(57)【要約】【課題】暗時出力を低減するとともに転送効率を向上できる電荷結合素子を得ること。【解決手段】ｐ型単結晶シリコン基板１０１上に形成されたｎチャネル領域１０１ｎと、複数の第１層転送電極１０４と、第２層転送電極１０５と、ｐ型の表面不純物領域２００からなる仮想電極１０６とを備えた電荷結合素子である。光電変換で生じた信号電荷を転送する電荷転送方向に垂直な方向に伸長する開口部Ｏで第２層転送電極１０５を分離して形成された一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１表面に垂直な垂線Ｔ上に位置し、表面不純物領域２００の表面に形成された酸化膜１０７Ｓの膜厚は５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル領域を備えた半導体基板と、
前記半導体基板表面に第１の絶縁膜を介して、形成された複数の第１層転送電極と、前記第１層転送電極間から前記第１層転送電極上に第２の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第２層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、
前記第１層転送電極および前記第２層転送電極の配列方向に沿って形成され前記第２層転送電極を、一対の第２層転送電極に分離する開口部と、
前記開口部から露呈する、前記チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなる仮想電極とを備えた電荷結合素子であって、
前記開口部を臨む前記一対の第２層転送電極の内縁が、
前記一対の第２層転送電極間に形成された前記表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記表面不純物領域の表面に５０ｎｍ以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする電荷結合素子。
【請求項２】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第２層転送電極は、
リン濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下のリンドープの多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項１に記載の電荷結合素子。
【請求項３】
前記酸化膜の膜厚は、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電荷結合素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電荷結合素子を垂直方向および水平方向に複数配列して形成された画素アレイと、
前記画素アレイの出力を処理する信号処理回路とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
チャネル領域を備えた半導体基板と、
前記半導体基板表面に第１の絶縁膜を介して、形成された複数の第１層転送電極と、前記第１層転送電極間から前記第１層転送電極上に第２の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第２層転送電極とからなり、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、
前記第１層転送電極および前記第２層転送電極の配列方向に沿って形成され前記第１層転送電極および第２層転送電極を、それぞれ一対の第１層転送電極および一対の第２層転送電極に分離する開口部と、
前記開口部から露呈する、前記チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなるフォトダイオード部とを備えた電荷結合素子であって、
前記開口部を臨む前記一対の第１層転送電極および前記一対の第２層転送電極の内縁が、
前記一対の第１層転送電極間および前記一対の第２層転送電極間に形成された前記表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記表面不純物領域の表面に５０ｎｍ以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする電荷結合素子。
【請求項６】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第１層転送電極および第２層転送電極は、
リン濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下の多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項５に記載の電荷結合素子。
【請求項７】
前記酸化膜の膜厚は、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の電荷結合素子。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の電荷結合素子を垂直方向および水平方向に複数配列して形成された画素アレイと、
前記画素アレイの出力を処理する信号処理回路とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
第１導電型の半導体基板表面に第２導電型の不純物領域を形成するチャネル形成工程と、
前記半導体基板表面に第１の絶縁膜を形成した後、不純物を含有する多結晶シリコン層からなる第１層転送電極を形成する工程と、
前記第１層転送電極間から第２の絶縁膜を介して前記第１層転送電極上に一部重なって、不純物を含有する多結晶シリコン層からなる第２層転送電極を形成する工程と、
前記第２層転送電極の一部をエッチングして開口部を形成し、一対の第２層転送電極を形成する工程と、
前記開口部から露呈する前記半導体基板表面に表面不純物領域を形成する工程と、
熱酸化を行い、前記表面不純物領域の表面および前記第２層転送電極表面に酸化膜を形成する工程とを含み、
前記表面不純物領域の表面に第２層転送電極を形成する工程は、
前記表面不純物領域の表面に形成すべき酸化膜の膜厚に応じて、前記第２層転送電極の不純物濃度を決定する工程を含み、
前記開口部で分離することで形成された一対の第２層転送電極の内縁が、
前記一対の第２層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、前記半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、
前記酸化膜の膜厚が、前記表面不純物領域の表面で５０ｎｍ以上であることを特徴とする電荷結合素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第２層転送電極は、
リン濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下の多結晶シリコン層であることを特徴とする請求項９に記載の電荷結合素子の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化膜の膜厚は、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載の電荷結合素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１層転送電極は、
リン濃度が１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下の多結晶シリコン層であり、
前記開口部を形成する工程は、
前記第１層転送電極および前記第２層転送電極をエッチングして開口部を形成する工程であり、
前記酸化膜を形成する工程は、
