(57)【要約】【課題】フォトダイオードが形成されている領域の基板表面近辺において、結晶欠陥などに起因する界面準位の増加によって発生するリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止する固体撮像装置を提供する。【解決手段】第１導電型半導体領域３０１と、前記第１導電型半導体領域３０１に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域３０２と、前記第１導電型半導体領域３０１上にゲート絶縁膜３０４を介して形成され、前記第２導電型信号蓄積領域３０２上の領域を覆うよう形成されたゲート電極３０５とを具備したことを特徴とする固体撮像装置である。【選択図】　図１
2004134685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記第２導電型信号蓄積領域上の領域を覆うよう形成されたゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域内に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域と、
前記第２導電型信号蓄積領域上で前記第１導電型半導体領域の表面領域に形成された、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型シールド領域と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記第２導電型信号蓄積領域及び前記第１導電型シールド領域上の領域を覆うよう形成されたゲート電極とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜の厚さは、８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
信号電荷を蓄積する信号蓄積領域を有する光電変換部とこの光電変換部からゲート電極によって信号電荷を読み出す読み出しトランジスタとを少なくとも有する単位セルが複数配置されることによって構成されている撮像領域と、
前記撮像領域の周辺に配置された周辺回路部を有する固体撮像装置において、
前記読み出しトランジスタのゲート電極は、前記光電変換部の前記信号蓄積領域を覆うように形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換部は、
第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換部は、
第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域内に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域と、
前記第２導電型信号蓄積領域上で前記第１導電型半導体領域の表面領域に形成された、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型シールド領域によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記信号蓄積領域の少なくとも一部上の前記ゲート電極は、他の部分よりも薄く形成されており、前記ゲート電極の表面に段差が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
薄く形成された前記ゲート電極部分の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記ゲート電極の端部は、前記信号蓄積領域の外側に形成されている素子分離領域上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
第１導電型半導体領域に、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域を形成する工程と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して導電体を形成する工程と、前記導電体をドライエッチングし、前記第２導電型信号蓄積領域上の領域を覆うゲート電極を形成する工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
第１導電型半導体領域内に信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域を形成する工程と、
前記第２導電型信号蓄積領域上で前記第１導電型半導体領域の表面領域に、前記第１導電型半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型シールド領域を形成する工程と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して導電体を形成する工程と、前記導電体をドライエッチングし、前記第２導電型信号蓄積領域及び前記第１導電型シールド領域上の領域を覆うゲート電極を形成する工程とを具備したことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記信号蓄積領域の少なくとも一部上の前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜が露出しないようにエッチングして、前記ゲート電極の表面の一部に窪みを持つ段差を形成する工程をさらに具備したことを特徴とする請求項１０または１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ゲート電極に段差を形成する工程は、前記ゲート電極の窪んで薄く形成された部分の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さとなるようエッチングすることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に係り、特に信号蓄積領域から信号を読み出す読み出しトランジスタの電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置としては、ＣＣＤ型固体撮像装置とＭＯＳ型固体撮像装置が知られている。近年、ＭＯＳ型固体撮像装置では、同一基板上に撮像素子、走査回路、レジスタ回路、タイミング回路、ＡＤ変換回路、ＤＳＰなどの多種の周辺回路をＣＭＯＳプロセスによって同時に形成し、システムの縮小化や工程数の削減を行っている。また、撮像素子及び他の周辺回路において、基板の上表面に対して、横方向及び縦方向のさらなる微細化が進められている。
【０００３】
