(57)【要約】【課題】転送チャネルに局所ポテンシャルバリアが発生しにくく、歩留を向上させ、電極間の絶縁膜の耐圧を改善し、遮光膜の局所的薄膜化による光の洩れ込みや金属配線の段切れが防止できる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の固体撮像装置は、半導体基板(1)と、半導体基板(1)上に形成された光電変換部(8)と、光電変換部(8)を覆い半導体基板(1)上に形成されたゲート絶縁膜(27)と、光電変換部(8)で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部(4)と、垂直転送部(4)の電荷を転送するための多層の転送ゲート電極(12,13)とを有する固体撮像装置であって、多層の転送ゲート電極(12,13)のうち少なくとも１層は、さらに不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されている。【選択図】  図４
2005203755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上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、
前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部の電荷を転送するための多層の転送ゲート電極とを有する固体撮像装置であって、
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、さらに不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記不純物ドープトアモルファスシリコン膜の平均不純物濃度は、１．０×１０20ｃｍ-3以上３．０×１０20ｃｍ-3以下である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は、内側からシリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造で形成される請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、第１の不純物濃度を有する第１のドープトアモルファスシリコン膜を形成し、前記第１のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングし、第２の不純物濃度を有する第２のドープトアモルファスシリコン膜を形成し、前記第２のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングすることにより形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、前記転送ゲート電極の表面に第１および第２のドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散させ、前記転送ゲート電極を熱酸化してシリコン酸化膜に形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、前記転送ゲート電極を減圧状態にて水素と酸素で水を生成し、この水を用いて熱酸化してシリコン酸化膜に形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜を構成する外側のシリコン酸化膜の上に、さらに金属遮光膜が形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のマイクロクリスタル領域がゲート絶縁膜に直接接触しない請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記２層の不純物濃度差は、１．０×１０20ｃｍ-3以上６．０×１０20ｃｍ-3以下である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
半導体基板と、前記半導体基板上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、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部の電荷を転送するための多層の転送ゲート電極とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されており、
前記不純物ドープトアモルファスシリコン膜は、
第１の不純物濃度を有する第１のドープトアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記第１のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングする工程と、
第２の不純物濃度を有する第２のドープトアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記第２のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングする工程により形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、
さらに、前記転送ゲート電極の表面に第１および第２のドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程と、
前記転送ゲート電極を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程により形成する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、
