(57)【要約】【課題】転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができ、特性を向上させた固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供する。【解決手段】基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、受光部に蓄積された信号電荷を転送する第１転送チャネル１４と、第１転送チャネル１４により転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルと、受光部、第１、第２転送チャネルの周囲における基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域１７と、第１、第２転送チャネルおよびチャネルストップ領域１７上に形成されたゲート絶縁膜１８と、ゲート絶縁膜１８上に形成された転送電極２０とを有し、ゲート絶縁膜１８に膜厚差が設けられている。【選択図】図４
2007234883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルと、
前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルと、
前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、
前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域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た転送電極と
を有し、
前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１転送チャネル上の一部のゲート絶縁膜の膜厚が、他の領域に比べて薄い
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１転送チャネルの中央部の部位における前記ゲート絶縁膜の膜厚が、他の領域に比べて薄い
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記チャネルストップ領域上のゲート絶縁膜の膜厚が、他の領域に比べて薄い
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２転送チャネル上の一部のゲート絶縁膜の膜厚が、他の領域に比べて厚い
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部を基板に形成する工程と、
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルを前記基板に形成する工程と、
前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルを前記基板に形成する工程と、
前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域を形成する工程と、
前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に転送電極を形成する工程と
を有し、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜に膜厚差を設ける
固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルと、
前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルと、
前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、
前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域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た転送電極と
を有し、
前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている
カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ固体撮像装置においては、各画素が微細化の傾向にある。各画素が微細化されると、垂直ＣＣＤ、チャネルストップ領域も微細化される。垂直ＣＣＤの微細化は、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量の減少に繋がる。チャネルストップ領域の微細化は、チャネルストップの空乏化に繋がる。チャネルストップ領域が空乏化すると、界面準位から暗電流が発生し、この暗電流が垂直ＣＣＤに流れ込むことによるノイズが増加する。
【０００３】
垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を増やす技術として、垂直ＣＣＤの中央部にのみ局所的に例えばボロンをイオン注入することで、中央部のみ局所的にポテンシャルを浅くし、垂直ＣＣＤにおいて平坦なポテンシャルを形成する技術がある。あるいは、垂直ＣＣＤの両脇部のみ局所的にｎ型不純物をイオン注入する技術も知られている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、活性化のための熱処理により不純物が拡散することから、垂直ＣＣＤの幅が狭くなると、垂直ＣＣＤの中央部あるいは両脇部のみに局所的に不純物を注入することが困難となる。特にボロンは、熱拡散しやすいため、上記の問題が顕著になる。
【０００４】
チャネルストップ領域の空乏化を防止するためには、クロック電圧を負側にする（例えば、−１Ｖ／−８．５Ｖ）にすることで対応できるが、新たな負電源を用意する必要があり、コストの増加を招いてしまう。
【０００５】
垂直ＣＣＤに比べると、水平ＣＣＤの寸法は大きいため、水平ＣＣＤには取り扱い電荷量の減少といった問題は少ない。しかしながら、垂直ＣＣＤから転送された信号電荷が少ない場合に、転送効率が悪いという問題がある。
