の構成の内、撮像画素およびその周辺の構成を示す平面図である。
図８に示すように、従来構造におけるＣＣＤ型固体撮像装置の撮像画素およびその周辺は、１画素あたり２電極７１２、７１３が配設されている。２電極７１２、７１３の一方の電極である読出電極７１２は、トランスファーゲートを介して、その一部がフォトダイオード７１１の上部にかかる状態となっている。ＣＣＤ型固体撮像装置では、これらの電極７１２、７１３を用いて垂直ＣＣＤ部において電荷を転送する際、通常、−６［Ｖ］〜−８［Ｖ］程度の負電圧と０［Ｖ］程度の中間電圧を交互に印加することにより電荷転送が実行される。さらに、２電極７１２、７１３の一方である読出電極７１２は、フォトダイオード７１１に蓄積された電荷を垂直ＣＣＤ部に読み出す際、１５［Ｖ］程度の電圧を印加することにより、読出電極７１２の下方領域にフォトダイオード７１１から電荷の転送を行う。
【０００４】
次に、図９は、従来構造のＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置における撮像画素およびその周辺の構造を示す模式断面図である。
図９に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置における撮像画素部およびその周辺では、ｎ型半導体基板７０の一方の主面からその厚み方向内方にかけてｐウェル７０１が形成されている。ｐウェル７０１内には、ｎ型半導体からなるフォトダイオード７１１およびｎ型半導体からなる垂直ＣＣＤ７２１が、互いに間隔をあけて形成されている。撮像画素部におけるフォトダイオード７１１と垂直ＣＣＤ７２１との間は、電荷を読み出すトランスファーゲートによって分離されている。
【０００５】
また、隣り合う撮像画素部間は、チャネルストップにより分離されている。
ｎ型半導体基板７０の表面上であって、トランスファーゲートから垂直ＣＣＤ７２１の上方領域には、ゲート絶縁膜７０２を間に挟んで、読出電極７１２が形成されている。読出電極７１２の上には、絶縁膜７０７を介した状態で、アルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）などからなる遮光膜７０３が形成されている。遮光膜７０３は、フォトダイオード７１１の上方においては、開口されている。遮光膜７０３は、ＰＳＧなどのシリコン酸化膜からなるカバー膜７０４で被覆されている。なお、図９に示すように、読出電極７１２における一端がチャネルストップ上まで形成されているのは、製造上の寸法バラツキによっても、読出電極７１２が垂直ＣＣＤ７２１の上方を確実に覆うようにするためである。即ち、仮に読出電極７１２の端部が垂直ＣＣＤ７２１の上方に位置するような場合には、電荷量の減少を招いてしまうためである。
【０００６】
カバー膜７０４の上には、平坦化膜７０５を介しマイクロレンズ７０６が形成されている。
次に、上記構成の従来構造に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法について、図１０を用い説明する。図１０は、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法の内、撮像画素部周辺の製造過程を示す断面図である。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造においては、ｎ型半導体基板７０上にｐウェル７０１を形成し、ｐウェル７０１内に、ｎ型半導体からなるフォトダイオード７１およびｎ型半導体からなる垂直ＣＣＤ７２を互いに間隔をあけた状態で形成する。これらの形成は、各領域に対して不純物を注入することにより実行される。
次に、図１０（ｂ）に示すように、ｎ型半導体基板７０上のｐウェル７０１の表面に対し、シリコン酸化膜７０２０を形成し、その上方であって垂直ＣＣＤ７２１の上部に相当する領域に読出電極７１２を形成する。この後、再酸化を行い、シリコン酸化膜による絶縁膜７０７０を形成する。
【０００８】
次に、図１０（ｃ）に示すように、読出電極７１２上に絶縁膜７０７を介した状態で遮光膜７０３を形成する。なお、垂直ＣＣＤ７２１と読出電極７１２との間は、ゲート絶縁膜７０２が介挿された状態となる。遮光膜７０３の形成には、アルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）などを用いることができる。また、遮光膜７０３およびフォトダイオード７１１の上方を覆う状態に、例えば、ＢＰＳＧからなるカバー膜７０４を形成する。その後、ＢＰＳＧ膜の形状を整える為リフロー工程を行う。この工程における熱処理温度は８００［℃］〜９５０［℃］である。このリフロー工程によりＢＰＳＧ膜は界面方向に凸形状となり、これが層内レンズと呼ばれるレンズの原型となる。
【０００９】
このような工程により図１０（ｃ）に係る構成のＣＣＤ型固体撮像装置の中間体が形成される。その後、平坦化膜７０５およびマイクロレンズ７０６を形成することで、ＣＣＤ型固体撮像装置が完成する（図９を参照）。
なお、従来構造に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、暗電流の低減を目的としてに、シリコン界面のダングリングボンドを終端する必要があり、水素を含むガス中で２５０［℃］〜４００［℃］前後のシンター処理が施される。この工程によりシリコン界面のダングリングボンドをＳｉ−Ｈ結合により終端する。この工程は、シリコン界面上に様々な層が形成される前に行った方がいいが、前述したリフロー工程の前には行うことができない。なぜなら、Ｓｉ−Ｈ結合は５５０［℃］〜６００［℃］でまた切断されるからである。