前記転送ゲート電極を減圧状態にて水素と酸素で水を生成し、この水を用いて熱酸化することにより形成する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記不純物ドープトアモルファスシリコン膜の平均不純物濃度は、１．０×１０20ｃｍ-3以上３．０×１０20ｃｍ-3以下である請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ゲート絶縁膜は、内側からシリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造で形成される請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ゲート絶縁膜を構成する外側のシリコン酸化膜の上に、さらに金属遮光膜が形成されている請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のマイクロクリスタル領域がゲート絶縁膜に直接接触しない請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記２層の不純物濃度差は、１．０×１０20ｃｍ-3以上６．０×１０20ｃｍ-3以下である請求項１０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、固体撮像装置に関し、特にゲート電極部を改良した固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から固体撮像装置は様々な提案がされている（例えば特許文献１）。図６を参照して、前記従来の固体撮像装置を説明する。ｎ型シリコン基板１上の第１のｐ型ウェル領域２内にｎ型不純物拡散領域３と垂直レジスタ４並びにｐ型チャンネルストッパ領域５が形成され、ｎ型不純物拡散領域３上にｐ型の正電荷蓄積領域６が、垂直レジスタ４の直下に第２のｐ型ウェル７が各々形成されている。
【０００３】
ここで、ｎ型の不純物拡散領域３と第１のｐ型ウェル領域２とのＰＮ接合によるフォトダイオードによって、受光部（光電変換部）８が構成される。この受光部８は画素に対応して形成される。
【０００４】
次に、第１のｐ型ウェル領域２の上記チャンネルストッパ領域５、垂直レジスタ４及び正電荷蓄積領域６を含む全面にゲート絶縁膜９を構成する。更に、第１のｐ型ウェル２上のゲート絶縁膜９上にドープトアモルファスシリコン膜による第1転送用ゲート電極１０、第２転送用ゲート電極１１、シリコン酸化膜１２が形成される。その後、第１転送ゲート用電極１０、第２転送ゲート用電極１１、シリコン酸化膜１２の上に金属遮光膜１３が選択的に形成される。
【０００５】
上記構成の第１転送ゲート電極１０および第２転送用ゲート電極１１は、図７Ａ−Ｄに示す以下のプロセスで製造される。ｎ型シリコン基板１上に、熱酸化装置、減圧ＣＶＤ装置等を利用してゲート絶縁膜９を全面形成した後に、減圧ＣＶＤ装置内において、下記化学式（１）に示される熱分解反応を利用して、約０．５μｍ厚のｎ型の第１のドープトアモルファスシリコン層１４を単一濃度（〜７．０×１０20ｃｍ-3）で、１層構成にて全面形成する（図７Ａ）。
ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2    （１）
次に、ホトリソグラフィとエッチングによりゲート領域及びゲート配線領域の第１のドープトアモルファスシリコン層１４を残し、第１の転送用ゲート電極１０を形成する。
【０００６】
その後、熱酸化装置により第１の転送用ゲート電極１０を酸化して、シリコン酸化膜１２を形成した後（図７Ｂ）、減圧ＣＶＤ装置内において、下記化学式に示される熱分解反応を利用して、約０．５μｍ厚のｎ型の第２のドープトアモルファスシリコン層１５を単一濃度（〜７×１０20ｃｍ-3）で、１層構成にて全面形成する（図７Ｃ）。
ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2    （２）
次に、ホトリソグラフィとエッチングによりゲート領域およびゲート配線領域の第２のドープトアモルファスシリコン層１５を残し、第２の転送用ゲート電極１１を形成する。その後、熱酸化装置により第２の転送用ゲート電極１１を酸化して、シリコン酸化膜１２を形成する（図７Ｄ）。
【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】
【０００７】
しかし、従来の固体撮像装置の製造方法では、下記の問題が存在する。
【０００８】
第１番目の課題は、減圧ＣＶＤ装置内において、ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2の熱分解反応を利用して、約０．５μｍ厚のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を単一濃度（〜７．０×１０20ｃｍ-3）で、１層構成にて第１のドープトアモルファスシリコン層１４あるいは第２のドープトアモルファスシリコン層１５を全面形成する際に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内に局所的なマイクロクリスタル領域１６が発生する（図８Ａ）。
【０００９】
次工程で、全面形成した各層のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層をエッチングする際に、このマイクロクリスタル領域１６は、エッチングレートが他の領域に比べて増速する性質を有している。
【００１０】
したがって、全面形成した各層のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層をエッチングする際に、統計的には低い確率ではあるが、下地のゲート絶縁膜９に接触している場所に限って、このマイクロクリスタル領域１６が存在した場合は、このマイクロクリスタル領域１６のエッチングレートが他の領域に比べて増速した結果、下地のゲート絶縁膜９を局所的に過剰エッチングしてしまい、下地のゲート絶縁膜９に、局所的に薄い領域１７が発生してしまう（図８Ｂ）。
【００１１】
この下地ゲート絶縁膜が局所的に薄い領域１７が、電荷転送の転送レジスタ領域で発生した場合は、転送チャネルに局所ポテンシャルバリア１８が発生し、電荷がトラップされて電荷転送が不完全になる問題を有する（図８Ｃ）。
【００１２】
第２番目の課題は、減圧ＣＶＤ装置内において、
ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2