熱酸化を行い、前記開口部に露呈する前記不純物領域および前記第１層転送電極および前記第２層転送電極表面に酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の電荷結合素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想電極を備えた、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤチャネルと転送電極から成るＣＣＤとして、種々の構造が提案されている。一例として、特許文献１には、ＣＣＤチャネルへの光入射量を増大させるため、第１層転送電極あるいは第２層転送電極の間に開口部を設け、第１層転送電極あるいは第２層転送電極をマスクとして、開口部内に不純物を注入して表面不純物領域を形成したものが開示されている。特許文献１によれば、仮想バリア領域および仮想ウェル領域が仮想電極として作用し、ＣＣＤチャネルにおける電荷の転送を容易にし、転送ロスを低減して、光感度を向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のＣＣＤにおいて、転送電極への開口部形成のためのエッチング工程では、基板表面がダメージを受けるため、表面に結晶欠陥が生じ易く、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大するという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、暗時出力を低減するとともに転送効率を向上できる電荷結合素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の電荷結合素子は、チャネル領域を備えた半導体基板と、半導体基板表面に第１の絶縁膜を介して、形成された複数の第１層転送電極と、第１層転送電極間から第１層転送電極上に第２の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第２層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、第１層転送電極および第２層転送電極の配列方向に沿って形成され第２層転送電極を、一対の第２層転送電極に分離する開口部と、開口部から露呈する、チャネル領域および該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなる仮想電極とを備える。そして開口部を臨む一対の第２層転送電極の内縁が、一対の第２層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、表面不純物領域の表面に５０ｎｍ以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の電荷結合素子は、チャネル領域を備えた半導体基板と、半導体基板表面に第１の絶縁膜を介して、形成された複数の第１層転送電極と、第１層転送電極間から第１層転送電極上に第２の絶縁膜を介して一部重なって、形成された第２層転送電極とからなり、光電変換部で生成された電荷を転送する転送部と、第１層転送電極および第２層転送電極の配列方向に沿って形成され第１層転送電極および第２層転送電極を、それぞれ一対の第１層転送電極および一対の第２層転送電極に分離する開口部と、開口部から露呈する、チャネル領域及び該チャネル領域の表面に形成された表面不純物領域からなるフォトダイオード部とを備える。そして開口部を臨む一対の第１層転送電極および一対の第２層転送電極の内縁が、一対の第１層転送電極間および一対の第２層転送電極間に形成された表面不純物領域の外縁をとおる、半導体基板表面に垂直な垂線上に位置し、表面不純物領域の表面に５０ｎｍ以上の膜厚を有する酸化膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、暗時出力を低減するとともに転送効率を向上できるＣＣＤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置を示す斜視図
【図２】実施の形態１の固体撮像装置の画素の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図３】実施の形態１の固体撮像素子の表面不純物領域と、転送電極との重なりを示す要部拡大断面図
【図４】（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１における固体撮像装置の画素部分の製造方法を説明する工程断面図
【図５】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１を説明するための表面不純物領域と転送電極の重なりを示す比較図
【図６】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１を説明するための表面不純物領域の表面の酸化状態を示す比較図
【図７】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１を説明するためのＴＡＴ電流の発生メカニズムを示す図
【図８】実施の形態２の固体撮像装置の画素の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図９】実施の形態２の固体撮像素子の表面不純物領域と、転送電極との重なりを示す要部拡大断面図
【図１０】（ａ）から（ｆ）は、実施の形態２における固体撮像装置の画素部分の製造方法を説明する工程断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態にかかる電荷結合素子、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、図面を見易くするために、上面図であってもハッチングを付す場合があり、断面図であってもハッチングを付さない場合がある。
【００１１】
図１から図７を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置１００について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００を模式的に示す斜視図である。本実施の形態１の固体撮像装置１００は、表面にｎチャネル領域１０１ｎの形成されたｐ型単結晶シリコン基板１０１上に、電荷転送部としての画素アレイ１１０と、画素アレイ１１０によって生じた信号電荷を外部に読み出す信号処理回路１３０とを備える。画素アレイ１１０には、複数個の画素１１１が複数列に配列されており、信号処理回路１３０によって、画素アレイ１１０の画素１１１を順次選択して、外部に読み出すものである。
【００１２】
画素アレイ１１０は、内部光電効果によって画素１１１で発生した信号電荷を画素アレイ１１０の垂直方向Ｄvに転送する垂直ＣＣＤ１１２と、該垂直ＣＣＤ１１２で転送した信号電荷をさらに画素アレイ１１０の水平方向ＤHに転送する水平ＣＣＤ１１３と、転送されてきた信号電荷を電圧に変換する出力アンプ１１４とを備えている。ＣＣＤを用いる場合、出力アンプ１１４がフローティングディヒュージョンアンプ（ＦＤＡ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であることが多い。
【００１３】
