(57)【要約】  【課題】単層電極構造を有する固体撮像装置において電荷転送の障害を解消する。  【解決手段】転送チャネル領域１３は、電荷を蓄積するｎ＋型のストレージ領域１６とポテンシャルの深さに段差を形成するためのｎ−型のポテンシャルバリア領域１７とが水平方向に交互に配置されている。転送電極１５と隣接する転送電極１５との間のギャップ長に対応して、隣接する転送チャネル領域間には、ポテンシャルバリアを緩和するn+型のバリア緩和領域１８が形成されている。転送チャネル領域１３の表面側には、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１４が形成され、このゲート絶縁膜１４の表面側には、多結晶シリコンからなる複数の転送電極１５が、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置されている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に形成される拡散領域の表面領域に形成された電荷の転送経路となる転送チャネル領域と、この転送チャネル領域の表面側には、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を介して、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置された多結晶シリコンからなる複数の転送電極と、前記転送チャネル領域は、電荷を蓄積するストレージ領域とポテンシャルの深さに段差を形成するポテンシャルバリア領域とから成り、前記隣接する転送電極間の転送チャネル領域には、リンＰあるいはヒ素Ａｓを不純物として含むバリア緩和領域を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記バリア緩和領域は、リンＰあるいはヒ素Ａｓのインプラ注入により、自己整合法で形成されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記転送チャネル領域内のストレージ領域は、ヒ素ＡｓまたはリンＰまたはその複合物により形成されたことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記隣接する転送電極間の距離は０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記ポテンシャルバリア領域は、ヒ素ＡｓまたはリンＰまたはその複合物により形成されたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に単層電極構造を有した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単層電極構造を有した固体撮像装置の転送路の構造として、図３に示すような構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。尚、全図において同一部分については同一の符号を付している。図３において、例えばｎ型のシリコン基板３１の表面側に、ｐ型のウエル領域３２が形成されている。このウエル領域３２内には、電荷の転送経路となるｎ型の転送チャネル領域３３が形成されている。さらに、転送チャネル領域３３は、電荷を蓄積するｎ＋型のストレージ領域３６とポテンシャルの深さに段差を形成するためのｐ＋型のポテンシャルバリア領域３７が交互に配置されている。このｐ＋型のポテンシャルバリア領域３７は、例えば、深さが１μm程度あるいはそれ以下であり、不純物としてボロンＢが注入され深い領域ではｐ＋となっているが、浅い部分ではストレージ領域３６のｎ＋型が打ち消されｎ−型となっている。このポテンシャルバリア領域３７は、転送可能な情報電荷量をできるだけ多くしながら、情報電荷の漏れ返りを防止できるポテンシャル障壁の働きをなすものである。また、転送チャネル領域３３の表面側には、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３４が形成されている。さらに、このゲート絶縁膜３４の表面側には、多結晶シリコンからなる複数の転送電極３５が、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置されている。 
このような転送路のポテンシャルの状態を図４に示す。隣り合う転送電極３５をそれぞれΦ１、Φ２とし、Φ１に規定の電圧を印加すると、転送電極下のポテンシャルが深くなり、隣接する転送電極Φ２下のポテンシャルと結合し電荷を転送させることが出来る。
【０００３】
複数の転送電極３５を並列に形成する場合、隣り合う電極間の短絡を防止するため、ある程度の距離を隔てて形成する必要がある。しかしながら、隣り合う電極間の距離が離れると、その間隙部分でポテンシャルの制御ができなくなるため、ポテンシャルディップができやすくなり、情報電荷の転送効率が低下する。
【０００４】