【非特許文献１】A. Tanabe et al.“Dynamic Range Improvement by Narrow-Channel Effect Suppression and Smear Reduction Technologies in Small Pixel IT-CCD Image Sensors” IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.47, NO.9, SEPTEMBER 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、不純物の拡散以外の手法で、基板の電位分布を制御することにより、固体撮像装置の各部の最適化を図ることが望まれている。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができ、特性を向上させた固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルと、前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルと、前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域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た転送電極とを有し、前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている。
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部を基板に形成する工程と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルを前記基板に形成する工程と、前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルを前記基板に形成する工程と、前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域を形成する工程と、前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に転送電極を形成する工程とを有し、前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜に膜厚差を設ける。
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第１転送チャネルと、前記第１転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第２転送チャネルと、前記受光部、前記第１、第２転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、前記第１、第２転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域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た転送電極とを有し、前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている。
【００１１】
上記の本発明では、ゲート絶縁膜に膜厚差を設けることにより、転送電極下における第１、第２転送チャネルあるいはチャネルストップ領域の電位を制御する。これにより、転送電極下における第１、第２転送チャネルあるいはチャネルストップ領域の電位分布が局所的に制御される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができる。これにより、特性を向上させた固体撮像装置およびカメラを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置１は、撮像部２と、水平転送部３と、出力部４とを有する。
【００１５】
撮像部２には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部７と、受光部５と垂直転送部７との間に配置された読み出しゲート部６とを有する。
【００１６】
受光部５は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光（入射光）をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部６は、受光部５に蓄積された信号電荷を垂直転送部７に読み出す。
【００１７】
垂直転送部７は、４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４によって駆動され、受光部５から読み出された信号電荷を垂直方向（図中、下方向）に転送する。なお、クロック信号としては、４相に限定されるものではない。クロック信号φＶ１〜φＶ４は、例えば０Ｖあるいは−８．５Ｖである。
【００１８】
水平転送部３は、２相のクロック信号φＨ１，φＨ２によって駆動され、垂直転送部７から垂直転送された信号電荷を、水平方向（図中、左方向）に転送する。
【００１９】
垂直転送部７および水平転送部３は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
【００２０】
出力部４は、例えば、フローティングディフュージョンにて構成された電荷−電圧変換部４ａを有し、水平転送部３により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して、アナログ画像信号として出力する。
【００２１】
図２は、撮像部２における要部平面図である。
【００２２】
マトリックス状に配置された受光部５に隣接して、転送方向に伸びる転送チャネル（第１転送チャネル）１４が形成されている。転送チャネル１４上には、絶縁膜を介在させた状態で、第１転送電極２１と第２転送電極２２が転送方向に交互に繰り返し並んでいる。第１転送電極２１および第２転送電極２２を区別する必要がない場合には、単に転送電極２０と称する。転送チャネル１４と、転送電極２０により垂直転送部７が構成される。転送方向に並んだ第１転送電極２１および第２転送電極２２は、端部が互いに重なるように配置されている。
【００２３】
水平方向における第１転送電極２１および第２転送電極２２は、互いに接続されている。第１転送電極２１は１層目のポリシリコン層により形成され、第２転送電極２２は２層目のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、２層構造の転送電極の例について説明するが、単層構造であっても、３層以上の構造であってもよい。
【００２４】
第１転送電極２１および第２転送電極２２に電圧を印加すると、転送チャネル１４に電位井戸が形成される。この電位井戸を形成するためのクロック信号φＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が、転送方向に並べられた第１転送電極２１および第２転送電極２２に対して位相をずらして印加されることで、電位井戸の分布が順次変化し、電位井戸内の電荷が転送方向に沿って転送される。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置の１画素の断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図に相当する。
【００２６】
例えば、ｎ型のシリコン基板（以下、基板１０という）に、ｐ型ウェル１１が形成されている。ｐ型ウェル１１は、オーバーフローバリアを形成する。
【００２７】