図１４に、従来の固体撮像装置における単位セルのレイアウトを示す平面図を示す。図１５に、図１４の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図を示す。また、図１６に他の例を示し、図１４の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図を示す。ここで、単位セルとは、信号を蓄積するフォトダイオード，信号を読み出す読み出しトランジスタ，信号を増幅する増幅トランジスタ，信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ，フォトダイオードの信号電荷をリセットするリセットトランジスタから構成されている。
【０００４】
図１４に示すように、フォトダイオード１４０１から、ドレイン１４０６が延びており、ドレイン１４０６下には、フォトダイオード１４０１側から順に、読み出しゲート１４０２，リセットゲート１４０５，増幅ゲート１４０３，水平アドレスゲート１４０４が、ドレイン１４０６と垂直に形成されている。また、図１５に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰウェル１４０７に、信号蓄積領域１４０８及び素子分離領域１４１０が形成され、Ｐウェル１４０７上にゲート絶縁膜１４０９を介して読み出しゲート１４０２が形成されている。また、読み出しゲート１４０２と離間して、リセットゲート１４０５が形成されている。読み出しゲート１４０２をオンすることによって、信号蓄積領域１４０８に蓄積された信号電荷を読み出すことができる。
【０００５】
さらに、図１６に、信号蓄積領域上にシールド領域を有した固体撮像装置の他の例を示す。図１６に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰウェル１４０７に、信号蓄積領域１４０８が形成され、信号蓄積領域１４０８上のＰウェル表面領域に、シールド領域１４１１が形成されている。シールド領域１４１１は、Ｐウェル１４０７に形成された素子分離領域１４１０に接続されている。また、Ｐウェル１４０７上に、ゲート絶縁膜１４０９を介して読み出しゲート１４０２が形成されている。また、読み出しゲート１４０２と離間してリセットゲート１４０５が形成されている。
【０００６】
シールド領域１４１１は、素子分離領域１４１０に接しており、接地されているため、シールド領域１４１１を設けることによって、基板表面で発生する雑音電荷をフォトダイオード内に蓄積しにくい構成となっている。また、信号電荷は、シールド領域１４１１が上部に形成されていない信号蓄積領域１４０８の部分から、読み出しゲートによって読み出すことができる。
【０００７】
次に、図１７及び図１８を用いて、図１５に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。図１７（ａ）に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰウェル１４０７にＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子分離領域１４１０を形成する。Ｐウェル１４０７上にゲート絶縁膜１４０９を形成する。次に、図１７（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１４０９上にポリシリコン層１４１２を形成する。次に、図１８（ｃ）に示すように、ポリシリコン層１４１２上にレジストを塗布し、読み出しゲートを形成する予定の領域上にレジストパターン１４１３ａを形成し、続いて、ポリシリコン層１４１２を異方性ドライエッチング（ＲＩＥ）し、読み出しゲート１４０２を形成する。次に、図１８（ｄ）に示すように、レジストパターン１４１３ａを除去し、信号蓄積領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン１４１３ｂを形成し、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル１４０７の表面領域に信号蓄積領域１４０８を形成する。
【０００８】
また、図１９及び図２０を用いて、他の例である図１６に示した固体撮像装置の製造方法を説明する。図１９（ａ）に示すように、基板（図示しない）上に形成されたＰウェル１４０７にＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子分離領域１４１０を形成する。次に、信号蓄積領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン１４１３ｃを形成し、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル１４０７内に信号蓄積領域１４０８を形成する。次に、図１９（ｂ）に示すように、レジストパターン１４１３ｃを除去し、シールド領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン１４１３ｄを形成し、続いて、Ｐ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル１４０７の表面領域にシールド領域１４１１を形成する。
【０００９】
次に、図２０（ｃ）に示すように、レジストパターン１４１３ｄを除去し、Ｐウェル１４０７上にゲート絶縁膜１４０９を形成し、ゲート絶縁膜１４０９上にポリシリコン層１４１２を形成する。次に、図２０（ｄ）に示すように、ポリシリコン層１４１２上にレジストを塗布し、読み出しゲートを形成する予定の領域上にレジストパターン１４１３ｅを形成し、続いて、ポリシリコン層１４１２を異方性ドライエッチングし、読み出しゲート１４０２を形成する。この種の固体撮像装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１５０８４７号公報（図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した固体撮像装置はアナログ回路であり、雑音による感度の減少が問題となっている。雑音の主な要因の一つは、信号を蓄積するフォトダイオードで発生するリーク電流であり、このリーク電流は、半導体基板の表面付近に生じた結晶欠陥、結晶配列の乱れ、重金属汚染などによって界面準位が増加し、偽信号電荷が生成されることによって発生する。リーク電流の発生によって生じる再生画面上の雑音は、画質を著しく劣化させる。
【００１２】
また、上記した固体撮像装置では、基板上の他の領域にＣＭＯＳプロセスによって、ＤＳＰなどの回路が同時に形成されており、縦方向及び横方向へのさらなる微細化が進められている。さらなる微細化が進められるにつれて、ゲート絶縁膜等の膜も薄膜化して形成されている。
【００１３】