【００１０】
３．高Ｓ／Ｎ
カスタマーの要求であるＳ／Ｎを劣化させる大きな要因として、暗電流、白キズ及び白線の発生がある。主に白キズはフォトダイオード（ＰＤ）内で発生し画面上白い点として表示される。
一方、白線は、垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）内で発生する。暗電流、白キズ及び白線が発生する原因としては幾つかの要因が考えられるが、第一に表面または基板内の結晶欠陥、第二に強電界に起因すると考えられており、実際にはこれらが複合した現象により発生する。このことにより、結晶欠陥が発生しにくい製造工程が開発されており、また設計時にはデバイスシミュレーション等を用いて強電界が発生しにくい構造が検討されている。
【００１１】
４．消費電力
さて、カスタマーのもうひとつの大きな要求項目として消費電力の低減がある。その消費電力を下げるための一つの方法として垂直ＣＣＤ部の消費電力の低減が有効とされている。消費電力は転送周波数をｆ、読出電極７１２およびその直下の基板内プロファイルによって決定されるキャパシタ容量をＣ、読出電極７１２の駆動電圧幅をＶとするとき、ｋ×ｆ×ＣＶ２で示される値によって決定される（ｋ：段数等によって定まる一定の値）。垂直ＣＣＤ７２１の駆動電圧は、−６［Ｖ］〜−８［Ｖ］程度の負電圧と０［Ｖ］程度の中間電圧、さらに電荷検出部（ＦＤ）から垂直ＣＣＤ７２１に対し読み出す際には、１０［Ｖ］〜１５［Ｖ］程度の正電圧が印加される。このように垂直ＣＣＤ７２１には、読み出し時の電圧変動を除いても通常６［Ｖ］以上の電圧変動を行うことにより電荷の転送がなされる。よって、垂直ＣＣＤ７２１の駆動電位幅を下げることは、消費電力の低減に有力な方法である。ただし、駆動電圧幅を単純に下げた場合、転送する電荷量が減少する。そこでＱ＝ＣＶ＝ε×ε０×Ｓ／ｄ（ε：比誘電率、ε0：真空の誘電率、Ｓ：キャパシタの面積、ｄ：絶縁膜の膜厚）で表される電荷量を確保するためにはキャパシタ容量を上げることが有効な方法であり、そのため電極と界面の間に形成されるゲート絶縁膜７０２の薄膜化が検討されている。
【００１２】
５．従来における消費電力低減に向けての方策の問題点
ただし、上述のように、消費電力低減に向けて読出電極７１２の直下の絶縁膜７０２の膜厚を単純に薄くした場合には、読出電極７１２の側面下部における電界が高くなり、暗電流、白キズ及び白線が発生しやすくなる。これについて、図１１を用い説明する。
図９などに示すように、垂直ＣＣＤ７２１の周りは、チャネルストップと呼ばれる領域で囲まれており、垂直ＣＣＤ７１２で転送される電荷が、フォトダイオード７１１に漏れ難い構造になっている。このチャネルストップの領域は、一般には０［Ｖ］等の固定の電位に設置されている。
【００１３】
図１１（ｂ）に示すように、この構造において、ゲート絶縁膜７０２の膜厚を薄くすると、図１１（ａ）に示す膜厚が厚い場合と比較して、読出電極７１２から印加される正電圧によって変動する読出電極７１２の下部、界面下の電位の推移が読出電極７１２の直下に直に影響を与えやすくなり、界面において読出電極７１２の周辺部からの電位の緩やかな変化がなくなるため、読出電極７１２の直下において急峻に電位が変動する構造となる。このことから読出電極７１２の周辺部において電界が著しく高くなる。
【００１４】
ここで、界面部は、ゲート絶縁膜７０２の形成、複数回の不純物の注入により界面下部より結晶欠陥が密度高く形成されている。これらのことより結晶欠陥の発生しやすい界面部には、正電圧が印加された際、読出電極７１２の周辺部が高電界となり、暗電流、白キズ、白線が発生し易いことがわかる。このことは、特にフォトダイオード７１１から垂直ＣＣＤ７２１に読み出す期間において、読出電極７１２の周辺部で顕著に発生すると考えられている。これは、読み出しの期間には、通常よりも高い電圧が読み出しに要する電圧が電極に印加され、界面または界面下部の領域で読出電極７１２の側面外側の周辺部の電界が局所的に高くなるからである。
【００１５】
６．電界緩和の対処策および対処により発生する新たな課題および対応策
上記より、暗電流、白線低減には、読出電極７１２の側面外側の周辺部の電界を緩和することが有効であると考えられる。ただし、上記のように、絶縁膜７０２の膜厚を厚く形成した場合には、その領域でキャパシタ容量が小さくなり、また、読み出し領域においてゲート絶縁膜７０２の膜厚を厚くした場合には、さらなる電圧を印加することが必要となる。これより、電界を緩和するのに有効な領域は、局所的に高電圧を印加する領域であり、且つ、読み出し領域以外の領域となる。
【００１６】
この一つの方策として、読出電極における信号電荷の読み出し側とは反対側のゲート絶縁膜の膜厚を厚く形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。ここで提案されている技術について、図１２を用い説明する。
図１２に示すように、特許文献１で提案のＣＣＤ型固体撮像装置では、チャネルストップ部の上方に相当する部分のゲート絶縁膜７０２の膜厚が厚く形成されている（領域Ｉ）。この構造を用いることにより、読出電極８１２における信号電荷の読み出し側とは反対側の端周辺で局所的に電界が高くなるのを緩和することができ、さらにはゲート絶縁膜７０２の膜厚を厚くする領域（領域Ｉ）は、読出電極８１２のトランスファーゲートの対面チャネルストップの領域のみであることから、ゲート絶縁膜７０２の膜厚を厚くしたことによる垂直ＣＣＤ７２１の転送電荷量の減少がほとんどない。