の熱分解反応を利用して、約０．５μｍ厚のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を単一濃度で、１層構成にて第１層のドープトアモルファスシリコン層１４あるいは第２層のドープトアモルファスシリコン層１５を全面形成した際に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の平均したｎ型不純物濃度が例えば７．０×１０20ｃｍ-3では、撮像不良現象が発生する（図９Ａ）。
【００１３】
この現象は、次のモデルにて説明できる。ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を次工程にて熱拡散処理した場合に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のシリコングレイン１９が成長し、そのシリコングレイン１９が成長した際のシリコンバウンダリ２０近辺にて、高濃度のｎ型不純物２１が存在する（図９Ｂ）。
【００１４】
その結果、ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、又は電子が滞在することで、局所的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、ひいては、あたかも断線したような画像不良となる。
【００１５】
第３番目の課題は、従来の固体撮像装置は、図６で説明したように、第２の転送用ゲート電極１１は、受光部から垂直レジスタへの電荷読み出しと垂直レジスタ中の電荷転送の機能とを兼ねている。したがって、第１の転送用ゲート電極１０と第２の転送用ゲート電極１１とを絶縁分離する絶縁膜には、最大で約２５Ｖのパルス電圧が加わることになる。
【００１６】
そして、図７で説明したように、この絶縁膜（シリコン酸化膜１２）は、第１の転送用ゲート電極１０を熱酸化して形成されるが、一般的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンを熱酸化した膜は、耐圧が弱く１〜２ＭＶ／ｃｍ程度の電界強度が得られる。したがって、２５Ｖの耐圧を得るためには、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン上の酸化膜は、少なくとも０．３μｍ程度の厚さにする必要があった。
【００１７】
特に、大面積の固体撮像装置では、この酸化膜の耐圧不良が歩留まりを大きく低下させており、従来から改善を求められていた。図６において、酸化膜の膜厚が厚いと、第１の転送用ゲート電極１０と第２の転送用ゲート電極１１が重なる部分と、これらの電極が形成されない受光部分との段差が１μｍにもなる。
【００１８】
このため、電極上部に設けられる遮光のための金属遮光膜１３は、段差部でカバレージが悪くなり、この段差部で薄くなる。このような薄い部分があると、光が垂直レジスタに洩れ込むことになり、垂直レジスタ４内での光電変換により生じた電荷が信号電荷に加わるため、偽信号となり、Ｓ／Ｎが劣化するという問題がある。
【００１９】
さらに、遮光に用いる金属遮光膜１３を配線として用いる場合には、上記段差部で配線切れが生じるため、電圧が加わらないという問題がある。以上のことから、薄くて、かつ、耐圧に優れた絶縁膜の形成が要求されている。
【００２０】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、転送チャネルに局所ポテンシャルバリアが発生しにくく、歩留を向上させ、電極間の絶縁膜の耐圧を改善し、遮光膜の局所的薄膜化による光の洩れ込みや金属配線の段切れが防止できる固体撮像装置及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】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板上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、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部の電荷を転送するための多層の転送ゲート電極とを有する固体撮像装置であって、前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、さらに不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されていることを特徴とする。
【００２２】
次に本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板上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、前記光電変換部で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部の電荷を転送するための多層の転送ゲート電極とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、第１の不純物濃度を有する第１のドープトアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記第１のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングする工程と、第２の不純物濃度を有する第２のドープトアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記第２のドープトアモルファスシリコン膜を前記転送ゲート電極の形状にエッチングする工程とを含み、不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の固体撮像装置は、全面形成した各層のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のマイクロクリスタル領域が下地ゲート絶縁膜に直接接触せず、下地ゲート絶縁膜が局所的に薄い領域を形成せず、転送チャネルにポテンシャルバリアの発生を防止できる。更に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、或は、電子が滞在することで、局所的にｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、あたかも断線したような画像不良となることを防止できる。