ゲート絶縁膜が薄膜化していくと、図１８（ｃ）及び図２０（ｄ）において、ポリシリコン層１４１２を異方性ドライエッチングによってエッチングする際、図１８（ｃ）及び図２０（ｄ）の破線で示すように、Ｐウェル１４０７の表面近辺に大きな損傷を与えやすくなるという問題があった。これまでは、Ｐウェル１４０７の表面近辺に大きな損傷を生じないよう、エッチング条件（エッチング比など）の選択を行うことによって対応していたが、さらにゲート絶縁膜の薄膜化が進められていくと、エッチング条件の選択等では解決できなくなる可能性がある。Ｐウェル１４０７の表面近辺に生じる大きな損傷は、結晶欠陥や結晶配列の乱れを引き起こし、界面準位の増加によるリーク電流を発生させる。
【００１４】
本発明は、上記した問題点を解決すべくなされたもので、ドライエッチングなどの衝撃によって生じる基板表面近辺の損傷によるリーク電流の発生を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することが可能となる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するための本発明の固体撮像装置の一形態は、第１導電型半導体領域と、
前記第１導電型半導体領域に形成された、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成され、前記第２導電型信号蓄積領域上の領域を覆うよう形成されたゲート電極とを具備している。
【００１６】
また、上記した目的を達成するための本発明の固体撮像装置の一形態は、信号蓄積領域を有する光電変換部とこの光電変換部からゲート電極によって信号電荷を読み出す読み出しトランジスタと、信号電荷を排出するリセットトランジスタとを少なくとも有する単位セルが複数配置されることによって構成されている撮像領域と、
前記撮像領域の周辺に配置された周辺回路部を有する固体撮像装置において、
前記読み出しトランジスタのゲート電極は、前記光電変換部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、上記した目的を達成するための本発明の固体撮像装置の製造方法の一形態は、第１導電型半導体領域に、信号電荷を蓄積する第２導電型信号蓄積領域を形成する工程と、
前記第１導電型半導体領域上にゲート絶縁膜を介して導電体を形成する工程と、前記導電体をドライエッチングし、前記第２導電型信号蓄積領域上の領域を覆うゲート電極を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
上記した本発明の一形態によれば、少なくとも信号蓄積領域上の領域を覆うようにゲート電極を形成しているため、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを引き起こしにくく、界面準位の増加によって発生するリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１乃至図７に本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置を示す。
図２に、固体撮像装置の単位セルの回路構成を示す図を示し、図３に、固体撮像装置の単位セルのレイアウトを示す平面図を示す。ここで、単位セルは、光電変換部である信号を蓄積するフォトダイオードと、信号走査回路部である信号を読み出す読み出しトランジスタ，信号を増幅する増幅トランジスタ，信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ，フォトダイオードの信号電荷をリセットするリセットトランジスタから構成されている。
【００２０】
図２に示すように、読み出しトランジスタ２のゲート（読み出しゲート）をオンすることによって、信号電荷が蓄積されているフォトダイオード１の信号を読み出す。水平方向に配線されている水平アドレス線６は垂直選択トランジスタ４のゲート（水平アドレスゲート）に接続されており、信号を読み出すラインを選択する。リセットアドレス線７は、リセットトランジスタ５のゲート（リセットゲート）に接続されている。また、増幅トランジスタ３のゲート（増幅ゲート）は、読み出しトランジスタ２のドレインに接続されており、増幅トランジスタ３のソースは、垂直選択トランジスタ４のソースに接続されている。増幅トランジスタ３のドレインは、電源９のＶＤＤに接続されている。
【００２１】
図３に示すように、フォトダイオード１−１からドレイン９−１が延びており、ドレイン９−１下には、フォトダイオード１−１側から順に、読み出しゲート２−１，リセットゲート７−１，増幅ゲート３−１，水平アドレスゲート６−１が、ドレイン９−１と垂直に形成されている。
【００２２】
図１に、図３の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図を示す。図１に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰウェル３０１に、信号蓄積領域３０２が形成され、信号蓄積領域３０２の一部上のＰウェル３０１の表面領域にシールド領域３０３が形成されている。また、シールド領域３０３に接するように、素子分離領域３０７が形成されている。Ｐウェル３０１上には、ゲート絶縁膜３０４を介して読み出しゲート３０５が形成され、読み出しゲート３０５と離間して、リセットゲート３０６が形成されている。光電変換部であるフォトダイオードは、Ｐウェル３０１及び信号蓄積領域３０２によって構成されている。ここで、Ｐウェル３０１は、半導体基板上に形成されているウェルに限定されず、Ｐ型半導体基板であってもかまわない。シールド領域３０３は、素子分離領域３０７に接しており、接地されているため、シールド領域３０３を設けることによって、基板表面で発生する雑音電荷をフォトダイオード内に蓄積しにくい構成となっている。また、信号電荷は、シールド領域３０３が上部に形成されていない信号蓄積領域３０２の部分から、読み出しゲートをオンすることによって読み出すことができる。
【００２３】
読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されている。読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に形成されており、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって配置されている。読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されていればよいが、読み出しゲート３０５をドライエッチングする際に、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込む可能性があるため、読み出しゲート３０５の端部は素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度のわずかな合わせ余裕を有するよう配置されていることが好ましい。