【特許文献１】特開昭６３−２１７６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１で提案されている構成では、次のような問題がある。
まず第一に、所望の領域のみゲート絶縁膜７０２の膜厚を厚く形成する場合には、その領域に特化したエッチング工程が必要となる。第二に、この領域におけるエッチングは、半導体基板７０の界面に近いゲート絶縁膜７０２のエッチングであり、さらにその後、ポリシリコン電極のエッチングを追加して行うため、半導体基板７０の界面にダメージを与えやすい。このため、新たな結晶欠陥を発生させ、白線増加の原因になる。
【００１８】
第三に、上記の領域のみ残すエッチングは、狭いピッチのみ残すエッチングを必要とするため、高い精度のリソグラフィ、高度な制御を行いながら等方性エッチングすることが必要となる。第四に、チャネルストップ部の一部領域のみを選択的に絶縁膜７０２の膜厚を厚くする構造を採用する場合には、狭いピッチのみレジストを残すことが必要となるので加工が難しいという欠点がある。このような欠点を補うためには、右端のレジストをフォトダイオード７１１の領域まで広げて残す方法もあるがこの場合、右端の遮光膜７０３の端部のゲート絶縁膜７０２の膜厚が厚くなり斜め入射光によって発生する偽信号が増え結果、スミアが増大する。
【００１９】
本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、製造上の煩雑さを伴うことなく、スミアを悪化させず、且つ、読出電極の側面外側の周辺部における電界を低下させ、暗電流および白線などの垂直ＣＣＤに起因するノイズの低減を図ることが可能なＣＣＤ型固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、半導体基板の一方の主面から内方に向けての領域において、光電変換機能を有するフォトダイオードと、フォトダイオードで生じた信号電荷を読み出して一方向に転送する電荷転送部とが、互いの間にトランスファーゲート部を介した状態で半導体基板の主面に沿う方向に並設され、半導体基板の一方の主面上におけるトランスファーゲート部の上方から電荷転送部の上方に至るまでの領域に、絶縁膜を介した状態で読出電極が積層形成されてなる装置であって、読出電極は、フォトダイオードからの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域が、半導体基板の一方の主面から当該読出電極に向けた積層方向に対して逆テーパー状に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の一方の主面から内方に向けての領域に対し、光電変換機能を有するフォトダイオードと、フォトダイオードで生じた信号電荷を読み出して一方向に転送する電荷転送部とを、互いの間にトランスファーゲート部を介した状態で半導体基板の主面に沿う方向に並設するステップと、半導体基板の一方の主面上におけるトランスファーゲート部の上方から電荷転送部の上方に至る領域に、絶縁膜を介した状態で電極膜を積層形成するステップと、電極膜のフォトダイオードからの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域に対し等方性エッチングを施し、当該部分を半導体基板の一方の主面から当該電極膜に向けた電極膜の積層方向に対して逆テーパー状とするステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、読出電極における信号電荷の読み出し側とは反対側の端面の少なくとも一部領域を逆テーパー状にするので、読み出し時において読出電極の逆テーパー状に形成されてなる側面外側の領域の電界を緩和して、局所的に大きな電界が係るのを防ぐことで、これに起因する暗電流、白線が低減される。また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、上記読出電極の構成を採用するので、逆テーパー状とした領域のキャパシタ容量が低下することになり、転送可能な電荷量は低減するが、局所的、一時的に強電界がかかる領域のみを、この逆テーパー状にすることで実効的な電荷の減少をほとんどなくすことができる。
【００２３】
また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、上記特許文献１で提案されているような読出電極の下方の一部の絶縁膜の膜厚を厚くするような方策を採用しない。これにより、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する製造方法では、読出電極の形成において、読出電極の周辺部であって、且つ、読み出し側とは反対側の狭い領域に複数回のエッチングが重なることなく、また、加工の容易性という観点からも特に製造工程が煩雑になるものではなく、さらに、当該エッチングに起因する半導体基板の界面への余分なダメージを受けることもない。また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する場合には、上記エッチングに起因する新たな結晶欠陥が発生することがなく、白線が増加することもなく、絶縁膜自体を厚くするものではないことから、斜め入射光に起因する偽信号が増大することがなく、スミアが増大するという事態を生じることがない。