上述の画素１１１について、図２（ａ）から（ｃ）を参照して説明する。図２（ａ）は、実施の形態１の固体撮像装置の上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態では、半導体基板としてｐ型単結晶シリコン基板１０１を用いている。画素１１１は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１内に形成され入射した光を信号電荷に変換する光電変換部ＲLと、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５からなる電荷転送電極を備えた転送部ＲTとを具備する。光電変換部ＲLは、ｐ型単結晶シリコン基板１０１に形成されたｎ型不純物領域からなるｎチャネル領域１０１ｎを含む。画素１１１は、水平方向ＤHに沿って隣接する画素１１１間の混信を防止する画素分離領域１０３Ｒと、ＣＣＤチャネルの飽和電荷量を定めるオーバーフローゲート（ＯＦＧ：Ｏｖｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｇａｔｅ）１０３Ｇと、ＣＣＤチャネルの飽和電荷量を超えた余剰電荷を排出するオーバーフロードレイン（ＯＦＤ：Ｏｖｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｄｒａｉｎ）１０３Ｄとを有する。各画素１１１間で垂直方向Ｄvに沿って互いに平行に形成された、画素分離領域１０３ＲとＯＦＧ１０３ＧとＯＦＤ１０３Ｄとは、素子間部ＲDivを構成している。画素分離領域１０３Ｒはｐ型不純物領域で構成される。ＯＦＧ１０３Ｇはｐ型不純物領域で構成される。ＯＦＤ１０３Ｄは、ｎ型不純物領域で構成される。本実施の形態では、素子間部ＲDivで囲まれた領域全体が光電変換部ＲLとなっている。
【００１４】
本実施の形態では、画素１１１を垂直方向Ｄvに一列に配置して垂直ＣＣＤ１１２を構成している。ここで、垂直ＣＣＤ１１２は、例えば図２（ｃ）に示すように、第１層転送電極１０４、第２層転送電極１０５Ａ、仮想電極１０６、第２層転送電極１０５Ｂを周期として、これらの電極を繰り返し配置して構成される。ｐ型単結晶シリコン基板１０１上の第１の絶縁膜１０７Ａ上に形成された複数の第１層転送電極１０４と、第２の絶縁膜１０７Ｂを介して第１層転送電極１０４上に一部重なるように、各第１層転送電極１０４間に形成された第２層転送電極１０５と、第２層転送電極１０５に形成された開口部Ｏ内に位置するｎチャネル領域１０１ｎ内に形成されたｐ型不純物領域からなる表面不純物領域２００とを備えている。
【００１５】
仮想電極１０６は、一対の第２電荷転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの間に設けられた開口部Ｏに形成されている。そのため、仮想電極１０６では、第２層転送電極１０５によって光吸収されずに、光電変換部ＲLへ光が入射し、感度が向上する。なお、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５の延在方向は、垂直方向Ｄvに直角な方向、つまり水平方向ＤHに相当する。
【００１６】
画素１１１の光検出原理について述べる。固体撮像装置１００の撮像対象となる被写体が発した光が、画素アレイ１１０内の画素１１１に入射すると、ｐ型単結晶シリコン基板１０１では、内部光電効果によって、光の入射量に応じた数の電子正孔対が発生し、これが信号電荷となって転送される。ここで、ｐ型単結晶シリコン基板１０１のうち、光が入射して電子正孔対が発生している領域を光電変換部ＲLとする。画素１１１ごとに、信号電荷を垂直ＣＣＤ１１２および水平ＣＣＤ１１３を通して転送し、転送されてきた電荷を出力アンプ１１４で電圧に変換して、被写体の撮像画を得る。ここで転送される信号電荷は、多くの場合は、電子である。
【００１７】
なお、ＣＣＤチャネル電位とＯＦＧ１０３Ｇの電位によって定まる飽和電荷量を超えて溢れた電荷は、ＯＦＧ１０３Ｇを経由してＯＦＤ１０３Ｄに入り、ＯＦＤ１０３Ｄ中を通って外部に排出される。
【００１８】
画素１１１について詳細に説明する。図３に示すように、第２層転送電極１０５を分離することで形成された一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの、開口部Ｏを囲む内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１に垂直な垂線Ｔに対して０．１５μｍ程度外側から０．１５μｍ程度内側までの間に位置させた。そして表面不純物領域２００の表面で、酸化膜１０７Ｓの膜厚は５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とした。このとき一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂのリン濃度は１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下とした。
【００１９】
製造方法については後述するが、第１層転送電極１０４、第２層転送電極１０５はいずれも、リンを不純物として含有する多結晶シリコンで構成され、成膜後、順次酸化することで第２の絶縁膜１０７Ｂ、第３の絶縁膜１０７Ｃが順次形成される。また、表面不純物領域２００の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減することで、暗時出力を低減できる。また、多結晶シリコンの不純物濃度によって酸化速度が異なるため、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化してＴＡＴ電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化して表面不純物領域２００の周縁部のポテンシャル凹凸を低減することで、転送効率を向上できるという効果を奏する。
【００２０】
本実施の形態では、表面不純物領域２００の外縁Ｅoと、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの開口部Ｏを囲む内縁Ｅiとの位置関係を最適化し、電気的特性を向上するものである。表面不純物領域２００の外縁Ｅoは、ボロンイオンの水平方向および垂直方向の拡散により形成される。また一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの開口部Ｏを囲む内縁Ｅiは、開口部Ｏへのボロンイオン注入後の酸化により、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの側壁に形成される第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚によって決まる。多結晶シリコンの不純物濃度が高いほど、多結晶シリコンからなる第２層転送電極の酸化速度は大きくなるため、側壁に形成される第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚が大きくなる。その結果、第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの内縁Ｅiの外側へのシフト量が大きくなる。そこで、本実施の形態では、多結晶シリコンの不純物濃度に着目し、表面不純物領域２００表面の結晶欠陥を十分に吸収し得る厚さの表面の酸化膜１０７Ｓを形成する際に、同時に形成される第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚を、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの不純物濃度で調整する。
【００２１】
本実施の形態では、第２層転送電極１０５に、開口部Ｏを形成するためのドライエッチングによってｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面にダメージを受け、多くの結晶欠陥が生じており捕獲準位が形成され易い。そのため、仮想電極１０６では、生成再結合電流が発生し易くなっている。
【００２２】
