(57)【要約】【課題】電極間ショートを防止し、複線構成の水平ＣＣＤを高品質に安定して製造する。【解決手段】シリコン基板２０上に形成したゲート絶縁膜２３上に第１の導電性シリコン膜３０を堆積し、第１の導電性シリコン膜３０の表面に不純物イオンを注入する（図２（ａ））。次いで、第１の導電性シリコン膜３０をレジストマスクＲ１に基づいたドライエッチングによりパターニングすることにより、傾斜した側面１２ａを有する水平ＣＣＤ間転送電極１２を形成する（図２（ｂ））。次いで、レジストマスクＲ１を除去し、水平ＣＣＤ間転送電極１２の表面に電極間絶縁膜３１を形成した後、電極間絶縁膜３１上及びゲート絶縁膜２３の露出面上に第２の導電性シリコン膜３２を堆積する（図２（ｃ））。そして、第２の導電性シリコン膜３２をパターニングして水平転送電極を形成する。傾斜した側面１２ａによりエッチング残渣が低減し、水平転送電極間の短絡が防止される。【選択図】図２
2009088234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設された複数の水平ＣＣＤと、前記複数の水平ＣＣＤ間の一部を導通させ電荷転送を行う水平ＣＣＤ間転送ゲートとを備え、前記複数の水平ＣＣＤを制御する複数の水平転送電極が、前記水平ＣＣＤ間転送ゲートを制御する水平ＣＣＤ間転送電極の上を交差するように配設された固体撮像装置の製造方法において、
半導体基板上に形成したゲート絶縁膜上に第１の導電性シリコン膜を堆積する工程と、
前記第１の導電性シリコン膜の表面に不純物イオンを注入する工程と、
前記第１の導電性シリコン膜をレジストマスクに基づいたドライエッチングによりパターニングすることにより、前記交差方向の断面形状が上部より下部が広がった台形状となった前記水平ＣＣＤ間転送電極を形成する工程と、
前記水平ＣＣＤ間転送電極の表面に電極間絶縁膜を形成する工程と、
前記電極間絶縁膜上及び前記ゲート絶縁膜の露出面上に第２の導電性シリコン膜を堆積する工程と、
前記第２の導電性シリコン膜をパターニングして前記水平転送電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記不純物イオンは、リン、ボロン、ヒ素、アルゴンのいずれかの元素からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の導電性シリコン膜は、ポリシリコンからな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の製造方法。
【請求項４】
前記１から３いずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、複数の水平ＣＣＤ（電荷結合素子）を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の電子式カメラには、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像装置が組み込まれている。ＣＣＤ型の固体撮像装置としては、フレーム・トランスファ方式やインターライン・トランスファ方式が知られている。これらのＣＣＤ型の固体撮像装置は、２次元マトリクス状に配設された受光素子（光電変換素子）によって生成される信号電荷を、垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤによりＦＤ（フローティング・ディフュージョン）アンプ等からなる出力アンプまで転送を行うように構成されている。
【０００３】
近年、高画素化が求められており、ＣＣＤ型の固体撮像装置に関しては高画素化に加えて転送動作の高速化が求められている。そこで、水平ＣＣＤを二重化（複線化）することにより転送速度を向上させたＣＣＤ型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、複線構成の水平ＣＣＤの平面構造を示している。垂直ＣＣＤによる垂直転送方向（Ｙ方向）とほぼ直交する方向（Ｘ方向）に第１水平ＣＣＤ１０及び第２水平ＣＣＤ１１が並設されており、それらの間には、第１水平ＣＣＤ１０から第２水平ＣＣＤ１１への信号電荷の転送を制御するための水平ＣＣＤ間転送電極１２が設けられている。
【０００５】
また、第１水平ＣＣＤ１０と第２水平ＣＣＤ１１との間には、チャネルストップ（高濃度の不純物拡散領域）またはフィールド酸化膜からなる分離部１３が設けられている。分離部１３は、偶数列または奇数列の垂直ＣＣＤから転送されてくる信号電荷のみを第１水平ＣＣＤ１０から第２水平ＣＣＤ１１へ転送するように、それらの間を１行（１垂直ＣＣＤ）置きに電気的に分離している。水平ＣＣＤ間転送電極１２に所定の駆動パルス（φＴ）が印加されると、図４に示す信号電荷Ｓ１，Ｓ２のうち、信号電荷Ｓ２が第２水平ＣＣＤ１１へ転送される。また、分離部１４，１５は、チャネルストップまたはフィールド酸化膜からなり、第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１の転送チャネルを他の領域から電気的に分離している。