【００２４】
また、図４に、固体撮像装置の基本構成の概要を示す。同一基板上に、単位セルを複数配置した撮像領域が形成され、その周辺に周辺回路部として、走査回路、ＡＤ変換回路、ＤＳＰなどの多種の回路が形成されている。これらの回路はＣＭＯＳプロセスによって同時に形成されている。
【００２５】
次に、図５及び図６を用いて本実施の形態に係る図１に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。図５（ａ）に示すように、基板（図示しない）上に形成されたＰウェル３０１に酸化膜などの絶縁膜によって、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子分離領域３０７を形成する。次に、信号蓄積領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン３０８ａを形成し、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル３０１内に信号蓄積領域３０２を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン３０８ａを除去し、シールド領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン３０８ｂを形成し、Ｐ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル３０１の表面領域にシールド領域３０３を形成する。
【００２６】
次に、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン３０８ｂを除去し、Ｐウェル３０１上にゲート絶縁膜３０４を形成し、ゲート絶縁膜３０４上にポリシリコン層３０９を形成する。ゲート絶縁膜３０４は、８ｎｍ以下の厚さで形成することができる。ここでは、ゲート絶縁膜３０４の厚さは、７ｎｍ程度である。または、それ以下の薄膜であってもかまわない。ＤＳＰなどの周辺回路部に形成されているゲート絶縁膜の厚さと同程度（例えば２．５μｍ程度）の厚さで形成してもよい。次に、図６（ｄ）に示すように、ポリシリコン層３０９上にレジストを塗布し、少なくとも読み出しゲート及びシールド領域を形成する予定の領域と信号蓄積領域３０２上の領域にレジストパターン３０８ｃを形成する。続いて、ポリシリコン層３０９を異方性ドライエッチングし、読み出しゲート３０５を形成する。このとき、他のゲートであるリセットゲート３０６なども同時に形成する。
【００２７】
本実施の形態においては、読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されている。したがって、読み出しゲート３０５をドライエッチングする際、読み出しゲート３０５に覆われている領域には損傷がほとんど生じないため、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面の近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを起こしにくい構造になっている。よって、工程の追加を行う必要もなく、容易に界面準位の増加によって発生するリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。また、読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって形成されているため、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込むことを抑止することができ、より確実にリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。なお、信号蓄積領域３０２の形成されていない側のＰウェル３０１の表面近辺は、電荷の蓄積時間が短いため、界面準位の増加によるリーク電流はほとんど発生しない。
【００２８】
本実施の形態では、素子分離領域に接するように、シールド領域が形成されている例を記載したが、図７に示すように、シールド領域が形成されていない場合にも適用することができる。このような構成の固体撮像装置では、ドライエッチングによる基板表面の近辺の損傷が、直接、信号蓄積領域に加わるため、結晶欠陥や結晶配列の乱れが大きく、リーク電流が多く発生する。読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２上の領域を覆うように形成されているため、読み出しゲート３０５をドライエッチングする際、読み出しゲート３０５に覆われている領域には損傷がほとんど生じない。よって、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを起こしにくい構造になっている。したがって、工程の追加もなく、容易に界面準位の増加によって発生するリーク電流を大幅に低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。
【００２９】
また、読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって形成されていることが好ましい。このように、読み出しゲート３０５の端部を、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕を有するよう配置することによって、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込むことを抑止することができ、より確実にリーク電流を大幅に低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。
（第２の実施の形態）
図８乃至図１３に本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置装置を示す。固体撮像装置の単位セルの回路構成は、第１の実施の形態で示した図２と同じである。図８に、固体撮像装置の単位セルのレイアウトを示す平面図を示す。
【００３０】
図８に示すように、フォトダイオード１−１からドレイン９−１が延びており、ドレイン９−１下には、フォトダイオード１−１側から順に、読み出しゲート２−１，リセットゲート７−１，増幅ゲート３−１，水平アドレスゲート６−１が、ドレイン９−１と垂直に形成されている。
【００３１】