これにより歩留を向上できる。また、多層に形成されたｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンからなる電極間の絶縁膜の耐圧を改善することで、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン酸化膜の厚さをより薄くすることができる。また、ドープトアモルファスシリコン電極端部での段差を低減できるため、遮光膜の局所的薄膜化による光の洩れ込みや金属配線の段切れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、多層の転送ゲートを形成し、前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、さらに不純物濃度の異なる２層以上の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されている。具体的には、図１のようにシリコン酸化膜１２等の絶縁膜を介して、多層の転送ゲート（第１転送ゲート１０及び第２転送ゲート）が形成されており、さらに転送ゲート１０については不純物濃度の異なる２種類の不純物ドープトアモルファスシリコン層を積層して形成されている。内層の不純物濃度は７．０×１０20ｃｍ-3以上或いは０×１０20ｃｍ-3（ドープ量ゼロ）が好ましく、外層は１．０×１０20ｃｍ-3以上３．０×１０20ｃｍ-3以下の範囲が好ましい。
【００２５】
本発明の固体撮像装置は、前記不純物ドープトアモルファスシリコン膜の平均不純物濃度は、１．０×１０20ｃｍ-3以上３．０×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましい。前記の範囲であれば、電気的抵抗値が適正で、かつ均一な層を形成できる。ｎ型不純物平均濃度が、１．０×１０20ｃｍ-3未満の場合、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜の抵抗値が高くなりすぎるという不具合が発生する。また、ｎ型不純物平均濃度が、３．０×１０20ｃｍ-3を超える場合、前記不純物ドープトアモルファスシリコン層内のシリコングレインが成長し、そのシリコングレインが成長した際のシリコンバウンダリ近辺にて、高濃度のｎ型不純物が存在し、ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、又は電子が滞在することで、局所的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、ひいては、あたかも断線したような画像不良となる。
【００２６】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、不純物濃度の異なる２層以上の膜で形成されており、ゲート絶縁膜９に最も近接する膜とその他の膜の不純物濃度差は、１．０×１０20ｃｍ-3以上６．０×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００２７】
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層構造で形成されることが好ましい。すなわち、多層の転送ゲート電極を有している場合、各層の転送ゲート電極直下のｎ型ウェルポテンシャルは同一になるようにすることが好ましい。そのためにはそれぞれの転送ゲート電極を熱酸化したとしても、下地シリコン基板が酸化するのを抑制し、各層のゲート絶縁膜厚を等しくする必要がある。ゲート絶縁膜を、シリコン窒化膜を含む多層構造、例えばシリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造とし、シリコン窒化膜を形成することで酸化が下地シリコン基板側に進行するのを抑制することができる。なお、シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜を形成した場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との電子移動度の差により、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜界面に電子が蓄積される現象が発生するが、シリコン窒化膜の上にさらにシリコン酸化膜を形成して、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の３層構造とすることで電子の蓄積を防止し信頼性の向上が図れる。
【００２８】
本発明方法においては、前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、前記転送ゲート電極の表面に第１および第２のドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程と、前記転送ゲート電極を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程とをさらに有することが好ましい。転送ゲート電極の表面に第１および第２のドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程がない場合は、熱酸化後のドープトアモルファスシリコン／酸化膜の界面部分でドープトアモルファスシリコン表面の凹凸が大きくなる。さらに、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部では、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力が集中するため酸化が抑制され、突起コーナー付近の領域は酸化膜厚が薄くなる。しかしながら、転送ゲート電極の表面に第１および第２のドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程と、前記転送ゲート電極を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程とをさらに有することで、熱酸化が高速に進行し、シリコン酸化膜を流動化せしめ、酸化により生ずる酸化膜／ドープトアモルファスシリコン界面の機械的歪を緩和させることにより、平滑な界面にすることができる。さらに、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部（図５−Ａ、Ｂの中のＹ部分）では、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力集中が、シリコン酸化膜の粘性流動により改善され、突起コーナー付近領域は酸化膜薄膜化が起こらず、突起部コーナー曲率半径は大きくなることから、酸化膜の耐圧改善効果が高くなる。