【０００６】
第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１の転送チャネル上には、第１水平転送電極１６及び第２水平転送電極１７が共通に設けられており、第１及び第２水平転送電極１６，１７は、Ｘ方向に交互に繰り返し配列されている。第１及び第２水平転送電極１６，１７は、隣接する電極同士が１組ずつ共通にされており、２相の電荷転送動作を行い得るように、２相の駆動パルス（φＨ１，φＨ２）が印加される。
【０００７】
以上の構成により、垂直ＣＣＤから転送されてきた信号電荷Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１に振り分けられたうえで、並行して同時に水平転送が行われる。これにより、水平ＣＣＤが１つの場合と比べて、水平転送時間が半分に短縮される。
【特許文献１】特許第３１３６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の複線構成の水平ＣＣＤでは、Ｘ方向に延在した水平ＣＣＤ間転送電極１２の上を第１及び第２水平転送電極１６，１７がＹ方向に交差する構造となっている。これらの電極は、通常、導電性シリコン（ポリシリコンまたはアモルファスシリコン）をＣＶＤ法によって堆積し、堆積した膜をフォトリソグラフィにて形成したレジストマスクに基づいてエッチング（パターニング）を行うことにより形成される。
【０００９】
第１及び第２水平転送電極１６，１７は、水平ＣＣＤ間転送電極１２の上をＹ方向に交差し、かつＸ方向に短いピッチで配列されているため、導電性シリコンを水平ＣＣＤ間転送電極１２上に堆積してパターニングする際、その導電性シリコンのエッチング残渣が水平ＣＣＤ間転送電極１２の側面に残り、第１及び第２水平転送電極１６，１７の電極間が短絡（電極間ショート）してしまうことが懸念される。
【００１０】
この問題をより詳しく説明する。図５は、図４のＩ−Ｉ線に沿う断面における従来の製造工程を示す。図５（ａ）に示すように、まず、ｎ型シリコン基板２０の表層にｐ型不純物イオン（例えば、ボロンＢ＋）を注入することによりｐウェル層２１を形成し、ｐウェル層２１の表層にｎ型不純物イオン（例えば、リンＰ＋）を注入することにより第１及び第２水平転送電極１６，１７の転送チャネル２２ａ，２２ｂを形成し、さらに転送チャネル２２ａ，２２ｂの間に高濃度のｐ型不純物イオンを注入することにより前述の分離部１３を形成する。次いで、シリコン基板２０の表面に、シリコン酸化膜やＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）膜からなるゲート絶縁膜２３を形成して、ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜２３上に第１の導電性シリコン膜２４を堆積し、さらにこの第１の導電性シリコン膜２４上にフォトリソグラフィによりレジストマスクＲ１を形成する。このレジストマスクＲ１は、前述の水平ＣＣＤ間転送電極１２の形成領域上に形成する。
【００１１】
次いで、レジストマスクＲ１に基づいて、第１の導電性シリコン膜２４に対してドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を施し、レジストマスクＲ１を除去することにより、図５（ｂ）に示すように、水平ＣＣＤ間転送電極１２を形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、熱酸化等により、水平ＣＣＤ間転送電極１２の表面にシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜２５を形成し、この電極間絶縁膜２５上及びゲート絶縁膜２３の露出面上に、ＣＶＤ法により、第２の導電性シリコン膜２６を堆積する。
【００１２】