図９に、図８の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図を示す。図９に示すように、半導体基板（図示しない）上に形成されたＰウェル３０１に、信号蓄積領域３０２が形成され、信号蓄積領域３０２の一部上のＰウェル３０１の表面領域にシールド領域３０３が形成されている。また、シールド領域３０３に接するように、素子分離領域３０７が形成されている。Ｐウェル３０１上には、ゲート絶縁膜３０４を介して読み出しゲート３０５が形成され、読み出しゲート３０５と離間して、リセットゲート３０６が形成されている。読み出しゲート３０５には、凹部９０１が形成されている。光電変換部であるフォトダイオードは、Ｐウェル３０１及び信号蓄積領域３０２によって構成されている。
【００３２】
ここで、Ｐウェル３０１は半導体基板上に形成されたウェルに限定されず、Ｐ型半導体基板であってもかまわない。シールド領域３０３は、素子分離領域３０７に接しており、接地されているため、シールド領域３０３を設けることによって、基板表面で発生する雑音電荷をフォトダイオード内に蓄積しにくい構成となっている。また、信号電荷は、シールド領域３０３が上部に形成されていない信号蓄積領域３０２の部分から、読み出しゲートをオンすることによって読み出すことができる。読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されている。読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に形成されており、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって配置されている。読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されていればよいが、読み出しゲート３０５をドライエッチングする際に、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込む可能性があるため、読み出しゲート３０５の端部は素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度のわずかな合わせ余裕を有するよう配置されていることが好ましい。
【００３３】
また、読み出しゲート３０５の表面には凹部９０１が形成されている。読み出しゲート３０５の厚さは例えば２００ｎｍであり、凹部９０１の厚さは例えば５０ｎｍである。厚さが２００ｎｍ程度以下の読み出しゲート３０５であれば、吸収係数が大きい短波長の光（青色光）であっても、吸収による感度の劣化は少ない。また、エッチングダメージが内部に入り込むことを抑止するために、凹部９０１の厚さは、１０ｎｍ以上であることが好ましい。よって、厚さが５０ｎｍの凹部９０１を形成することによって、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面の近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを引き起こしにくくするとともに、吸収係数が大きい短波長の光（青色光）の感度をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、凹部９０１は、制御電極としての機能を有する読み出しゲート３０５の一部を残して、それ以外の領域に形成してもよいし、レンズの集光領域に対応する領域のみに形成してもよい。また、図１０に示すように、凹部９０１は、ゲート電極の厚さが他の領域よりも薄い領域があればよく、凹形状に限定されず、断面Ｌ字状の段差であってもかまわない。
【００３５】
固体撮像装置の基本構成の概要を示す図は、第１の実施の形態で示した図と同じである。同一基板上に、単位セルを複数配置した撮像領域が形成され、その周辺に周辺回路部として、走査回路、ＡＤ変換回路、ＤＳＰなどの多種の回路が形成されている。これらの回路はＣＭＯＳプロセスによって同時に形成されている。
【００３６】
図１１及び図１２を用いて本実施の形態に係る図９に示した固体撮像装置の製造方法について説明する。図１１（ａ）に示すように、基板（図示しない）上に形成されたＰウェル３０１に酸化膜などの絶縁膜によって、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｔｒｅｎｃｈ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）などの素子分離領域３０７を形成する。次に、信号蓄積領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン３０８ａを形成し、Ｎ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル３０１内に信号蓄積領域３０２を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターン３０８ａを除去し、シールド領域を形成する予定の領域に開口部を有するレジストパターン３０８ｂを形成し、Ｐ型不純物をイオン注入することによって、Ｐウェル３０１の表面領域にシールド領域３０３を形成する。
【００３７】
次に、図１２（ｃ）に示すように、レジストパターン３０８ｂを除去し、Ｐウェル３０１上にゲート絶縁膜３０４を形成し、ゲート絶縁膜３０４上にポリシリコン層３０９を形成する。ゲート絶縁膜３０４は、８ｎｍ以下の厚さで形成することができる。ここでは、ゲート絶縁膜３０４の厚さは、７ｎｍ程度である。または、それ以下の薄膜であってもかまわない。ＤＳＰなどの周辺回路部に形成されているゲート絶縁膜の厚さと同程度（例えば２．５μｍ程度）の厚さで形成してもよい。次に、図１２（ｄ）に示すように、ポリシリコン層３０９上にレジストを塗布し、少なくとも読み出しゲート及びシールド領域を形成する予定の領域と信号蓄積領域３０２上の領域にレジストパターン３０８ｃを形成する。続いて、ポリシリコン層３０９を異方性ドライエッチングし、読み出しゲート３０５を形成する。このとき、他のゲートであるリセットゲート３０６なども同時に形成する。次に、図１２（ｅ）に示すように、読み出しゲート３０５の一部が露出するようなレジストパターン３０８ｄを形成し、ハーフエッチングを行い、読み出しゲート３０５に厚さが５０ｎｍ程度の凹部９０１を形成する。続いて、レジストパターンを除去する。ハーフエッチングは、下に形成されているゲート絶縁膜３０４が露出しないように、読み出しゲート３０５のエッチングを行うエッチング方法であり、通常、時間制御を行うことによって形成することが可能である。
【００３８】
本実施の形態においては、読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２及びシールド領域３０３上の領域を覆うように延在して形成されている。また、読み出しゲート３０５に凹部９０１を形成している。したがって、読み出しゲート３０５をドライエッチングする際、読み出しゲート３０５に覆われている領域には損傷がほとんど生じないため、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面の近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを引き起こしにくい構造になっている。よって、界面準位の増加によって発生するリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。