【００２９】
前記多層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、前記転送ゲート電極を減圧状態にて水素と酸素で水を生成して（２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ）、この水により熱酸化する工程をさらに有することが好ましい。前記転送ゲート電極を減圧状態にて水素と酸素で水を生成し、この水により熱酸化する工程がない場合は、熱酸化後のドープトアモルファスシリコン／酸化膜の界面部分でドープトアモルファスシリコン表面の凹凸が大きくなる。さらに、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部では、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力が集中するため酸化が抑制され、突起コーナー付近の領域は酸化膜厚が薄くなることも挙げられる。しかしながら、前記転送ゲート電極を減圧状態にて水素と酸素で水を生成して（２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ）、この水により熱酸化する工程をさらに有することで、熱酸化が高速に進行し、シリコン酸化膜を流動化せしめ、酸化により生ずる酸化膜／ドープトアモルファスシリコン界面の機械的歪を緩和させることにより、平滑な界面にすることができる。さらに、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部（図５−Ａ、Ｂの中のＹ部分）では、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力集中が、シリコン酸化膜の粘性流動により改善され、突起コーナー付近領域は酸化膜薄膜化が起こらず、突起部コーナー曲率半径は大きくなることから、酸化膜の耐圧改善効果が高くなる。
【００３０】
（第１の実施形態）
図２、図３、図４を用いて第１の実施形態である本発明の固体体撮像装置の製造方法について説明する。
【００３１】
図２Ａ−Ｂに示すように、多層の転送ゲート電極を形成する際のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を成長する工程にて、減圧ＣＶＤ装置内において、
ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2
の熱分解反応を利用して、第１に、例えば０．０２μｍ厚の局所的にマイクロクリスタル領域が発生しない濃度（例えば、ノンドープトアモルファスシリコン層やｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層）でｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンから成るバッファ層２２を形成する。
【００３２】
続いて、第２に、同一減圧ＣＶＤ装置処理において、所望のｎ型不純物濃度（例えば、１．０×１０20〜３．０×１０20ｃｍ-3）のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層（第１のドープトアモルファスシリコン層）１４を形成する。こうして、ｎ型不純物濃度の異なる２層以上のアモルファスシリコン膜から成るｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜２３を形成する（図２Ａ）。
【００３３】
前述のように、マイクロクリスタル領域が発生しない濃度（例えば、ノンド―プトアモルファスシリコン層やｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層）を約０．０２μｍ形成することにより、次の工程で、全面形成した各層のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層をエッチングする際に、このマイクロクリスタル領域が存在した場合でも、下地ゲート絶縁膜を局所的に過剰エッチングしてしまうことを阻止、又は抑制することで、下地ゲート絶縁膜が、局所的に薄い領域が発生してしまう事を阻止、又は抑制することが可能となる（図２Ｂ）。図２ＢのＸ部分が、局所的に薄い領域が発生していない部分である。１つのｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の中で、１層目である０．０２μｍ厚の局所的にマイクロクリスタル領域が発生しないｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層のｎ型不純物濃度は、０ｃｍ-3又は、７．０×１０20ｃｍ-3以上が好ましい。ｎ型不純物濃度が、０ｃｍ-3の場合は、ｎ型不純物が存在しないためマイクロクリスタル領域は発生しない。また、７．０×１０20ｃｍ-3以上の場合は、ｎ型不純物が高濃度のために、局所的なクラスタが発生しにくく、マイクロクリスタル領域が発生しにくい。更に、２層目である残りの０．４８μｍ厚のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層のｎ型不純物濃度は、１．０×１０20０ｃｍ-3以上３．０×１０20ｃｍ-3以下が好ましい。ｎ型不純物濃度が、１．０×１０20ｃｍ-3未満の場合、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜の抵抗値が高くなりすぎるという不具合が発生する。また、ｎ型不純物濃度が、３．０×１０20ｃｍ-3を超える場合、不純物ドープトアモルファスシリコン層内のシリコングレインが成長し、そのシリコングレインが成長した際のシリコンバウンダリ近辺にて、高濃度のｎ型不純物が存在し、ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、又は電子が滞在することで、局所的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、ひいては、あたかも断線したような画像不良となる。