次いで、前述の第１水平転送電極１６の形成領域上にレジストマスク（不図示）を形成し、このレジストマスクに基づいて、第２の導電性シリコン膜２６に対してドライエッチングを施し、レジストマスクを除去することにより、第１水平転送電極１６を形成する。このエッチングにより形成された第１水平転送電極１６の間には、図５（ｄ）に示すように、水平ＣＣＤ間転送電極１２の側部に第２の導電性シリコン膜２６のエッチング残渣２６ａがサイドウォール状に残存する。これは、図５（ｃ）に示すように、成膜された第２の導電性シリコン膜２６の厚さは、ゲート絶縁膜２３上と水平ＣＣＤ間転送電極１２の上面上でほぼ等しい厚み（Ｄ１）となるが、水平ＣＣＤ間転送電極１２の側部ではその厚みＤ１より厚くなり（Ｄ２＞Ｄ１）、エッチング時には下方向へほぼ等しいレートでエッチングが進行するためである。このようなエッチング残渣２６ａが生じると、紙面に対して直交する方向に並ぶ第１水平転送電極１６間が短絡され、駆動パルス（φＨ１，φＨ２）が正常に印加されなくなる。
【００１３】
前述の第２水平転送電極１７は、この後、第３の導電性シリコン膜（不図示）を堆積し、これを同様にパターニングすることで形成される。なお、第２水平転送電極１７は、第１水平転送電極１６と同一の工程で、第２の導電性シリコン膜２６をパターニングすることにより形成することも可能である。この場合には、第１水平転送電極１６と第２水平転送電極１７とがエッチング残渣２６ａにより短絡されてしまう。
【００１４】
この従来の製造方法でエッチング残渣２６ａをなくすには、第２の導電性シリコン膜２６をオーバーエッチする必要があるが、ゲート絶縁膜２３や電極間絶縁膜２５にダメージが生じるため、好ましくない。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、上記の電極間ショートを防止することを目的とし、複線構成の水平ＣＣＤを高品質に安定して製造することができる固体撮像装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、並設された複数の水平ＣＣＤと、前記複数の水平ＣＣＤ間の一部を導通させ、電荷転送を行う水平ＣＣＤ間転送ゲートとを備え、前記複数の水平ＣＣＤを制御する複数の水平転送電極が、前記水平ＣＣＤ間転送ゲートを制御する水平ＣＣＤ間転送電極の上を交差するように配設された固体撮像装置の製造方法において、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜上に第１の導電性シリコン膜を堆積する工程と、前記第１の導電性シリコン膜の表面に不純物イオンを注入する工程と、前記第１の導電性シリコン膜をレジストマスクに基づいたドライエッチングによりパターニングすることにより、前記交差方向の断面形状が上部より下部が広がった台形状となった前記水平ＣＣＤ間転送電極を形成する工程と、前記水平ＣＣＤ間転送電極の表面に電極間絶縁膜を形成する工程と、前記電極間絶縁膜上及び前記ゲート絶縁膜の露出面上に第２の導電性シリコン膜を堆積する工程と、前記第２の導電性シリコン膜をパターニングして前記水平転送電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。これにより、水平ＣＣＤ間転送電極の側面が傾斜し、その上に堆積される第２の導電性シリコン膜の厚みがほぼ均一になるため、第２の導電性シリコン膜のパターニングによるエッチング残渣が低減され、水平ＣＣＤ間転送電極の短絡が防止される。
【００１７】
なお、前記不純物イオンは、リン、ボロン、ヒ素、アルゴンのいずれかの元素からなることが好ましい。また、前記第１の導電性シリコン膜は、ポリシリコンからなることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置は、上記いずれかの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、水平ＣＣＤ間転送電極の断面形状を下部が上部より広がった台形状とすることにより、水平転送電極をパターニング形成する際のエッチング残渣を低減して、水平転送電極間の短絡（電極間ショート）を防止することができ、複線構成の水平ＣＣＤを高品質に安定して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図４及び図５に示したものと同一の部分については同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００２１】
図１において、固体撮像装置２は、インターライン・トランスファ方式のＣＣＤ型イメージセンサとして構成され、撮像領域３には、受光部（光電変換素子）４が水平方向（Ｘ方向）とこれに直交する垂直方向（Ｙ方向）に沿って２次元マトリクス状に配列されている。各受光部４には、読み出しゲート５が隣接して設けられており、読み出しゲート５には、１垂直列ごとに垂直ＣＣＤ６が接続されている。また、各垂直ＣＣＤ６の終端には、第１水平ＣＣＤ１０が共通に接続されており、水平ＣＣＤ間ゲート７を介して第２水平ＣＣＤ１１が第１水平ＣＣＤ１０に沿って並設されている。水平ＣＣＤ間ゲート７は、第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１の間の一部を導通させ、電荷転送を行う。さらに、第１水平ＣＣＤ１０の終端には第１出力アンプ８が接続されており、第２水平ＣＣＤ１１の終端には第２出力アンプ９が接続されている。