受光部５は、ｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の信号電荷蓄積領域１２と、信号電荷蓄積領域１２の表層に形成されたｐ＋型の正孔蓄積領域１３を有する。正孔蓄積領域１３は、信号電荷蓄積領域１２の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。
【００２８】
受光部５には、信号電荷蓄積領域１２、ｐ型ウェル１１および基板１０により、ｎｐｎ構造が形成されている。このｎｐｎ構造は、受光部５に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がｐ型ウェル１１により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板１０側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
【００２９】
また、上記の受光部５は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板１０に供給される基板電位を高レベル（例えば＋１２Ｖ）にすることにより、ｐ型ウェル１１の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板１０に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。
【００３０】
垂直転送部７は、信号電荷蓄積領域１２と所定間隔を隔ててｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の転送チャネル１４と、転送チャネル１４上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１８を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極２０により構成されている。転送チャネル１４の下には、比較的高濃度のｐ型領域１５が形成されている。ｐ型領域１５は、転送チャネル１４の下に電位障壁を形成する。このため、基板１０の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル１４へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。
【００３１】
読み出しゲート部６は、信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間のｐ型の読み出しゲート領域１６と、読み出しゲート領域１６上にゲート絶縁膜１８を介して形成された転送電極２０により構成されている。読み出しゲート領域１６は、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極に正の読み出し電圧（例えば１５Ｖ）が印加されて、読み出しゲート領域１６の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域１２から転送チャネル１４へと移される。
【００３２】
信号電荷蓄積領域１２に対して読み出し側とは反対側には、ｐ型のチャネルストップ領域１７が形成されている。チャネルストップ領域１７は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。
【００３３】
転送電極２０上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２３を介して、転送電極２０を被覆する遮光膜２４が形成されている。遮光膜２４は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜２４には、受光部５に光を入射させるための開口部が形成されている。
【００３４】
遮光膜２４上には、例えばＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate glass）からなる第１層間絶縁膜２５が形成されている。第１層間絶縁膜２５には、下地の表面段差に起因する凹凸が形成されている。第１層間絶縁膜２５上には、第１層間絶縁膜２５よりも高屈折率材料からなる第２層間絶縁膜２６が形成されている。第２層間絶縁膜２６は例えば窒化シリコンからなる。第２層間絶縁膜２６の表面は、平坦化されている。第１層間絶縁膜２５と第２層間絶縁膜２６の界面により層内レンズが形成されている。
【００３５】
第２層間絶縁膜２６上には、カラーフィルタ３０が形成されている。カラーフィルタ３０は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ３１と、ブルーカラーフィルタ３２と、レッドカラーフィルタ３３とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ３０はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。
【００３６】
カラーフィルタ３０上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜４０が形成されている。平坦化膜４０上には、マイクロレンズ５０が形成されている。
【００３７】
本実施形態では、転送電極２０下のゲート絶縁膜１８に膜厚差が設けられていることを特徴とする。図４は、転送電極２０とその下のゲート絶縁膜１８の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
【００３８】
本実施形態では、転送チャネル１４上の一部のゲート絶縁膜１８の膜厚が、他の部分に比べて薄く形成されている。本例では、転送チャネル１４の中央部の部位におけるゲート絶縁膜１８の膜厚が、他の領域に比べて薄い。例えば転送チャネル１４の中央部の１／３程度の領域が他の領域に比べて薄くなっている。ゲート絶縁膜１８の膜厚は、転送チャネル１４の電位にもよるが、例えば転送チャネル１４の中央部におけるゲート絶縁膜１８の膜厚を他の領域に比べて１０％〜５０％薄くする。
【００３９】
転送電極２０下のゲート絶縁膜１８の膜厚が均一な場合には、狭チャネル効果の影響を受けて、Ｅ１’のような電位分布になる。すなわち、転送チャネル１４の両脇の電位が低くなる（浅くなる）。転送チャネル１４の中央部において電位が深いと、取り扱い電荷量が減少する。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、転送チャネル１４の中央部の部位におけるゲート絶縁膜１８の膜厚が他の領域に比べて薄くなっていることから、転送チャネル１４の中央部の部位の電位は、他の領域に比べて転送電極２０の電位の影響をより受ける。その結果、転送チャネル１４の中央部の電位のみ局所的に電位が浅くなり、転送チャネル１４の電位分布が平坦となる。転送チャネル１４の電位分布が平坦となることから、転送チャネル１４の取り扱い電荷量を増大させることができる。
【００４１】
図５は、転送電極２０とその下のゲート絶縁膜１８の要部断面および電位分布の他の例を示す図である。