【００３４】
また、図３Ａ−Ｂに示すように、多層の転送ゲート電極を形成する際のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を成長する工程にて、減圧ＣＶＤ装置内において、
ＰＨ3+ＳｉＨ4→Ｓｉ（リン拡散）+２Ｈ2
の熱分解反応を利用して、第１に、例えば０．０２μｍ厚の局所的にマイクロクリスタル領域が発生しない濃度（例えば、ノンドープトアモルファスシリコン層やｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層）でｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンから成るバッファ層２２を形成する。
【００３５】
続いて、第２に、同一減圧ＣＶＤ装置処理において、所望のｎ型不純物濃度（例えば、１．０×１０20〜３．０×１０20ｃｍ-3）のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層（第１のドープトアモルファスシリコン層）１４を形成する。こうして、ｎ型不純物濃度の異なる２層以上のアモルファスシリコン膜から成るｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜２３を形成する。その平均したｎ型不純物濃度が、１．０×１０20〜３．０×１０20ｃｍ-3のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層２３で形成する。これは、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を次工程にて熱拡散処理した場合に、本ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のシリコングレインが成長し、そのシリコングレインが成長した際のシリコンバウンダリ近辺にて、周辺よりも高濃度のｎ型不純物２１が介在し、高濃度のｎ型不純物が存在することを阻止するか、又は抑制することが可能となる。
【００３６】
その結果、従来例においてはｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜のｎ型不純物濃度が７．０×１０20ｃｍ-3であったが、平均不純物濃度を１．０×１０20〜３．０×１０20ｃｍ-3とすることで、高濃度のｎ型不純物２１の濃度を相対的に下げることができるため、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、或は、電子が滞在することが無くなり、局所的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、延いては、あたかも断線したような画像不良現象となること阻止するか、又は抑制することが可能となる。
【００３７】
また、図４Ａ−Ｇに示すように、シリコン基板１上に、ゲート絶縁膜９を全面形成した後に、１層目転送ゲート電極を、以下のプロセスで製造される。約０．０２μｍ厚のノンドープトアモルファスシリコン層あるいはｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層で、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンから成るバッファ層２２を形成する。
【００３８】
続いて、約０．５μｍ厚の２．０×１０20ｃｍ-3のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層１４を形成し、ｎ型不純物濃度を２層構成以上としたｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜２３を形成する（図４Ａ）。そして、ホトリソグラフィとｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンエッチングによりゲート領域及びゲート配線領域のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を残し、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を形成する（図４Ｂ）。
【００３９】
次に図４Ｃに示すように、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極形成後の表面に、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度の高濃度ｎ型不純物２９を拡散する工程（例えば拡散炉において９００℃、ＰＯＣｌ3、１０〜２０分程度のリン（Ｐ）ドープを行う）を追加し、その後、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を熱酸化（例えば、ファーネス、８５０℃〜９００℃、Ｈ2Ｏ雰囲気）して、シリコン酸化膜１２を形成するか（図４Ｄ）、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を、減圧状態にて、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏのように水を生成し、この水を用いて熱酸化（例えば、１．３３×１０2Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、９００℃、Ｈ2濃度３３％の条件下）して、シリコン酸化膜１２を形成する。
【００４０】
次に、図４Ｅ−Ｆに示すように、２層目転送ゲート電極を、以下のプロセスで製造する。約０．０２μｍ厚のノンドープトアモルファスシリコンまたはｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層で、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンからなるバッファ層２４を形成する。