【００２４】
従って、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、製造上の煩雑さを伴うことなく、スミアを悪化させず、且つ、読出電極の側面外側の周辺部における電界を低下させ、暗電流および白線などの垂直ＣＣＤに起因するノイズの低減を図ることが可能である。
なお、上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の特徴である「読出電極における端面の逆テーパー状」とは、読出電極における他の端面に対して逆テーパー状の度合いが大きければよく、当該部分以外の端面におけるエッジが必ずしも９０［°］となっている必要はない。即ち、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、読出電極における逆テーパー状となっている端面のエッジが、他の端面における相当エッジに比べて鋭角になっている、という条件を満足すればよい。
【００２５】
上記優位性を有する本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、次のようなバリエーションを採用することが可能である。
上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、フォトダイオードおよび読出電極を平面視するとき、読出電極に対し隣接関係を有する第２の電極が配設されてなる構成を有し、読出電極における第２の電極に相対するコーナー部分が逆テーパー状となっているという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、暗電流および白線の発生をを低減することができるという観点から、より一層優位である。これは、読出電極における上記コーナー部分では両辺からの高い電界を受け電界が集中的に高くなりやすいが、このコーナー部分を逆テーパー状とすることにより、上記電界の緩和を行なうことができるためである。
【００２６】
また、上記バリエーションを採用する場合にも、読出電極の端面を逆テーパー状にする場合、その領域のキャパシタ容量は低下し転送可能な電荷量は低減するが、局所的、一時的に強電界がかかる領域のみを逆テーパー状にしているため実効的な電荷の減少がほとんどないという優位性も有する。
また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜上に形成した電極膜に対し、そのフォトダイオードからの信号電荷の読み出しの側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域を等方性エッチングし、これにより、断面における当該部分を逆テーパー状とするので、上記特許文献１に係る構成を採用する場合のように複数化のエッチングを行わなくてもよいので、エッチングに起因する欠陥を生じ難い。よって、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法では、暗電流および白線の少ないＣＣＤ型固体撮像装置を少ない工数で製造することが可能である。
【００２７】
また、本発明に係る製造方法を用い製造されるＣＣＤ型固体撮像装置では、読出電極が、その断面において、フォトダイオードからの信号電荷の読み出し側とは反対側に位置する端面の少なくとも一部領域が逆テーパー状に形成されるので、上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の優位性を有する。
上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法では、第２の電極膜に相対するコーナー部分を、逆テーパー状とすることが望ましい。これは、上述のように、読出電極における上記コーナー部分では両辺からの高い電界を受け電界が集中的に高くなりやすいが、このコーナー部分を逆テーパー状とすることにより、上記電界の緩和を行なうことができる。よって、このような製造方法を採用する場合には、暗電流および白線の発生を低減することができるという観点から、より一層優位なＣＣＤ型固体撮像装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成およびその作用・効果を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
１．装置の全体構成
図１に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１は、半導体基板１０上に、複数の撮像画素部１１と回路部とが形成されてなる。回路部は、撮像画素部１１で構成の列間にＹ軸方向に延伸配置された垂直ＣＣＤ部１２と、Ｘ軸方向に延伸配置された水平ＣＣＤ部１３と、これに続くアンプ部１４などからなる。このように、本実施の形態では、その一例として、インターライン（ＩＴ）−ＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する。
【００２９】
垂直ＣＣＤ領域１２は、光の入射を受けたフォトダイオードでの光電変換により生じる信号電荷を転送する機能を有する。垂直ＣＣＤ領域１２における信号電荷は、並列的に順次水平ＣＣＤ領域１３へ移され、アンプ領域１４を介し出力される。
２．撮像画素領域１１とその周辺領域の構成