【００４２】
本実施形態では、転送チャネル１４上の両脇のゲート絶縁膜１８の膜厚が、他の部分に比べて厚く形成されている。ゲート絶縁膜１８の膜厚は、転送チャネル１４の電位にもよるが、例えば転送チャネル１４の両脇におけるゲート絶縁膜１８の膜厚を他の領域に比べて１０％〜５０％厚くする。
【００４３】
転送電極２０下のゲート絶縁膜１８の膜厚が均一な場合には、狭チャネル効果の影響を受けて、Ｅ２’のような電位分布になる。すなわち、転送チャネル１４の両脇の電位が低くなる（浅くなる）。転送チャネル１４の中央部において電位が深いと、取り扱い電荷量が減少する。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、転送チャネル１４の両脇におけるゲート絶縁膜１８の膜厚が他の領域に比べて厚くなっていることから、転送チャネル１４の両脇の部位は、他の領域に比べて転送電極２０の電位の影響を受けにくい。その結果、転送チャネル１４の両脇の電位のみ局所的に電位が深くなり、転送チャネル１４の電位分布が平坦となる。転送チャネル１４の電位分布が平坦となることから、転送チャネル１４の取り扱い電荷量を増大させることができる。
【００４５】
次に、ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設ける方法の一例について、図６を参照して説明する。
【００４６】
図６（ａ）に示すように、基板１０上に、熱酸化法により酸化シリコンからなる第１絶縁膜１８ａを形成する。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域における第１絶縁膜１８ａを除去する。除去する領域は、ゲート絶縁膜１８を薄膜化する領域である。
【００４８】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、熱酸化法あるいはＣＶＤ法により、基板１０および第１絶縁膜１８ａ上に酸化シリコンからなる第２絶縁膜１８ｂを形成する。これにより、第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂからなるゲート絶縁膜１８が形成される。
【００４９】
最後に、ゲート絶縁膜１８上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極２０を形成する。
【００５０】
上記したゲート絶縁膜１８の形成方法の利点について説明する。第１絶縁膜１８ａの開口部の幅をＷ１（図６（ｂ）参照）とする。第１絶縁膜１８ａの開口部の幅Ｗ１はリソグラフィの解像限界により決まる。これに対して、最終的な薄膜化領域の幅Ｗ２（図６（ｃ）参照）は、幅Ｗ１よりも第２絶縁膜１８ｂの膜厚の２倍分だけ狭くなる。その結果、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化することが可能となり、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
【００５１】
ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設ける方法の他の例について、図７を参照して説明する。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、基板１０上に、熱酸化法により酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１８を形成する。
【００５３】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域におけるゲート絶縁膜１８を途中の深さまで除去する。このとき、ゲート絶縁膜１８の残膜が所望の膜厚となるようにエッチングする。除去する領域は、ゲート絶縁膜１８を薄膜化する領域である。
【００５４】
最後に、図７（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極２０を形成する。
【００５５】
上記したゲート絶縁膜１８の形成方法によれば、リソグラフィの解像限界で定まる微細な領域を薄膜化することができる。その結果、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
【００５６】
ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設ける方法の他の例について、図８を参照して説明する。本実施形態では、ゲート絶縁膜１８が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の３層構造からなる例について説明する。
【００５７】
図８（ａ）に示すように、基板１０上に、熱酸化法により酸化シリコンからなる第１絶縁膜１８ａを形成する。続いて、第１絶縁膜１８ａ上に、ＣＶＤ法によって窒化シリコンからなる第２絶縁膜１８ｂを形成する。
【００５８】
次に、図８（ｂ）に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域における第２絶縁膜１８ｂを除去する。除去する領域は、ゲート絶縁膜１８を薄膜化する領域である。
【００５９】
次に、図８（ｃ）に示すように、例えば、熱酸化法あるいはＣＶＤ法により、第１絶縁膜１８ａおよび第２絶縁膜１８ｂ上に酸化シリコンからなる第３絶縁膜１８ｃを形成する。これにより、第１絶縁膜１８ａ、第２絶縁膜１８ｂおよび第３絶縁膜１８ｃからなるゲート絶縁膜１８が形成される。
【００６０】
最後に、図８（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極２０を形成する。
【００６１】
上記したゲート絶縁膜１８の形成方法によれば、リソグラフィの解像限界で定まる微細な領域を薄膜化することができる。その結果、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
【００６２】
上記したゲート絶縁膜１８の形成方法の利点について説明する。ゲート絶縁膜１８としてＯＮＯ膜（酸化シリコン膜／窒化シリコン膜／酸化シリコン膜の積層膜）を採用する場合においては、この層構成を利用して膜厚差を形成することができるため、製造工程の増加を抑えることができる。
【００６３】
また、第２絶縁膜１８ｂの開口部の幅をＷ１（図８（ｂ）参照）とする。第２絶縁膜１８ｂの開口部の幅Ｗ１はリソグラフィの解像限界により決まる。これに対して、最終的な薄膜化領域の幅Ｗ２（図８（ｃ）参照）は、幅Ｗ１よりも第２絶縁膜１８ｂの膜厚の２倍分だけ狭くなる。その結果、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化することが可能となり、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
【００６４】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００６５】