【００２２】
各受光部４は、入射光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成して蓄積する。蓄積期間（露光期間）が終了すると、各受光部４に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート５を介して一斉に垂直ＣＣＤ６に移送される。垂直ＣＣＤ６は、例えば、４相の駆動パルス（φＶ１〜φＶ４）によって駆動され、信号電荷を順に、複線構成の第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１に向けてＹ方向に垂直転送する。
【００２３】
垂直ＣＣＤ６により転送される信号電荷は、一行ずつ第１水平ＣＣＤ１０に移送される。第１水平ＣＣＤ１０に移送された一行分の信号電荷は、水平ＣＣＤ間ゲート７に印加される駆動パルス（φＴ）により、１列置きに第２水平ＣＣＤ１１に転送される。そして、第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１に半数ずつ振り分けられた１行分の信号電荷は、並行して同時にＸ方向に水平転送され、第１及び第２出力アンプ８，９によってそれぞれ電圧信号（Ｖｏ１，Ｖｏ２）に変換されて外部に出力される。
【００２４】
複線構成の第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１の平面構造は、図４に示した構造と同一であり、水平ＣＣＤ間ゲート７は、水平ＣＣＤ間転送電極１２を備えている。また、第１及び第２水平ＣＣＤ１０，１１は、水平ＣＣＤ間転送電極１２の上を交差するように配置された、第１及び第２水平転送電極１６，１７を備えている。
【００２５】
次に、本発明に係わる固体撮像装置２の製造方法について説明する。図２及び図３は、図４のＩ−Ｉ線に沿う断面における従来の製造工程を示す。まず、前述した方法により、ｎ型シリコン基板（半導体基板）２０内に、ｐウェル層２１、第１及び第２水平転送電極１６，１７の転送チャネル２２ａ，２２ｂ、分離部１３等を形成し、シリコン基板２０の表面上にゲート絶縁膜２３を形成した後、このゲート絶縁膜２３上に、第１の導電性シリコン膜３０を形成し、さらに、この第１の導電性シリコン膜３０の表面に、ｎ型不純物イオンを注入する（図２（ａ））。このｎ型不純物イオンとしては、例えば、リンＰ＋を用い、ドーズ量１×１０１４〜１×１０１６ｃｍ−３の下で、加速度１０〜６０ＫｅＶでイオン注入を行う。なお、このイオン注入の前に、第１の導電性シリコン膜３０の抵抗を下げるために、熱拡散による不純物導入（例えば、拡散濃度１×１０２０〜５×１０２０ｃｍ−３によるリン拡散）を行ってもよい。
【００２６】
次いで、水平ＣＣＤ間転送電極１２の形成領域に対応する第１の導電性シリコン膜３０上の領域に、フォトリソグラフィによりレジストマスクＲ１を形成し、このレジストマスクＲ１に基づいて、第１の導電性シリコン膜２４に対してドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を施す（図２（ｂ））。第１の導電性シリコン膜２４には、不純物イオンが注入されているため、このエッチングによりエッチング面（側面１２ａ）がテーパ状となる。このようにエッチング面がテーパ状となる理由は、注入された不純物イオンの濃度分布と、イオン注入による機械的なダメージ（欠陥）の分布とが、第１の導電性シリコン膜２４の深部から表層に向けて高まり、これに伴って表層ほどエッチングレートが高まるためである。このエッチング方法は、テーパエッチングと称されるエッチング技術であり、特開平５−３１５２８１号公報等に開示されている。このエッチングにより、第１の導電性シリコン膜２４は、下部が上部より広がった台形の断面形状を有する水平ＣＣＤ間転送電極１２となる。
【００２７】
次いで、レジストマスクＲ１を除去した後、熱酸化等により水平ＣＣＤ間転送電極１２の表面にシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜３１を形成し、この電極間絶縁膜３１上及びゲート絶縁膜２３の露出面上に、ＣＶＤ法により、第２の導電性シリコン膜３２を堆積する（図２（ｃ））。水平ＣＣＤ間転送電極１２の側面１２ａが傾斜しているため、第２の導電性シリコン膜３２は、側面１２ａにおける上下方向の厚みが、ゲート絶縁膜２３上及び水平ＣＣＤ間転送電極１２の上面上の厚みＤ１とほぼ等しくなる。
【００２８】