そこで、結晶欠陥を低減するために、開口部Ｏの形成後にｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面を酸化し、表面の酸化膜１０７Ｓ中に結晶欠陥を閉じ込める方法が考えられるが、この際に、本発明者らは暗時出力および転送効率の増減に着目し、種々の実験結果から、以下の点を見出した。つまり第２層転送電極１０５のリン濃度が高く、表面不純物領域２００の表面の酸化量が大きい時は、第２層転送電極１０５の側壁酸化量が大きくなって、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が大きく離れる。そのため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。一方、第２層転送電極１０５のリン濃度が低く、かつ表面不純物領域２００の表面の酸化量が小さい時は、第２層転送電極１０５の側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が大きく重なる。そのため、強電界が加わる個所でＴＡＴ電流が生じ、暗時出力が増大する。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、必要とする表面酸化膜の膜厚に応じて、第２層転送電極の不純物濃度を決定することにより、表面不純物領域２００の表面の酸化量を十分にし結晶欠陥を封じ込め、生成再結合電流が増大するのを抑制する。その結果、暗時出力を低減することができる。
【００２４】
図３は、開口部Ｏを囲む一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂを酸化して第３絶縁膜１０７Ｃを形成した時点における、表面不純物領域２００と一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの重なりを示す断面図である。ここで、表面不純物領域２００の表面の酸化量と一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの側壁酸化量は比例するが、第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの上部および側壁は増殖酸化されるので、表面不純物領域２００の表面よりも多く酸化される。本実施の形態では、表面不純物領域２００の表面上の、酸化膜１０７Ｓの膜厚が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であり、開口部Ｏ形成時のエッチングによるダメージに起因する結晶欠陥を十分に吸収しているため、結晶性の良好な表面となっている。そして一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの、開口部Ｏを囲む内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１に垂直な垂線Ｔに対して０．１５μｍ程度外側から０．１５μｍ程度内側までの間に位置している。このため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャルの凹凸が生じることなく、効率よく電荷が転送されるため、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでＴＡＴ電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。
【００２５】
次に、本実施の形態における垂直ＣＣＤ１１２あるいは画素アレイ１１０の製造方法を説明する。図４（ａ）から（ｆ）で示したのは、画素アレイ１１０の垂直方向Ｄvに沿った断面構造である。図４（ａ）から（ｆ）中、図２（ａ）から（ｃ）と同一符号は、同一または同等個所を示す。本実施の形態では、第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚を、不純物領域からなる表面不純物領域２００の表面で５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とする。そして第２層転送電極１０５を形成するに先立ち、表面不純物領域２００上で必要とする酸化膜１０７Ｓの膜厚に応じて、第２層転送電極１０５の不純物濃度を決定している。第２層転送電極１０５を開口部Ｏで分離することで形成された一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１表面に垂直な垂線Ｔ上に位置するようにし、第３の絶縁膜１０７Ｃを形成することを特徴とするものである。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面であって、ｐ型単結晶シリコン基板１０１上に垂直ＣＣＤ１１２および水平ＣＣＤ１１３を形成する領域に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、不純物拡散層を形成し、ｎチャネル領域１０１ｎ、画素分離領域１０３Ｒ、ＯＦＧ１０３Ｇ、およびＯＦＤ１０３Ｄとする。図４（ａ）から（ｆ）では、画素分離領域１０３Ｒ、ＯＦＧ１０３Ｇ、およびＯＦＤ１０３Ｄを通らない断面をみたものであるため、図示されていない。次に、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）分離法もしくはトレンチ分離法によって、規定位置に図示しない分離酸化膜を形成する。次に、ｐ型単結晶シリコン基板１０１上に熱酸化により、第１の絶縁膜１０７Ａを形成する。
【００２７】
次に、第１の絶縁膜１０７Ａ上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図４（ｂ）に示すように垂直方向Ｄvにおいて間隔をあけて第１層転送電極１０４を形成する。ここで第１層転送電極１０４を構成するリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度に特段の制限は無い。ただ、配線電極の比抵抗としての観点から考慮すると、１．０×１０19ｃｍ-3以上とし、この範囲から、最適値を選択するのが望ましい。第１層転送電極１０４は、垂直方向Ｄvに直角な方向、つまり水平方向ＤHに沿って延在する。次に、熱酸化により、第１層転送電極１０４を酸化して第２の絶縁膜１０７Ｂを形成する。
【００２８】
次に、第２の絶縁膜１０７Ｂ上に、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図４（ｃ）に示すように、垂直方向Ｄvにおいて第１層転送電極１０４と交互の配置にて第２層転送電極１０５を形成する。ここで第２層転送電極１０５を構成するリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第２層転送電極１０５も垂直方向Ｄvに直角な方向、つまり水平方向ＤHに沿って延在する。
【００２９】
次に、フォトリソグラフィにより図４（ｄ）に示すように、第２層転送電極１０５に開口部Ｏを形成する。これにより、第２層転送電極１０５は、一対の第２層転送電極１０５Ａと第２層転送電極１０５Ｂに分割され、多数対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂが形成される。また、開口部Ｏの一部に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、表面不純物領域２００を形成する。
【００３０】
次に、９００℃から１０００℃で３０分程度の熱処理を行うことにより、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂおよび開口部Ｏから露呈する表面不純物領域２００の表面を酸化して図４（ｅ）に示すように、酸化膜１０７Ｓを形成する。このとき、表面不純物領域２００の表面に膜厚５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜が形成される。一方一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの上部および側壁には、増殖酸化によって酸化シリコン膜から成る第３の絶縁膜１０７Ｃが形成される。一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの上部および側壁に形成される第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚は第２層転送電極１０５のリン濃度と熱処理条件によって決まる。
【００３１】