図９（ａ）に示すように、ｎ型のシリコンからなる基板１０に、イオン注入法により、ｐ型ウェル１１、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２、ｎ型の転送チャネル１４、ｐ型領域１５、ｐ型の読み出しゲート領域１６、ｐ型のチャネルストップ領域１７を形成する。続いて、基板１０上に、図６〜図８に示した方法により膜厚差をもつゲート絶縁膜１８を形成する。なお、図面の簡略化のため、図９〜図１１では、ゲート絶縁膜１８の膜厚差については図解していない。
【００６６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上に転送電極２０を形成する。転送電極２０は、ポリシリコンを堆積した後に、レジストを用いてポリシリコンをエッチングすることにより形成する。転送電極２０が２層構造の場合には、１層目と２層目の転送電極間には絶縁膜を形成する。転送電極２０を形成した後に、例えばＣＶＤ法により転送電極２０を被覆する酸化シリコンからなる絶縁膜２３を形成する。続いて、転送電極２０をマスクとしたイオン注入により、信号電荷蓄積領域１２の表層にｐ型の正孔蓄積領域１３を形成する。これにより、基板１０に受光部５、読み出しゲート部６および垂直転送部７が形成される。
【００６７】
次に、図１０（ａ）に示すように、受光部５の位置に開口部２４ａをもち、転送電極２０を被覆する遮光膜２４を形成する。遮光膜２４は、例えば基板１０上にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。
【００６８】
次に、図１０（ｂ）に示すように、基板１０上に、例えばＢＰＳＧを堆積させて、リフロー処理を行うことにより第１層間絶縁膜２５を形成する。続いて、第１層間絶縁膜２５上に、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することにより第２層間絶縁膜２６を形成する。
【００６９】
次に、図１１（ａ）に示すように、第２層間絶縁膜２６上にカラーフィルタ３０を形成する。カラーフィルタ３０は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えば第２層間絶縁膜２６上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ３１のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ３２およびレッドカラーフィルタ３３を形成する。なお、カラーフィルタ３０の形成順序に限定はない。
【００７０】
次に、図１１（ｂ）に示すように、カラーフィルタ３０の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ３０上に透明な平坦化膜４０を形成する。平坦化膜４０としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。
【００７１】
最後に、平坦化膜４０上に、マイクロレンズ５０を形成することにより、固体撮像装置１が完成する。
【００７２】
上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。
【００７３】
図１２は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。
【００７４】
カメラ１００は、上記した固体撮像装置１と、光学系１０２と、駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを有する。
【００７５】
光学系１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１の各受光部５において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部５の信号電荷蓄積領域１２において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。
【００７６】
駆動回路１０３は、上述した４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４および２相のクロック信号φＨ１，φＨ２などの各種のタイミング信号を固体撮像装置１に与える。これにより、固体撮像装置１の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置１の出力部４からアナログ画像信号が出力される。
【００７７】
信号処理回路１０４は、固体撮像装置１から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去を行ったり、ディジタル信号に変換するといった各種の信号処理を行う。信号処理回路１０４による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。
【００７８】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について説明する。
【００７９】
本実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル１４上のゲート絶縁膜に膜厚差を設けることにより、転送チャネル１４の電位を平坦にしている。この結果、転送チャネル１４の取り扱い電荷量を増大させることができる。取り扱い電荷量を向上させた固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化したゲート絶縁膜１８を形成することができる。この結果、不純物を導入して基板電位を制御するのに比べて、微細な画素に適用することができる。
【００８１】
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係る固体撮像装置において、転送電極２０とその下のゲート絶縁膜１８の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
【００８２】
本実施形態では、チャネルストップ領域１７上のゲート絶縁膜１８の膜厚が、他の部分に比べて薄く形成されている。ゲート絶縁膜１８の膜厚は、転送チャネル１４の電位にもよるが、例えばチャネルストップ領域１７におけるゲート絶縁膜１８の膜厚を他の領域に比べて１０％〜５０％薄くする。ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設ける方法については、図６〜図８を参照して説明した通りである。
【００８３】
チャネルストップ領域１７上のゲート絶縁膜１８の膜厚が厚い場合には、Ｅ３’のような電位分布になる。すなわち、チャネルストップ領域１７の微細化の影響を受けて、チャネルストップ領域１７が空乏化する。チャネルストップ領域１７が空乏化すると、暗電流が発生し、それが転送チャネル１４に流れ込むことによるノイズが発生する。