効率的な転送には、転送電極間の間隙（ギャップ）Ｇが十分小さいことが必要であり、この寸法は加工装置の性能限界により決まる。例えば、現状の加工限界は0.18μm程度であるが、このギャップ寸法では十分とはいえない。電極間ギャップ下に転送の障害となるポテンシャルディップＤが生じるためである。このポテンシャルディップＤを解消するために、電極間ギャップにセルフアライン（自己整合）法にて例えばボロンＢをインプラにて導入する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。これは、図５に示すように、転送電極３５と隣接する転送電極３５との間のギャップ部分のｎ型転送チャネル領域３３にボロン添加領域３８を形成するものである。
【０００５】
このボロン添加領域３８は、転送電極３５と隣接する転送電極３５との間の間隙部分の転送チャネル領域３３に発生するポテンシャルディップを減少させ、電荷の転送効率を確保するものである。ボロン添加領域３８は、ボロンイオン注入により、セルフアラインで形成される。例えば、ボロン添加領域３８に添加されるボロン濃度は、ｎ＋型のストレージ領域３６のリン濃度（またはヒ素濃度）の半分程度とするものである。
【特許文献１】特開２００１−１５６２８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、転送電極間の間隙部分の転送チャネル領域３３にボロン添加領域３８を形成することにより、ポテンシャルディップＤを解消することは可能である。ところが、転送電極間３５の下部に形成したはずのボロン添加領域３８が、隣接する転送電極３５の下部にまで拡散してしまい、図６に示すようなポテンシャル障壁を引き起こし、電荷の転送障害となってしまうという新たな問題が生じていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、解決しようとする問題点は、隣接する転送電極の下部への拡散を抑制し電荷の転送障害となるポテンシャル障壁を解消した固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、シリコン基板に形成される拡散領域の表面領域に形成された電荷の転送経路となる転送チャネル領域と、この転送チャネル領域の表面側には、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を介して、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置された多結晶シリコンからなる複数の転送電極と、転送チャネル領域は、電荷を蓄積するストレージ領域とポテンシャルの深さに段差を形成するポテンシャルバリア領域とから成り、前記隣接する転送電極間の転送チャネル領域には、リンＰあるいはヒ素Ａｓを不純物として含むバリア緩和領域を備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、バリア緩和領域に含まれるリンＰあるいはヒ素Ａｓ不純物はボロンに比較して拡散係数が小さいため、前記隣接する転送電極の下部に拡散することを減少させ、あるいは防ぐことができ、電荷転送の障害となるポテンシャル障壁を解消し、かつ効率よく電荷転送することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の固体撮像装置は、バリア緩和領域は、リンＰあるいはヒ素Ａｓのインプラ注入により、自己整合法で形成されたことを特徴とする。このことにより、注入する際のズレを自動補正でき、バリア緩和領域の形成が的確に行える。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置は、転送チャネル領域内のストレージ領域は、ヒ素ＡｓまたはリンＰまたはその複合物により形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、転送電極間の間隙の下部領域に、リンＰまたはヒ素Ａｓをセルフアラインにて、インプラ導入するので、隣接する転送電極の下部への拡散を抑制することができる。このため、電荷転送の障害となるポテンシャル障壁を解消し、かつ効率よく電荷転送することが可能な固体撮像装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明を適用した単層電極構造を有する固体撮像装置の模式断面図である。図１において、例えばｎ型の単結晶シリコン基板１１の表面側に、ｐ型のウエル領域１２が形成されている。このウエル領域１２内には、電荷の転送経路となる転送チャネル領域１３が形成されている。この転送チャネル領域１３は、電荷を蓄積するｎ＋型のストレージ領域１６とポテンシャルの深さに段差を形成するためのｎ−型のポテンシャルバリア領域１７が水平方向に交互に配置されている。
【００１４】
このポテンシャルバリア領域１７は、転送可能な情報電荷量をできるだけ多くしながら、情報電荷の漏れ返り（逆流）を防止できるポテンシャル障壁の作用をなすものである。さらに、転送電極１５と隣接する転送電極１５との間のギャップ長に対応して、隣接する転送チャネル領域間には、ポテンシャルバリアを緩和するn+型のバリア緩和領域１８が形成されている。また、転送チャネル領域１３の表面側には、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１４が形成されている。さらに、このゲート絶縁膜１４の表面側には、多結晶シリコンからなる複数の転送電極１５が、それぞれ一定の距離を隔てて平行に配置されている。