【００４１】
続いて、約０．５μｍ厚の２．０×１０20ｃｍ-3のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層１５を形成し、ｎ型不純物濃度を２層構成としたｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜２３を形成する（図４Ｅ）。
【００４２】
そして、ホトリソグラフィとｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンエッチングによりゲート領域及びゲート配線領域のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層を残し、第２層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を形成する。（図４Ｆ）
次に、図４Ｇに示すように、第２層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極形成後の表面に、第２層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン膜よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程（例えば、拡散炉において、９００℃、ＰＯＣｌ3、１０〜２０分程度のリンドープを行う）を追加し、その後、第２層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を熱酸化（例えば、ファーネス、８５０℃〜９００℃、Ｈ2Ｏ雰囲気）して、シリコン酸化膜１２を形成するか、第２層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を、減圧状態にて、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏのように水を生成し、この水を用いて熱酸化（例えば、１．３３×１０2Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、９００℃、Ｈ2濃度３３％の条件下）して、シリコン酸化膜１２を形成する。
【００４３】
一般的に、ドープトアモルファスシリコン（ポリシリコンと同様）上に形成した酸化膜の耐圧が悪い原因としては、熱酸化後のドープトアモルファスシリコン／酸化膜の界面部分でドープトアモルファスシリコン表面の凹凸が大きいことが挙げられる。さらに、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部では、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力が集中するため酸化が抑制され、突起コーナー付近の領域は酸化膜厚が薄くなることも挙げられる。
【００４４】
これらを改善するために、従来から行われている手段として、（Ａ）『J.Applied.phys.：48巻』の4,834頁に記載されているように、1,000℃以上の高い温度で酸化する方法が提案されている。この方法によれば、高温での酸化により『ドープトアモルファスシリコン／酸化膜』の界面で生じる機械的歪が緩和され、この界面における凹凸を低減させることができると解されている。
【００４５】
また、（Ｂ）『J.Electrochem.Soc.：132巻』の2,185頁に記載されているように、ドープトアモルファスシリコン中のリン濃度を最適となるように選定すること、又は、酸化前にアニールを行うことによりドープトアモルファスシリコン膜の結晶粒径を拡大し、膜表面を平滑化するという方法が提案されている。
【００４６】
さらには、（Ｃ）『J.Electrochem.Soc.：130巻』の1,597頁に記載されているように、酸化後に高温のアニールを行うことにより、ドープトアモルファスシリコンと酸化膜との界面の凹凸を低減し、耐圧を改善する方法が提案されている。
【００４７】
しかし、上記（Ａ）〜（Ｃ）の従来方法では、いずれも１０００℃以上の高温での熱処理が必要であるため、これらの従来法を固体撮像装置に適用するにはｐｎ接合の拡散深さに制約があり、実施することができなかった。
【００４８】
以下によりこれを解決する。
（１）第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極形成後の表面に、第１層第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層よりも高濃度のｎ型不純物を拡散する工程（例えば、拡散炉において、９００℃、２０分程度のリンドープを行う）を追加し、その後、第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を熱酸化して、シリコン酸化膜を形成する。
（２）第１層ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン転送ゲート電極を、減圧状態にて、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏのように水を生成し、この水を用いて熱酸化（例えば、１．３３×１０2Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、９００℃、Ｈ2濃度３３％の条件下）して、シリコン酸化膜を形成する。
【００４９】
上記２種類の方法にて、シリコン酸化膜を流動化さに、酸化により生ずる酸化膜／ドープトアモルファスシリコン界面の機械的歪を緩和させることにより、平滑な界面にすることができる。
【００５０】
さらに、図５に示すように、ドープトアモルファスシリコンの突起コーナー部Ｙでは、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力集中が、シリコン酸化膜の粘性流動により改善され、突起コーナー付近領域は酸化膜薄膜化が起こらず、突起部コーナー曲率半径６は大きくなることから、酸化膜の耐圧改善効果が高くなる。
【００５１】
したがって、酸化膜の厚さをより薄くすることができ、ドープトアモルファスシリコン電極端部での段差が低減できるため、遮光膜の局所的薄膜化による光の洩れ込みや金属配線の段切れが防止できる作用効果が生じる。さらに、装置の性能を向上すると共に歩留まりの改善にも大きく寄与する利点を有する。