図１に示す本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の構成の内、撮像画素領域１１とその周辺領域（Ａ部）の構成について、図２および図３を用い説明する。
【００３０】
図２に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１における撮像画素部１１は、光電変換機能を有するフォトダイオード１１１がマトリクス状に配設されている。また、各フォトダイオード１１１に対して隣接する状態に、２つの電極１１２、１１３が配設されている。２つの電極１１２、１１３の内、電極１１２がフォトダイオード１１１から垂直ＣＣＤ部１２へと信号電荷を読み出す際に用いられる電極であって、且つ、垂直ＣＣＤ部１２における転送電極として機能するものである。以下では、電極１１２を”読出電極１１２”と記載する。
【００３１】
一方、垂直ＣＣＤ部１２における信号電荷は、２つの電極１１２、１１３に対し、−６［Ｖ］〜−８［Ｖ］程度の負電圧と、０［Ｖ］程度の電圧との中間の電圧を交互に印加することにより電荷転送がなされる。また、読出電極１１２には、フォトダイオード１１１に蓄積された電荷を垂直ＣＣＤ部に読み出す際に、１５［Ｖ］程度の電圧が印加され、これにより読出電極１１２の下方領域にフォトダイオード１１１から電荷の転送がなされる。
【００３２】
次に、図３を用い本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の撮像画素領域の断面構造について説明する。
図３に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１の撮像画素領域では、ｎ型の半導体基板１０の一方の主面（図３では、上側主面）から厚み方向内方にかけてｐウェル１０１が形成されている。ｐウェル１０１内には、ｎ型半導体からなるフォトダイオード１１１と、ｎ型半導体からなる垂直ＣＣＤ１２１とが、互いに間隔をあけて基板表面に沿う方向（図３における左右方向）に並設されている。フォトダイオード１１１が形成された領域が、撮像画素領域における撮像画素１１に相当し、垂直ＣＣＤ１２１が形成された領域が、垂直ＣＣＤ部１２に相当する。図３において、フォトダイオード１１１で光電変換により生成された信号電荷は、トランスファーゲート１５を介して図３における右側に隣接する垂直ＣＣＤ１２１へと読み出されることになる。
【００３３】
なお、隣接する撮像画素どうしの間は、チャネルストップ部１６により分離されている。チャネル分離部１６は、ｐ型半導体からなるチャネルストップ膜１６１より構成されている。また、図３に示すように、読出電極１１２の右端（信号電荷の読み出し側とは反対側の端部）がチャネルストップ部１６の上方に配されているが、これは、製造上の寸法バラツキなどを考慮し、読出電極１１２が確実に垂直ＣＣＤ部１２の上方を覆うようにするためである。即ち、製造上のバラツキなどに起因して、読出電極１１２の右端が垂直ＣＣＤ部１２の上方でとまってしまう場合には、転送電荷量の減少を招くことになり、本実施の形態では、このような転送電荷量の減少を抑制するために上記形態を採用している。
【００３４】
半導体基板１０におけるｐウェル１０１の主面上には、読出電極１１２の下に相当する部分にゲート絶縁膜１０２が形成されている。また、読出電極１１２を覆う状態で絶縁膜１０７が形成されている。読出電極１１２の上側面には、絶縁膜１０７を介した状態で遮光膜１０３が形成され、これを覆うようにカバー膜１０４が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜１０２の厚みｔは、１０［ｎｍ］〜１００［ｎｍ］である。
【００３５】
遮光膜１０３は、アルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）などからなり、フォトダイオード１１１の上方は開口された状態となっている。カバー膜１０４は、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）などのシリコン酸化物からなり、フォトダイオード１１１の上方も含めて被覆している。
図３に示すように、カバー膜１０４上には、平坦化膜１０５を介した状態でマイクロレンズ１０６が形成されている。
【００３６】
ＣＣＤ型固体撮像装置１では、フォトダイオード１１１に光が入射することで信号電荷が生成され、生成された信号電荷は読出電極１１２に、例えば１５［Ｖ］程度の電圧を印加されることでトランスファーゲート部１５を介して右側に隣接する垂直ＣＣＤ１２１に転送される。
３．読出電極１１２の構造
図３の拡大部分に示すように、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、読出電極１１２の一方の端面が、逆テーパー状に形成されている。具体的には、ＣＣＤ型撮像装置１では、読出電極１１２において、信号電荷の読み出し側（図３における左側）とは反対側（図３における右側）の端面が逆テーパー状となっている。ここで、逆テーパー状とは、図３に示すような断面においての形状であって、半導体基板１０の側から図３の上方に向けてオーバーハングした状態となっており、図３の拡大部分において、角度θが３０［°］〜６０［°］程度の範囲となっている。これは、後述の製造時におけるエッチング条件などによって規定されるものであり、少なくとも逆テーパー状となる端面の下側コーナーがチャネルストップ部１６の上方に位置するようにしている。
【００３７】