【００８４】
これに対して、本実施形態では、チャネルストップ領域１７上のゲート絶縁膜１８の膜厚が他の領域に比べて薄くなっていることから、チャネルストップ領域１７の電位は、他の領域に比べて転送電極２０の電位の影響をより受ける。その結果、チャネルストップ領域１７の電位のみ局所的に電位が浅くなり、チャネルストップ領域１７を０Ｖに近づけることができる（図中、電位分布Ｅ３参照）。従って、チャネルストップ領域１７を０Ｖに近づけることにより、チャネルストップ領域１７の空乏化を抑制できることから、暗電流の発生を抑制することができる。
【００８５】
以上のように、第２実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル１４上に比べて、チャネルストップ領域１７上のゲート絶縁膜を薄膜化することにより、チャネルストップ領域１７の空乏化を抑制している。この結果、クロック電圧を変更することなく、暗電流の発生を抑制することができる。暗電流を抑制した固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
【００８６】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化したゲート絶縁膜１８を形成することができる。この結果、不純物を導入して基板電位を制御するのに比べて、微細な画素に適用することができる。
【００８７】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係る固体撮像装置を説明するための図であり、（ａ）は水平転送部の要部平面図、（ｂ）は水平転送部の要部断面および電位分布の一例を示す図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面に相当する。
【００８８】
図１４（ａ）に示すように、水平転送部３の転送チャネル（第２転送チャネル）７０が水平方向に伸びている。転送チャネル７０の一端は、出力部４に接続されている。転送チャネル７０は、転送チャネル１４と同時形成しても別々に形成してもよい。図１４（ａ）には図示はしないが、転送チャネル７０上には、ゲート絶縁膜７１を介して複数の転送電極７２が形成されている。ゲート絶縁膜７１は、ゲート絶縁膜１８と同時形成しても別々に形成してもよい。転送電極７２は、転送電極２０と同時形成しても別々に形成してもよい。
【００８９】
本実施形態では、転送チャネル７０上のゲート絶縁膜７１に膜厚差が設けられている。例えば、転送チャネル７０中の一部の領域７０ａにおいて、ゲート絶縁膜７１を厚膜化している。ゲート絶縁膜７１に膜厚差を設ける方法については、図６〜図８を参照して説明した通りである。
【００９０】
本実施形態では、水平転送部３の転送チャネル７０上の一部の領域７０ａのゲート絶縁膜７１の膜厚が他の領域に比べて厚くなっていることから、領域７０ａの電位は、他の転送チャネル７０の領域に比べて転送電極７２の電位の影響を受けにくくなる。その結果、領域７０ａのみ局所的に電位が深くなる（図中、電位分布Ｅ４参照）。従って、部分的に電位の深い領域７０ａを形成することにより、転送電荷が少ない場合にはこの領域７０ａに電荷が集まる。この結果、電荷の反発効果により転送効率を向上することができる。
【００９１】
水平転送部３は、垂直転送部７に比べて大きい。このため、不純物を選択的に注入することによっても同様の電位分布の形成は可能である。しかし、ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設けて所望の電位分布を得ることにより、不純物散乱起因の電荷の移動度の低下を抑制することができる。
【００９２】
以上のように、第３実施形態に係る固体撮像装置では、水平転送部３において、転送チャネル７０の一部の領域７０ａ上のゲート絶縁膜７１を厚膜化することにより、部分的に電位の深い領域７０ａを形成している。この結果、特に電荷が少ない場合における転送効率を向上させることができる。転送効率を向上させた固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
【００９３】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、ゲート絶縁膜１８に膜厚差を設けることに加えて、不純物を注入することにより、基板の電位を制御してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】撮像部の要部平面図である。
【図３】本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図４】垂直転送部の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
【図５】垂直転送部の要部断面および電位分布の他の例を示す図である。
【図６】ゲート絶縁膜の作製方法の一例を示す工程断面図である。
【図７】ゲート絶縁膜の作製方法の他の例を示す工程断面図である。
【図８】ゲート絶縁膜の作製方法の他の例を示す工程断面図である。
【図９】固体撮像装置の製造方法の工程断面図である。
【図１０】固体撮像装置の製造方法の工程断面図である。
【図１１】固体撮像装置の製造方法の工程断面図である。
【図１２】本実施形態に係るカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図１３】第２実施形態に係る固体撮像装置において、垂直転送部の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
【図１４】第３実施形態に係る固体撮像装置において、（ａ）は水平転送部の要部平面図、（ｂ）は水平転送部の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…固体撮像装置、２…撮像部、３…水平転送部、４…出力部、４ａ…電荷―電圧変換部、５…受光部、６…読み出しゲート部、７…垂直転送部、１０…基板、１１…ｐ型ウェル、１２…信号電荷蓄積領域、１３…正孔蓄積領域、１４…転送チャネル、１５…ｐ型領域、１６…読み出しゲート領域、１７…チャネルストップ領域、１８…ゲート絶縁膜、１８ａ…第１絶縁膜、１８ｂ…第２絶縁膜、１８ｃ…第３絶縁膜、２０…転送電極、２１…第１転送電極、２２…第２転送電極、２３…絶縁膜、２４…遮光膜、２４ａ…開口部、２５…第１層間絶縁膜、２６…第２層間絶縁膜、３０…カラーフィルタ、３１…グリーンカラーフィルタ、３２…ブルーカラーフィルタ、３３…レッドカラーフィルタ、４０…平坦化膜、５０…マイクロレンズ、６０…透明保護膜、７０…転送チャネル、７１…ゲート絶縁膜、７２…転送電極、１００…カメラ、１０２…光学系、１０３…駆動回路、１０４…信号処理回路
【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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