本実施の形態では、この表面不純物領域２００の表面で、酸化膜１０７Ｓの膜厚が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。そして一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの、開口部Ｏを囲む内縁Ｅiが、この一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１に垂直な垂線Ｔに対して０．１５μｍ程度外側から０．１５μｍ程度内側までの間に位置している。本実施の形態ではこの程度のずれ範囲も垂線Ｔ上とみなすものとする。
【００３２】
次に、開口部Ｏ上にＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌ  ＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる第４の絶縁膜１０８ａを形成した後、この上層にアルミニウム層を形成しフォトリソグラフィによりパターニングして配線層１０９を形成する。
【００３３】
最後に、図４（ｆ）に示すように、ＴＥＯＳからなる保護膜１０８ｂを形成する。このようにして、本実施の形態における固体撮像装置１００の電荷結合素子が完成する。
【００３４】
本実施の形態の要点について述べる。本実施の形態では、開口部Ｏ形成後に基板表面を十分に酸化し、膜厚５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の酸化膜１０７Ｓを形成しているため、酸化膜１０７Ｓ中に結晶欠陥を閉じ込めることによって、生成再結合電流が生じるのを防ぐことができ、暗時出力の増大を抑制することができる。この酸化膜１０７Ｓは第３の絶縁膜１０７Ｃと同一工程で形成されるが、第２層転送電極１０５を構成する多結晶シリコンの不純物濃度によって第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚は変化するので、酸化膜１０７Ｓとは膜厚が異なっている場合が多い。本実施の形態では、第２層転送電極１０５を構成する多結晶シリコン層のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下としているため、第２層転送電極１０５の側壁酸化量を適切に制御することができる。従って、表面不純物領域２００の外縁Ｅoと第２層転送電極１０５の内縁Ｅiとが一致するように形成することができる。そのため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャルの凹凸が生じることなく、かつ、強電界が加わる個所が無いため、効率よい電荷転送および低い暗時出力が実現される。
【００３５】
ところで、上記構造においても、第２層転送電極１０５を構成するリンドープの多結晶シリコン膜のリン濃度が高い場合、表面不純物領域２００の表面の酸化量を十分に大きくしようとすると、リンドープの多結晶シリコン膜の酸化速度が大きいため、第２層転送電極１０５の側壁酸化量が大きくなる。このとき、図５（ａ）に示すように、表面不純物領域２００と一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂが大きく離れる。そのため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。
【００３６】
逆に、第２層転送電極を構成するリンドープの多結晶シリコン膜のリン濃度が低い場合であって、かつ表面不純物領域２００の表面の酸化量が小さいと、リンドープの多結晶シリコン膜の酸化速度が小さいため、第２層転送電極１０５の側壁酸化量が小さい。このとき図５（ｂ）に示すように、第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が大きく重なってしまう。そのため、強電界が加わる個所でＴＡＴ電流が生じ、暗時出力が増大する。
【００３７】
また、表面不純物領域２００の表面の酸化量が不十分であると、図６（ａ）に示すように、酸化膜１０７Ｓ中に閉じ込めることができない結晶欠陥Ｍの数が増える。そのため、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大する。
【００３８】
これに対して、本実施の形態１に係る固体撮像装置１００では多結晶シリコンから成る第２層転送電極１０５のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下に制限するとともに、表面不純物領域２００の表面酸化量を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下に制限する。これによって、図５（ｃ）に示すように、第２層転送電極１０５の側壁酸化量が適度となって、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化できる。このため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャル凹凸は生じることなく、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでＴＡＴ電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。なお、第２層転送電極１０５のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3とした時の比抵抗は５．４４ｍΩｃｍ、１．５×１０20ｃｍ-3としたときの比抵抗は０．５５ｍΩｃｍである。従ってリン濃度を上記範囲にとることで、転送電極としての機能を良好に維持しつつ、転送効率を向上し、かつ暗時出力を低減することができる。
【００３９】
また、図６（ｂ）に示すように、表面不純物領域２００の表面の酸化量が、結晶欠陥Ｍを表面の酸化膜１０７Ｓ中に閉じ込めるのに十分となる。そのため、欠陥準位から生成再結合電流がほとんど生じることなく、暗時出力が低減する。
【００４０】
その結果、本実施の形態の固体撮像装置１００は、従来に比べて、表面不純物領域２００の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化してＴＡＴ電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化して表面不純物領域２００の周縁部のポテンシャルの凹凸を低減することで、転送効率を向上できる。このため、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が高く、かつ、ボケの小さな画像を取得可能な固体撮像装置１００を提供できる。
【００４１】
ここで、ＴＡＴ電流の発生による暗時出力増大のメカニズムについて述べる。
図７（ａ）に示すように、ｐｎ接合に強電界が印加された時、トンネル現象によって、Ｐ型半導体の価電子帯Ｂvにある電子が、バンドギャップ内の捕獲準位を介して、ｎ型半導体の伝導帯Ｂcに移動する。これがＴＡＴ電流である。もしくは、図７（ｂ）に示すように、ｐｎ接合に図７（ａ）ほど大きくない強電界が印加された時でも、ｐ型半導体の価電子帯Ｂvにある電子が、バンドギャップ内の捕獲準位に移動した後、ポテンシャルがより高い捕獲準位に熱励起してから、ｎ型半導体の伝導帯Ｂcに移動する。こちらは熱励起を伴うＴＡＴ電流である。以上により、ｐｎ接合に強電界が加わる時、捕獲準位の数が多い時、および固体撮像装置１００の温度が高い時に、ＴＡＴ電流は増加することが分かる。
【００４２】
図７（ａ）および（ｂ）においては、ｐ型不純物領域は表面不純物領域２００、ｎ型不純物領域はｎチャネル領域１０１ｎに相当する。すなわち、光電変換ではなくＴＡＴ電流によって、ｎチャネル領域１０１ｎに電子が蓄積することで、暗時出力が増大する。
【００４３】