また、図３に示すように、読出電極１１２におけるもう一方の端面は、略垂直に形成されており、製造上のバラツキ等を考慮した場合にも、読み出し側とは反対側の端面の方が、より逆テーパー状となっている。なお、読出電極１１２における逆テーパー状となっているのは、図２において、クロスハッチングを付しているＣ部分となっている。このように、読出電極１１２における信号電荷の読み出し側とは反対側の端面を、図３の拡大部分に示すように”逆テーパー状”とすることによって、その周辺部分における電界の緩和をなすことができる。よって、読出電極１１２の下方における絶縁膜１０２の膜厚を薄く設定した場合にあっても、電極１１２におけるチャネルストップ部１６側の端面の周辺における電界を緩和し、消費電力を低く抑えながら、暗電流および白線の発生を有効に低減できる。
【００３８】
なお、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、読出電極１１２における信号電荷の読み出し側とは反対側の端面を逆テーパー状としているが、この部分がチャネルストップ部１６の上方に位置することから、電界の緩和による電荷量の減少というような新たな問題を招ずることはほとんどない。
４．優位性の確認
次に、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１が有する上記優位性について、図４を用い確認する。図４は、横軸が垂直ＣＣＤ内の電界値の範囲を示し、縦軸が各電界値を実現するために必要となる電極下の体積を示す。確認においては、本実施の形態に係る構成のＣＣＤ型固体撮像装置１の構成を採用するものを実施例とし、図９に示す従来構成を採用するものを比較例とした。
【００３９】
図４に示すように、垂直ＣＣＤ内の電界が３Ｅ５〜４Ｅ５［Ｖ／ｃｍ］のときには、実施例の体積は６．６９Ｅ−１５［ｃｍ３］となっており、比較例の体積７．０５Ｅ−１５［ｃｍ３］よりも少なくてよいことが分かる。即ち、垂直ＣＣＤ内の電界が３Ｅ５〜４Ｅ５［Ｖ／ｃｍ］のときには、実施例の体積が比較例の体積に比べて、略５［％］少なくてもよいことが分かる。
【００４０】
また、垂直ＣＣＤ内の電界が４Ｅ５〜５Ｅ５［Ｖ／ｃｍ］のときには、実施例の体積が比較例の体積に比べて、略１１［％］少なくてもよく、電界が５Ｅ５［Ｖ／ｃｍ］よりも大きいときには、略８［％］少なくてもよい。
以上より、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１のように、読出電極１１２におけるチャネルストップ部１６側の端面（読み出し側とは反対側の端面）を逆テーパー状とすることで、図９に示す従来の構成のＣＣＤ型固体撮像装置に比べて、体積を５〜１１［％］低減することが可能である。
【００４１】
５．ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法
次に、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法について、図５を用い説明する。なお、図５では、製造方法中で本実施の形態の要部となる撮像画素部１１の製造方法のみを工程順に示す。
図５（ａ）に示すように、ｎ型の半導体基板１０に対し、その一方の主面から基板厚み方向内方に向けての領域にｐウェル１０１を形成する。そして、ｐウェル１０１内に、ｎ型のフォトダイオード１１１と、ｎ型の垂直ＣＣＤ１２１とを、間に間隔をあけて形成する。フォトダイオード１１１および垂直ＣＣＤ１２１は、ｐウェル１０１に対して不純物を注入することによって形成される。ここで、フォトダイオード１１１と垂直ＣＣＤ１２１との間は、トランスファーゲート部１５（図３を参照。）としての機能を有することになる。
【００４２】
また、トランスファーゲート部１５とは垂直ＣＣＤ１２１を挟んだ反対側には、高濃度のｐ型不純物からなるチャネルストップ膜１６１が形成され、これにより隣り合う撮像画素部１１との分離がなされている。
図５（ｂ）に示すように、上記フォトダイオード１１１や垂直ＣＣＤ１２１が形成されてなる半導体基板１０の主面上に、シリコン酸化膜を形成し、その上であって、トランスファーゲート部の上方から垂直ＣＣＤ１２１の上方を通りチャネルストップ膜１６１の上方に至る領域に電極準備膜１１２０を形成する。シリコン絶縁膜は、電極準備膜１１２０の下の部分がゲート絶縁膜１０２に相当する。
【００４３】
電極準備膜１１２０は、例えば、ポリシリコンを用い形成される。そして、電極準備膜１１２０に対し再酸化を実行し、シリコン酸化膜１０７０を形成する。ここで、電極準備膜１１２０に関しては、後述のエッチング工程を考慮して、隣接するフォトダイオード１１１の上方にまで達する状態に広い状態で形成しておく。
次に、図５（ｃ）に示すように、電極準備膜１１２０の上方に対しマスク５００を形成する。そして、電極準備膜１１２０におけるチャネルストップ部の上方の一部と隣接するフォトダイオード１１１の上方まで広がった部分に対し、エッチング処理を施す。このときのエッチングには、図５（ｂ）の際に電極準備膜１１２０を形成するのに用いるエッチングよりも等方的なエッチングとする。例えば、図５（ｃ）における工程で用いるエッチングには、次のようなものを用いる。ここで、当該エッチングに際しては、電極準備膜１１２０下方のゲート絶縁膜１０２がエッチングストッパとして機能する。
【００４４】