次いで、前述の第１水平転送電極１６の形成領域に対応する第２の導電性シリコン膜３２上の領域にレジストマスク（不図示）を形成し、このレジストマスクに基づいて、第２の導電性シリコン膜３２に対してドライエッチングを施すことにより、図４に示すようにＸ方向に等間隔に並んだ第１水平転送電極１６を形成する。第２の導電性シリコン膜３２は、上述のように厚みがほぼ均一に形成されているため、図３（ａ）に示すように、エッチングにより形成された第１水平転送電極１６の間には、従来のようなサイドウォール状のエッチング残渣が生じることはない。したがって、第１水平転送電極１６間の短絡が防止される。
【００２９】
次いで、第１水平転送電極１６の表面上に絶縁膜（不図示）を形成したうえで、ＣＶＤ法により、全面に第３の導電性シリコン膜３３を堆積し（図３（ｂ））、前述の第２水平転送電極１７の形成領域に対応する第３の導電性シリコン膜３３上の領域にレジストマスク（不図示）を形成し、このレジストマスクに基づいて、第２の導電性シリコン膜３２に対してドライエッチングを施すことにより、図４に示すように、第１水平転送電極１６の間に位置し、Ｘ方向に等間隔に並んだ第２水平転送電極１７を形成する。
【００３０】
なお、撮像領域３の受光部４や垂直ＣＣＤ６のチャネル領域や垂直転送電極（不図示）は、上述した製造工程と並行して製造される。この後、周知の製造方法により、遮光膜、層間絶縁膜、平坦化層、カラーフィルタ、マイクロレンズ等（不図示）を順に形成することにより、固体撮像装置２が完成する。
【００３１】
以上の製造方法により、電極間ショートを防止することができ、複線構成の水平ＣＣＤを高品質に安定して製造することができる。なお、水平ＣＣＤ間転送電極１２の側面１２ａの傾斜角は、第１の導電性シリコン膜３０に注入する不純物イオンの注入条件と、エッチング条件とにより制御可能である。第１の導電性シリコン膜３０に注入する不純物イオンは、リンＰ＋に限られず、ヒ素Ａｓ＋等の他のｎ型不純物イオンであってもよく、さらには、ボロンＢ＋やアルゴンＡｒ＋等のｐ型不純物イオンであってもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、第１水平転送電極１６と第２水平転送電極１７とを別の工程で製造しているが、第２水平転送電極１７は、第１水平転送電極１６と同一の工程で、第２の導電性シリコン膜２６をパターニングすることにより形成することも可能である。この場合には、第１水平転送電極１６と第２水平転送電極１７との間の短絡が防止される。
【００３３】
また、第１〜第３の導電性シリコン膜３０，３２，３３は、全てポリシリコンによって形成してもよいし、また、全てアモルファスシリコンによって形成してもよく、さらには、ポリシリコンとアモルファスシリコンとの組み合わせによって形成してもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、複線構造の水平ＣＣＤとして、２つの水平ＣＣＤを並設した例を示しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、３つ以上の水平ＣＣＤを並設した場合にも当然に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係わる固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明に係わる固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図３】本発明に係わる固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）である。
【図４】複線構成の水平ＣＣＤの構造を示す平面図である。
【図５】従来の製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  固体撮像装置
４  受光部
６  垂直ＣＣＤ
７  水平ＣＣＤ間ゲート
１０  第１水平ＣＣＤ
１１  第２水平ＣＣＤ
１２  水平ＣＣＤ間転送電極
１２ａ  側面
１３，１４，１５  分離部
１６  第１水平転送電極
１７  第２水平転送電極
２０  ｎ型シリコン基板
２２ａ，２２ｂ  転送チャネル
２３  ゲート絶縁膜
３０  第１の導電性シリコン膜
３１  電極間絶縁膜
３２  第２の導電性シリコン膜
３３  第３の導電性シリコン膜
【図１】
2009088234.tif 000003
【図２】
2009088234.tif 000004
【図３】
2009088234.tif 000005
【図４】
2009088234.tif 000006
【図５】
2009088234.tif 000007