実際には、多結晶シリコンから成る転送電極のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下に制限するとともに、表面不純物領域２００の表面酸化量を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下に制限する。表面不純物領域２００の表面酸化量は、表面不純物領域２００の表面の酸化膜の膜厚に等しい。表面不純物領域２００の表面酸化量が、５０ｎｍに満たないと、エッチングで形成された結晶欠陥を酸化膜中に取り込むことができず、表面不純物領域２００の表面に結晶欠陥が残留することになり、生成再結合電流が生じ易い。さらに、リン濃度が低い時、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が重なってＴＡＴ電流が増加する。一方、表面不純物領域２００の表面酸化量が２５０ｎｍを超えると、第２層転送電極の不純物濃度の制御では、効果なく、第２層転送電極の側壁酸化量が増大してしまう。その結果、表面不純物領域２００と転送電極が大きく離れる。そのため、表面不純物領域２００と転送電極との間にポテンシャルの凹凸が形成され、電荷が円滑に転送されなくなる。
【００４４】
そこで、表面不純物領域２００の表面酸化量を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下に制限した上で、多結晶シリコンから成る第２層転送電極１０５のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下の範囲から決定することで、表面不純物領域２００の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５の位置関係を最適化してＴＡＴ電流を低減する。第２層転送電極１０５のリン濃度が１．０×１０19ｃｍ-3に満たないと、第２層転送電極１０５自体の導電性が十分に得られない。さらに、酸化量が小さい時、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が重なってＴＡＴ電流が増加する。一方１．５×１０20ｃｍ-3を超えると酸化速度が高く、表面不純物領域２００の表面を十分に酸化して結晶欠陥を取り込もうとすると、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５が大きく離れてポテンシャル凹凸が形成され、転送効率が低下する。
【００４５】
なお、前記実施の形態１においては、開口部Ｏに臨む一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、シリコン基板表面に垂直な垂線Ｔ上に位置したが、ちょうど線上でなくてもよく、電界が印加可能で、ポテンシャルに凹凸ができない程度に、第２層転送電極１０５の内縁Ｅiと表面不純物領域２００の外縁Ｅoとが離れていてもよい。また、ＴＡＴ電流が発生しない程度に、第２層転送電極１０５の内縁Ｅiと表面不純物領域２００の外縁Ｅoとが重なっていてもよい。
【００４６】
また、前記実施の形態１においては、第１層および第２層転送電極１０４，１０５をリンを含む多結晶シリコンで形成したが、リンに限定されることなく、不純物拡散長と拡散温度とを考慮し、第１層および第２層転送電極１０４，１０５の不純物としてヒ素あるいはボロンを用いるなど不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御するようにしてもよい。さらには、表面不純物領域２００の不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御することで、第２層転送電極１０５の内縁Ｅiが、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅoをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１表面に垂直な垂線Ｔ上に位置するように構成することができる。
【００４７】
前記実施の形態１においては、第１層転送電極の不純物濃度を第２層転送電極の不純物濃度よりも高くすることが可能であり、転送距離が長い場合にも抵抗の増大を抑えることができる。また第１層転送電極および第２層転送電極の不純物濃度を同一濃度としてもよいことはいうまでもない。
【００４８】
実施の形態２．
図８から図１０を参照しつつ、実施の形態２の固体撮像装置について説明する。実施の形態２に係る固体撮像装置１００が異なるのは、第１層転送電極１０４に開口部Ｏ1および第２層転送電極１０５に開口部Ｏ0を形成し、この開口部Ｏ1，Ｏ0内にフォトダイオード部１２０を形成した点である。全体の構造としては図１に示す実施の形態１の固体撮像装置１００と同様である。また、本実施の形態２に係る画素アレイは、実施の形態１の画素アレイ１１０と同様である。
【００４９】
本実施の形態２に係る画素１１１について、図８（ａ）から（ｃ）を参照して説明する。本実施の形態２では実施の形態１と異なり、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂに挟まれた仮想電極１０６は存在しない。代わりに、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５が、それぞれ開口部Ｏ1，Ｏ0を有し、該開口部Ｏ1，Ｏ0にｐ型の表面不純物領域２００を形成することにより、埋め込みのフォトダイオード部１２０を形成する。本実施の形態では、素子間部ＲDivで囲まれた領域全体がｐ型単結晶シリコン基板１０１とｎチャネル領域１０１ｎとでｐｎ接合を構成し、光電変換部ＲLとなっている。
【００５０】
ここで、本実施の形態２における画素１１１の光検出原理は、実施の形態１と同様である。実施の形態１では、仮想電極１０６は、光電変換部ＲLで生成された電荷の転送路となるのに対し、実施の形態２においては、フォトダイオード部１２０は電荷の転送路とならない点が異なる。ただし、マイクロレンズを用いて、画素１１１への入射光を開口部Ｏ1，Ｏ0に集光することで、第１および第２層転送電極１０４，１０５を透過することなく直接フォトダイオード部１２０に取り込まれて光電変換される光量が増大し、感度が向上する。フォトダイオード部１２０は電荷の転送路とはならない点が実施の形態１の仮想電極１０６と異なる点である。
【００５１】
図９は、表面不純物領域２００表面、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５を酸化して第３の絶縁膜１０７Ｃを形成した時点における、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５との重なりを示す断面図である。ここで、表面不純物領域２００の表面の酸化量と転送電極の側壁酸化量は比例するが、転送電極の側壁は増殖酸化されるので、表面不純物領域２００の表面よりも多く酸化される。
【００５２】
次に図１０（ａ）から（ｆ）を参照して実施の形態２の固体撮像装置の製造工程について説明する。図１０（ａ）から（ｆ）で示したのは、画素アレイ１１０の垂直方向Ｄvに沿った断面構造である。図１０（ａ）から（ｆ）中、図８（ａ）から（ｃ）と同一符号は、同一または同等個所を示す。本実施の形態では、第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚を、表面不純物領域２００の表面で５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とする。そして第１および第２層転送電極１０４,１０５を形成するに先立ち、表面不純物領域２００上で必要とする酸化膜の膜厚に応じて、第１および第２層転送電極１０４,１０５の不純物濃度を決定している。第１および第２層転送電極１０４,１０５を開口部Ｏ1，Ｏ0で分離することで形成された一対の第１および第２層転送電極１０４Ａ,１０４Ｂ,１０５Ａ,１０５Ｂの内縁を内縁Ｅi1,Ｅi0とする。また一対の第１および第２層転送電極１０４Ａ,１０４Ｂ,１０５Ａ,１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁を外縁Ｅo1,Ｅo0とする。上記内縁Ｅi1,Ｅi0が、外縁Ｅo1,Ｅo0をとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１表面に垂直な垂線Ｔ1,Ｔ0上に位置するようにし、第３の絶縁膜１０７Ｃを形成することを特徴とするものである。