上記のように、等方性のエッチングを実行することによって、図５（ｃ）の拡大部分に示すように、端面１１２ｆが逆テーパー状となった読出電極１１２が形成される。なお、読出電極１１２における逆テーパー状となった端面のエッジの角度は、上述のように、エッチングあるいはそれに関する各部の材質などによって変化するが、端面１１２ｆの下端の辺（下側コーナー）が少なくともチャネルストップ部の上方に位置するように諸条件を設定する。
【００４５】
図５（ｄ）に示すように、読出電極１１２上のマスク５００を除去した後、絶縁膜１０７、遮光膜１０３、およびカバー膜１０４を順に積層形成する。遮光膜１０３の形成には、アルミニウム（Ａｌ）またはタングステン（Ｗ）からなり、また、カバー膜１０４は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）からなり、リフローの実行によって形状が整えられて形成される。遮光膜１０３の形成に際しては、フォトダイオード１１１の上方が開口された状態とする。
【００４６】
カバー膜１０４の形成時におけるリフロー温度は、例えば、８００［℃］〜９５０［℃］である。このリフローを実行することにより、カバー膜１０４は、フォトダイオード１１１の上方部分が下向きに（フォトダイオード１１１の側に向けて）凹んだ状態となる。この部分は、上に平坦化膜１０５（図３を参照。）が形成されることにより層内レンズとして機能することになる部分である。
【００４７】
次に、ＣＣＤ型固体撮像装置１におけるフォトダイオード１１１での暗電流の発生を抑制するために、シリコン界面のダングリングボンドを終端する。具体的には、水素を含むガス雰囲気中で２５０［℃］〜４００［℃］前後のシンター処理を実行することにより、シリコン界面のダングリングボンドをＳｉ−Ｈ結合することで終端する。
なお、ダングリングボンドの終端については、様々な膜形成を行う前の段階で行なうことが望ましいのであるが、Ｓｉ−Ｈ結合の切断温度が５５０［℃］〜６００［℃］であることを考慮し、上記リフロー工程の前に行うことはできない。
【００４８】
最後に、図示を省略するが、図５（ｄ）に示すカバー膜１０４の上側に、平坦化膜１０５およびマイクロレンズ１０６を順に積層する。これにより、図３に示す本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１が完成する。
以上のように、本実施の形態では、電極準備膜１１２０に対しゲート絶縁膜１０２をエッチングストッパとする等方性エッチングを実行することによって、逆テーパー状の端面１１２ｆを形成することができる。このため、上記特許文献１で提案されているような微細で高精度での絶縁膜のエッチングを実行する必要がなく、製造上における煩雑さを伴わない。また、その際の半導体基板１０界面にダメージを受け難く、結晶欠陥が招じ難い。このため、このような製造工程に起因する白線の増加等を生じることがない。
（実施の形態２）
実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置について、図６および図７を用い説明する。なお、本実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置の本質的な特徴部分は読出電極の構成であり、それ以外の部分については上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同一であるので、その図示および説明を省略する。
【００４９】
図６に示すように、フォトダイオード１１１の配置および電極２１２、１１３の配置などについては、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同様である。本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置で特徴となるのは、クロスハッチングを付した領域Ｆにおける読出電極２１２の断面形状にある。
図７（ｂ）の拡大部分に示すように、領域Ｆにおける読出電極２１２の端面は、逆テーパー状に形成されている。それに対し、読出電極２１２における端面の他の部分は、略垂直に形成されている（図７（ａ）を参照）。即ち、本実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、読出電極２１２における信号電荷の読み出し側とは反対側の端面の全部が逆テーパー状となっているのではなく、その内の電極１１３と向き合うコーナ部分（図６の領域Ｆ内の部分）だけが逆テーパー状となっている。このように、端面２１２ｆの一部を逆テーパー状とするのは、次のような理由によるものである。
【００５０】
電極１１３には、読み出し電圧の印加中においてはビンニング状態とするために、約０［Ｖ］の電圧が印加される。これより、読み出し電圧の印加中において、読出電極２１２と電極１１３との間には、約１５［Ｖ］の電位差が生じる。このため、図８および図９で示す従来構成のＣＣＤ型固体撮像装置では、読み出し電圧の印加中には上記コーナー部分での電界が著しく高くなる。これに対して、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、読出電極２１２における上記コーナー部分（領域Ｆ）を逆テーパー状としているので、読み出し電圧の印加中での電界の緩和がなされる。
【００５１】