【００１５】
各転送電極１５には、例えば異なった２つのタイミングを持った転送クロック電圧パルス、Φ１、Φ２が印加され、ストレージ領域１６とポテンシャルバリア領域１７から成る転送チャネル領域１３のポテンシャルの状態が制御される。例えば、一方の転送クロック電圧パルスΦ１がハイで、他方の転送クロック電圧パルスΦ２がローのとき、各転送電極１５の下の転送チャネル領域１３には、それぞれ１段の段差が形成され、隣り合う各転送電極１５の間にさらに１段の段差が形成される。これにより、ポテンシャルが階段状に形成され、ポテンシャルがもっとも深くなる領域を中心に情報電荷が蓄積される。そして、転送クロック電圧パルスΦ１、Φ２を所定の周期で反転させることにより、情報電荷は、一方向へ転送されることになる。
【００１６】
上記の固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、ｐ型のウエル領域１２が形成された単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板１１上に、例えば熱酸化法あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法などにより、例えば７００Åの膜厚の酸化シリコン層を形成し、ゲート絶縁膜１４を形成する。ここで、ｎ型のシリコン基板１１は、例えば不純物としてのリンＰ濃度が１０１３ｃｍ−３〜１０１５ｃｍ−３程度である。また、ｐ型のウエル領域１２は、深さが１μm程度かそれ以下であり、不純物としてのボロンＢ濃度が１０１５ｃｍ−３〜１０１７ｃｍ−３程度である。
【００１７】
次に、ウエル領域１２内に、例えばヒ素ＡｓまたはリンＰまたはその複合物などのｎ型の不純物を全面にイオン注入して、ｎ−型のポテンシャルバリア領域１７を形成する。このｎ−型のポテンシャルバリア領域１７は、例えば、深さが１μm程度かそれ以下であり、不純物としてヒ素ＡｓまたはリンＰが１０１４ｃｍ−３〜１０１５ｃｍ−３程度の濃度で注入され、ｎ−型となっている。さらに、このｎ−型のポテンシャルバリア領域１７の、例えば半分の領域に、ヒ素ＡｓまたはリンＰまたはその複合物などのｎ型の不純物を追加してイオン注入し、１０１６ｃｍ−３〜１０１７ｃｍ−３程度の濃度ｎ＋型のストレージ領域１６を形成する。
【００１８】
次に、例えばＣＶＤ（化学的気相成長：Chemical Vapor Deposition ）法によりゲート絶縁膜１４の上層にポリシリコンを堆積させ、フォトリソグラフィー法により転送電極パターンにレジスト膜（図示せず）を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Reactive Ion Etching）などのエッチング処理を施して、転送電極１５を形成する。尚、例えば熱酸化法などにより転送電極１５の表面を酸化膜で被覆してもよい。
【００１９】
次に、転送電極１５をマスクとしてｎ＋型のバリア緩和領域１８を形成する。このバリア緩和領域１８は、例えばリンＰあるいはヒ素Ａｓのインプラ注入により、セルフアライン法を適用して形成される。セルフアライン法によれば、注入する際のズレを自動的に補正する位置決めが可能である。このとき、バリア緩和領域１８に添加されるリンＰあるいはヒ素Ａｓの濃度は、ｎ＋型のストレージ領域３６のリン濃度（またはヒ素濃度）とほぼ同程度とする。
【００２０】
上述のように構成することにより、隣接する転送電極の下部への拡散を抑制することができる。このため、図２に示すように、電荷転送の障害となるポテンシャル障壁が解消され、かつ効率よく電荷転送することが可能となる。
【００２１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例にかかる単層電極構造を有する固体撮像装置の構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる固体撮像装置のポテンシャルの状態を示す説明図である。
【図３】従来の単層電極構造を有する固体撮像装置の構造を示す模式断面図である。
【図４】図３に示す固体撮像装置のポテンシャルの状態を示す説明図である。
【図５】従来の単層電極構造を有する固体撮像装置の構造を示す模式断面図である。
【図６】図５に示す固体撮像装置のポテンシャルの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１、３１・・・シリコン基板
１２、３２・・・ウエル領域
１３、３３・・・転送チャネル領域
１４、３４・・・ゲート絶縁膜
１５、３５・・・転送電極
１６、３６・・・ストレージ領域
１７、３７・・・ポテンシャルバリア領域
１８・・・バリア緩和領域
３８・・・ボロン添加領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005251797.tif 000006
【図５】
2005251797.tif 000007
【図６】
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