【００５３】
まず、図１０（ａ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面であって、ｐ型単結晶シリコン基板１０１上に垂直ＣＣＤ１１２および水平ＣＣＤ１１３を形成する領域に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、不純物拡散層を形成し、ｎチャネル領域１０１ｎ、画素分離領域１０３Ｒ、ＯＦＧ１０３Ｇ、およびＯＦＤ１０３Ｄとする。図１０（ａ）から（ｆ）は、画素分離領域１０３Ｒ、ＯＦＧ１０３Ｇ、およびＯＦＤ１０３Ｄを通らない断面であるため、これらは図示されていない。次に、ＬＯＣＯＳ分離法もしくはトレンチ分離法によって、規定位置に図示しない分離酸化膜を形成する。次に、ｐ型単結晶シリコン基板１０１上に熱酸化により、第１の絶縁膜１０７Ａを形成する。
【００５４】
次に、第１の絶縁膜１０７Ａ上に、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図１０（ｂ）に示すように垂直方向Ｄvにおいて間隔をあけて第１層転送電極１０４を形成する。ここでリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第１層転送電極１０４は、垂直方向Ｄvに直角な方向、つまり水平方向ＤHに沿って延在する。次に、熱酸化により、第１層転送電極１０４を酸化して第２の絶縁膜１０７Ｂを形成する。
【００５５】
次に、第２の絶縁膜１０７Ｂ上に、ＣＶＤ法によりリンドープの多結晶シリコン膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりパターニングして、図１０（ｃ）に示すように、垂直方向Ｄvにおいて第１層転送電極１０４と交互の配置にて第２層転送電極１０５を形成する。ここでリンドープの多結晶シリコン膜は、リン濃度１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下とし、この範囲から、最適値を選択する。第２層転送電極１０５も垂直方向Ｄvに直角な方向、つまり水平方向ＤHに沿って延在する。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィにより図１０（ｄ）に示すように、第２層転送電極１０５および第１層転送電極１０４に開口部Ｏ0，Ｏ1を形成する。これにより、第１層転送電極１０４は、一対の第１層転送電極１０４Ａと第１層転送電極１０４Ｂに分割され、多数対の第１層転送電極１０４Ａ，１０４Ｂが形成される。第２層転送電極１０５は、一対の第２層転送電極１０５Ａと第２層転送電極１０５Ｂに分割され、多数対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂが形成される。また、開口部Ｏ0，Ｏ1に、不純物拡散法もしくはイオン注入法を用いて、表面不純物領域２００を形成する。
【００５７】
次に、９００℃から１０００℃で３０分程度の熱処理を行うことにより、一対の第１層転送電極１０４Ａ，１０４Ｂ、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂおよび開口部Ｏ１，Ｏ０から露呈する表面不純物領域２００の表面を酸化して図１０（ｅ）に示すように、酸化膜１０７Ｓを形成する。このとき、表面不純物領域２００の表面に膜厚５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の酸化シリコン膜が形成される。一方一対の第１層転送電極１０４Ａ，１０４Ｂ、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの上部および側壁には、増殖酸化によって酸化シリコン膜から成る第３の絶縁膜１０７Ｃが形成される。一対の第１層転送電極１０４Ａ，１０４Ｂ、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの上部および側壁に形成される第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚は、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５のリン濃度と熱処理条件によって決まる。
【００５８】
本実施の形態では、表面不純物領域２００の表面で、酸化膜１０７Ｓの膜厚が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。そして一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂの、開口部Ｏ0，Ｏ1を囲む内縁Ｅi0，Ｅi1が、この一対の第１層転送電極１０４Ａ，１０４Ｂ、一対の第２層転送電極１０５Ａ，１０５Ｂ間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅ0oをとおる、ｐ型単結晶シリコン基板に垂直な垂線Ｔ0に対して０．１５μｍ程度外側から０．１５μｍ程度内側までの間に位置している。本実施の形態ではこの程度のずれ範囲も垂線Ｔ0上とみなすものとする。
【００５９】
次に、開口部Ｏ0，Ｏ1上にＴＥＯＳからなる第４の絶縁膜１０８ａを形成した後、この上層にアルミニウム層を形成しフォトリソグラフィによりパターニングして配線層１０９を形成する。
【００６０】
最後に、図１０（ｆ）に示すように、ＴＥＯＳからなる保護膜１０８ｂを形成する。このようにして、本実施の形態における固体撮像装置１００の電荷結合素子が完成する。
【００６１】
本実施の形態の要点について述べる。本実施の形態では、開口部Ｏ0，Ｏ1形成後に基板表面を十分に酸化し、膜厚５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の酸化膜１０７Ｓを形成しているため、酸化膜１０７Ｓ中に結晶欠陥を閉じ込めることによって、生成再結合電流が生じるのを防ぐことができ、暗時出力の増大を抑制することができる。この酸化膜１０７Ｓは第３の絶縁膜１０７Ｃと同一工程で形成されるが、第２層転送電極１０５を構成する多結晶シリコンの不純物濃度によって第３の絶縁膜１０７Ｃの膜厚は変化するので、酸化膜１０７Ｓとは膜厚が異なっている場合が多い。本実施の形態では、第１および第２層転送電極を構成する多結晶シリコン層のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下としているため、第１層および第２層転送電極の側壁酸化量を適切に制御することができる。従って、表面不純物領域２００の外縁Ｅｏ0，Ｅｏ1と電荷転送電極の内縁Ｅi0，Ｅi1とが一致するように形成することができる。そのため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャル凹凸が生じることなく、かつ、強電界が加わる個所が無いため、効率よい電荷転送および低い暗時出力が実現される。
【００６２】
本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、リン濃度が高く、かつ表面不純物領域２００の表面の酸化量が大きいと、図５（ａ）に示したのと同様、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５の側壁酸化量が大きくなって、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４または第２層転送電極１０５が大きく離れる。そのため、表面不純物領域２００と第２層転送電極１０５との間でのポテンシャル凹凸が生じ、転送効率が低下する。
【００６３】