従って、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置においても、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同様に、白キズおよび白線の発生を低減可能であるとともに、従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置に対する電荷量の減少も抑えることができる。
なお、図７（ｂ）に示す逆テーパー状の端面２１２ｆのエッジ角度θは、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同様に、３０［°］〜６０［°］程度の範囲とすることが望ましい。ただし、本実施の形態においても、図７（ｂ）において、読出電極２１２の端面２１２ｆの逆テーパー状になっている部分での下側コーナーがチャネルストップ部の上方に収まっていることが望ましい。
【００５２】
なお、図６および図７に示すように、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、読出電極２１２以外の各構成要素に関しては、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１とかわるところがないので、説明を省略する。また、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法については、読出電極２１２を形成する際の等方性エッチングの範囲を上記コーナー部分に限定することで可能となる。
（その他の事項）
上記実施の形態１、２については、本発明の本質的な特徴を説明するために用いた一例であって、本発明の本質的特徴となる部分以外の各構成については、何ら限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態１、２では、ＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置を一例として採用したが、これ以外にも、ＦＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置に対しても同様の構成を採用することが可能であって、その場合にも、上記効果を奏することができる。
【００５３】
また、上記実施の形態１、２で用いた一例としての各構成材料などについても、これに限定はされない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、出力画像の画質が良好であることが求められるビデオムービーやディジタルスチルカメラ、携帯電話機用などのカメラ、医療機器用のカメラおよび監視用カメラなどに用いられるＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置やＦＩＴ−ＣＣＤ型固体撮像装置などを実現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の全体構成を示す模式ブロック図である。
【図２】ＣＣＤ型固体撮像装置１の構成の内、撮像画素部１１および周辺の構成を示す模式平面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ’断面を示す模式断面図である。
【図４】読み出し状態におけるＶＣＣＤ内領域電界とＸ軸の規定の電界となる体積との関係を示す特性図である。
【図５】ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造過程の内、主に読出電極１１２の形成方法を示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成の内、撮像画素部周辺の構成を示す模式平面図である。
【図７】（ａ）は、図６のＤ−Ｄ’断面を示す模式断面図であり、（ｂ）は、図６のＥ−Ｅ’断面を示す模式断面図である。
【図８】従来構成１に係るＣＣＤ型撮像装置の構成の内、撮像画素領域周辺の構成を示す模式平面図である。
【図９】図８のＧ−Ｇ’断面を示す模式断面図である。
【図１０】従来構成１に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造過程の内、主に読出電極７１２の形成方法を示す断面図である。
【図１１】従来構成１において、絶縁膜７０２の膜厚と表面電位との関係を示す特性図である。
【図１２】従来構成２に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成の内、撮像画素領域周辺の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１．ＣＣＤ型固体撮像装置
１０.半導体基板
１１．撮像画素部
１２．垂直ＣＣＤ部
１３．水平ＣＣＤ部
１４．アンプ部
１５．トランスファーゲート部
１６．チャネルストップ部
１０１．ｐウェル
１０２．ゲート絶縁膜
１０３．遮光膜
１０４．カバー膜
１０５．平坦化膜
１０６．マイクロレンズ
１０７．絶縁膜
１１１．フォトダイオード
１１２、２１２．読出電極
１２１．垂直ＣＣＤ
１６１．チャネルストップ膜
５００．マスク
１１２０．電極準備膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008016484.tif 000011
【図１０】
2008016484.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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