【００５２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態である固体撮像装置について、図１を参照にしながら説明する。
【００５３】
ｎ型シリコン基板１上の第１のｐ型ウェル領域２内にｎ型不純物拡散領域３と垂直レジスタ４並びにｐ型チャンネルストッパ領域５が形成され、ｎ型不純物拡散領域３上にｐ型の正電荷蓄積領域６が、垂直レジスタ４の直下に第２のｐ型ウェル７が各々形成されている。ここで、ｎ型の不純物拡散領域３と第１のｐ型ウェル領域２とのＰＮ接合によるフォトダイオードによって、受光部（光電変換部）８が構成される。この受光部８は画素に対応して形成される。第１のｐ型ウェル領域２の上記チャンネルストッパ領域５、垂直レジスタ４及び正電荷蓄積領域６を含む全面にゲート絶縁膜２７を構成する（図５Ａ−Ｄ）。更に、第１のｐ型ウェル２上のゲート絶縁膜２７上にドープトアモルファスシリコン膜による第1転送用ゲート電極１０、第２転送用ゲート電極１１、シリコン酸化膜１２が形成される（図５Ｅ−Ｆ）。その後、第１転送ゲート用電極１０、第２転送ゲート用電極１１、シリコン酸化膜１２の上に、図１に示す金属遮光膜１３が選択的に形成されている。
【００５４】
ここで、２層の転送ゲート電極のうち少なくとも１層は、さらに不純物濃度の異なる２層の不純物ドープトアモルファスシリコン膜で形成されており、下層は約０．０２μｍ厚のノンドープトアモルファスシリコン層あるいはｎ型不純物濃度７．０×１０20ｃｍ-3のドープトアモルファスシリコン層から成るバッファ層２２、上層は約０．５μｍ厚の２．０×１０20ｃｍ-3のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層１０で形成される。また、多層のゲート電極の平均したｎ型不純物濃度が１．０×１０20〜３．０×１０20ｃｍ-3になるように形成されている。２８は透明樹脂層である。
【００５５】
なお、ＳｉＯ2膜からなるゲート絶縁膜９は、図１に示すようにＳｉＯ2膜９、Ｓｉ3Ｎ4膜２７及びＳｉＯ2膜２６は３層構造の３層ゲート絶縁膜２５で構成されるものであって構わない。
【００５６】
これにより、全面形成した各層のｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内のマイクロクリスタル領域１６（図２）が下地ゲート絶縁膜９に直接接触しないため、転送ゲート電極１０のエッチング時に下地ゲート絶縁膜９に局所的に薄い領域１７（図８）ができないため、転送チャネルにポテンシャルバリアが発生しない。
【００５７】
また、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層内の電子の流れが阻害、或は、電子が滞在することで、局所的に、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン層の抵抗値が高くなり、あたかも断線したような画像不良となることを防止することで、歩留を向上させることができる。
【００５８】
また、多層に形成されたｎ型不純物ドープトアモルファスシリコンからなる電極間の絶縁膜の耐圧を改善することで、ｎ型不純物ドープトアモルファスシリコン酸化膜の厚さをより薄くすることができ、ドープトアモルファスシリコン電極端部での段差を低減できるため、遮光膜の局所的薄膜化による光の洩れ込みや金属配線の段切れを防止することができる。
【００５９】
また、多層のゲート電極と、ドープトアモルファスシリコン酸化膜中に蓄積される応力集中が、シリコン酸化膜の粘性流動により改善され、突起コーナー付近領域は酸化膜薄膜化が起こらず、突起部コーナー曲率半径６は大きくなることから、酸化膜の耐圧を改善することができる。
【００６０】
［産業上の利用可能性］
本発明は、電荷転送型の固体撮像装置のゲート電極部に対して利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１Ａは本発明の一実施形態の製造プロセスを説明する断面図。
【図２】図２Ａ−Ｂは本発明の実施形態１におけるプロセス断面図。
【図３】図３Ａ−Ｂは本発明の実施形態１におけるプロセス断面図。
【図４】図４Ａ−Ｇは本発明の実施形態１におけるプロセス断面図。
【図５】図５は同、ドープトアモルファスシリコン酸化膜突起部コーナーの説明を説明する断面図。
【図６】図６は従来の製造プロセスを説明する断面図。
【図７】図７Ａ−Ｄは従来の第１及び第２転送用ゲート電極形成プロセスを説明する断面図。
【図８】図８Ａ−Ｃは従来の１番目の課題を説明するプロセス断面図及びポテンシャルバリヤー図。
【図９】図９Ａ−Ｂは従来の２番目の課題を説明するプロセス断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１  Ｎ型シリコン基板（半導体基板）
２  第１のＰ型ウェル
３  Ｎ型不純物拡散領域
４  垂直レジスタ（垂直転送部）
５  Ｐ型チャンネルストッパ領域
６  Ｐ型の正電荷蓄積領域
７  第２のＰ型ウェル
８  受光部（光電変換部）
９  ゲート絶縁膜（ＳｉＯ2膜）
１０  第１の転送用ゲート電極
１１  第２の転送用ゲート電極
１２  シリコン酸化膜
１３  金属遮光膜
１４  第１のドープトアモルファスシリコン層
１５  第２のドープトアモルファスシリコン層
１６  マイクロクリスタル領域
１７  局所的に薄い領域
１８  局所ポテンシャルバリア
１９  シリコングレイン
２０  シリコンバウンダリ
２１  高濃度のＮ型不純物
２２  バッファ層
２３  ２層ドープトアモルファスシリコン構造
２４  バッファ層
２５  Ｓｉ3Ｎ4膜
２６  ＳｉＯ2膜
２７  ３層ゲート絶縁膜
２８  ＢＰＳＧ層間膜
【図１】
2005203755.tif 000003
【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】
2005203755.tif 000008
【図７】
2005203755.tif 000009
【図８】
2005203755.tif 000010
【図９】
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