【００３９】
また、読み出しゲート３０５の一部に厚さの薄い領域が形成されているため、吸収係数が大きい短波長の光（青色光）の感度をさらに向上させることができる。また、読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって形成されているため、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込むことを抑止することができ、より確実にリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。なお、信号蓄積領域３０２の形成されていない側のＰウェル３０１の表面近辺は、電荷の蓄積時間が短いため、界面準位の増加によるリーク電流はほとんど発生しない。
【００４０】
本実施の形態では、素子分離領域に接するように、シールド領域が形成されている例を記載したが、図１３に示すように、シールド領域が形成されていない場合にも適用することができる。このような構成の固体撮像装置では、ドライエッチングによる基板表面の近辺の損傷が、直接、信号蓄積領域に加わるため、結晶欠陥や結晶配列の乱れが大きく、リーク電流が多く発生する。読み出しゲート３０５は、少なくとも信号蓄積領域３０２上の領域を覆うように形成されている。読み出しゲート３０５をドライエッチングする際、読み出しゲート３０５に覆われている領域には損傷がほとんど生じないため、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを起こしにくい構造になっている。よって、界面準位の増加によって発生するリーク電流を大幅に低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。また、読み出しゲート３０５の一部に厚さの薄い領域が形成されているため、吸収係数が大きい短波長の光（青色光）の感度をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、読み出しゲート３０５の端部は、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕をもって形成されていることが好ましい。このように、読み出しゲート３０５の端部を、素子分離領域３０７上に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の合わせ余裕を有するよう配置することによって、読み出しゲート３０５の端部が形成されている領域に発生するエッチングダメージが内部の素子形成領域に入り込むことを抑止することができ、より確実にリーク電流を大幅に低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、フォトダイオードが形成されている領域の基板表面近辺において、結晶欠陥や結晶配列の乱れを起こしにくく、界面準位の増加によって発生するリーク電流を低減し、再生画面の画質の劣化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る図３に示した固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る固体撮像装置における単位セルの回路構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置における単位セルのレイアウトを示す図である。
【図４】本発明の第１及び第２の実施の形態に係る固体撮像装置の基本構成の概要を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る図３に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る図３に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る図２に示した他の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置における単位セルのレイアウトを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した他の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した他の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図１４】従来の技術の固体撮像装置における単位セルのレイアウトを示す図である。
【図１５】従来の技術の図１４に示した固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図１６】従来の技術の図１４に示した他の固体撮像装置のＡ−Ａにおける要部断面図である。
【図１７】従来の技術の図１５に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図１８】従来の技術の図１５に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図１９】従来の技術の図１６に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【図２０】従来の技術の図１６に示した固体撮像装置の製造方法の工程の一部を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１，１−１・・・フォトダイオード
２・・・読み出しトランジスタ
２−１，３０５・・・読み出しゲート
３・・・増幅トランジスタ
３−１・・・増幅ゲート
４・・・垂直選択トランジスタ
５・・・リセットトランジスタ
６・・・水平アドレス線
６−１・・・水平アドレスゲート
７・・・リセットアドレス線
７−１，３０６・・・リセットゲート
８・・・垂直信号線
９・・・電源
９−１・・・ドレイン
３０１・・・Ｐウェル
３０２・・・信号蓄積領域
３０３・・・シールド領域
３０４・・・ゲート絶縁膜
３０７・・・素子分離領域
３０８・・・レジストパターン
３０９・・・ポリシリコン層
９０１・・・読み出しゲートの凹部
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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