逆に、リン濃度が低く、かつ表面不純物領域２００の表面の酸化量が小さいと、図５（ｂ）に示したのと同様、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５の側壁酸化量が小さくなって、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４または第２層転送電極１０５が重なってしまう。そのため、強電界が加わる個所でＴＡＴ電流が生じ、暗時出力が増大する。
【００６４】
また、表面不純物領域２００の表面の酸化量が不十分であると、図６（ａ）に示したのと同様、酸化膜中に閉じ込めることができない結晶欠陥Ｍの数が増える。そのため、欠陥準位から生成再結合電流が生じ、暗時出力が増大する。
【００６５】
これに対して、本実施の形態２に係る固体撮像装置１００では多結晶シリコンから成る第２層転送電極１０４および第２層転送電極１０５のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3以上１．５×１０20ｃｍ-3以下に制限するとともに、表面不純物領域２００の表面酸化量を５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下に制限する。これによって、図９に示すように、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５の側壁酸化量が適度となって、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４または第２層転送電極１０５の位置関係を最適化できる。そのため、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャルの凹凸は生じることなく、転送効率が低下しない。さらに、強電界が加わる個所が無いのでＴＡＴ電流が生じることなく、暗時出力が増大しない。なお、第２層転送電極１０５のリン濃度を１．０×１０19ｃｍ-3とした時の比抵抗は５．４４ｍΩｃｍ、１．５×１０20ｃｍ-3としたときの比抵抗は０．５５ｍΩｃｍである。従ってリン濃度を上記範囲にとることで、転送電極としての機能を良好に維持しつつ、転送効率を向上し、かつ暗時出力を低減することができる。
【００６６】
また、図６（ｂ）に示したように、表面不純物領域２００の表面の酸化量が、結晶欠陥Ｍを酸化膜１０７Ｓ中に閉じ込めるのに十分となる。そのため、欠陥準位から生成再結合電流がほとんど生じることなく、暗時出力が低減する。
【００６７】
その結果、本実施の形態の固体撮像装置１００は、表面不純物領域２００の表面を十分に酸化して生成再結合電流を低減するとともに、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４または第２層転送電極１０５の位置関係を最適化してＴＡＴ電流を低減することで、暗時出力を低減できる。さらに、表面不純物領域２００と第１層転送電極１０４または第２層転送電極１０５の位置関係を最適化して表面不純物領域２００周縁部のポテンシャル凹凸を低減することで、転送効率を向上できる。このため、ＳＮ比が高く、かつ、ボケの小さな画像を取得可能な固体撮像装置１００を提供できる。
【００６８】
ここで、本実施の形態２におけるＴＡＴ電流の発生による暗時出力増大のメカニズムは、実施の形態１と同様である。
【００６９】
なお、前記実施の形態２においては、第１層転送電極１０４および第２層転送電極１０５の内縁Ｅi1,Ｅi0が、前記一対の第１層転送電極間および前記一対の第２層転送電極間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅo1,Ｅo0をとおる、シリコン基板表面に垂直な垂線Ｔ1,Ｔ0上に位置したが、ちょうど線上でなくてもよく、電界が印加可能で、表面不純物領域２００の周縁部にポテンシャルに凹凸ができない程度に、第１層および第２層転送電極１０４，１０５の内縁Ｅi1,Ｅi0と表面不純物領域２００の外縁Ｅo1,Ｅo0とが離れていてもよい。また、ＴＡＴ電流が発生しない程度に、第２層転送電極１０５の内縁Ｅiと表面不純物領域２００の外縁Ｅoとが重なっていてもよい。
【００７０】
また、前記実施の形態２においては、第１層および第２層転送電極１０４，１０５をリンを含む多結晶シリコンで形成したが、リンに限定されることなく、不純物拡散長と拡散温度とを考慮し、第１層および第２層転送電極１０４，１０５の不純物としてヒ素あるいはボロンを用いるなど不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御するようにしてもよい。さらには、表面不純物領域２００の不純物の種類を選択した上で、熱処理条件を制御することで、第１層転送電極および第２層転送電極１０４，１０５の内縁Ｅi1,Ｅi0が、前記一対の第１層転送電極間および前記一対の第２層転送電極間に形成された表面不純物領域２００の外縁Ｅo1,Ｅo0をとおる、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面に垂直な垂線Ｔ1,Ｔ0上に位置するように構成することができる。
【００７１】
なお、前記実施の形態１，２においては、画素アレイ１１０の形成されたｐ型単結晶シリコン基板１０１に、信号処理回路１３０を集積化して形成した例について説明したが、これに限定されず、信号処理回路１３０は別設してもよいし、画素アレイ１１０を搭載した基板上に信号処理回路１３０を搭載したチップを搭載してハイブリッド構造としてもよい。
【００７２】
ここで、前記実施の形態１，２の固体撮像装置１００としては、光領域全体を検出するパンクロマティック検出器と、カラーフィルタを上方に配置することで光領域をいくつかに分割して検出するマルチバンド検出器の２種類がある。本実施の形態においては、パンクロマティック検出器とマルチバンド検出器の両方を対象とする。
【００７３】
また、信号電荷の読出し方式によっても、前記実施の形態１，２の固体撮像装置１００は２種類に分類できる。１つは、垂直ＣＣＤ１１２と光電変換部ＲLとを並列に配置したエリアセンサであって、読出し方式がフレーム転送およびインターライン転送の場合に用いる検出器である。他の１つは、垂直ＣＣＤ１１２が光電変換部ＲLを含んでおり、ラインセンサであって、読出し方式がＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の場合に用いる検出器である。本実施の形態においては、エリアセンサとラインセンサの両方を対象とする。
【００７４】
なお、前記実施の形態１，２においては、半導体基板として、ｐ型単結晶シリコン基板１０１を用いたが、ｐ型に限らずｎ型でもよく、ＳｉＣなどのシリコン系基板でもよく、また基板上に非晶質シリコン系薄膜層を形成した基板あるいは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの張り合わせ基板でもよい。
【００７５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１００  固体撮像装置、１０１  ｐ型単結晶シリコン基板、１０１ｎ  ｎチャネル領域、１０３Ｒ  画素分離領域、１０３Ｇ  ＯＦＧ、１０３Ｄ  ＯＦＤ、１０４  第１層転送電極、１０５  第２層転送電極、１０６  仮想電極、１０７Ａ  第１の絶縁膜、１０７Ｂ  第２の絶縁膜、１０７Ｃ  第３の絶縁膜、１０７Ｓ  酸化膜、１０８ａ  第４の絶縁膜、１０８ｂ  保護膜、１０９  配線層、１１０  画素アレイ、１１１  画素、ＲL  光電変換部、ＲDiv  素子間部、１１２  垂直ＣＣＤ、１１３  水平ＣＣＤ、１１４  出力アンプ、１２０  フォトダイオード部、１３０  信号処理回路、Ｄv  垂直方向、ＤH  水平方向、Ｏ，Ｏ0，Ｏ1  開口部、Ｍ  結晶欠陥、Ｅi，Ｅi0，Ｅi1  内縁、Ｅo，Ｅo0，Ｅo1  外縁、Ｔ，Ｔ0，Ｔ1  垂線、ＲT  転送部、２００  表面不純物領域。
【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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