固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
【課題】転送効率を低下させることなく、暗電流の発生をも抑制し、白点等の欠陥が抑制された固体撮像装置を提供する。
【解決手段】受光部ＰＤに面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極１８を有する構成とする。受光部ＰＤは、基板１２の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域２５と、暗電流抑制領域２５の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域２４、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する。また、転送ゲート電極１８は、基板１２上部の受光部ＰＤに隣接する領域にゲート絶縁膜１３を介して形成され、側面にサイドウォールＳＷを有する。転送ゲート電極１８の側面をテーパ形状とすることにより、その側面に形成されるサイドウォールＳＷの厚みが制御される。このサイドウォールＳＷ越しにイオン注入することにより、形成領域が制御された暗電流抑制領域２５が形成される。
【解決手段】受光部ＰＤに面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極１８を有する構成とする。受光部ＰＤは、基板１２の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域２５と、暗電流抑制領域２５の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域２４、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する。また、転送ゲート電極１８は、基板１２上部の受光部ＰＤに隣接する領域にゲート絶縁膜１３を介して形成され、側面にサイドウォールＳＷを有する。転送ゲート電極１８の側面をテーパ形状とすることにより、その側面に形成されるサイドウォールＳＷの厚みが制御される。このサイドウォールＳＷ越しにイオン注入することにより、形成領域が制御された暗電流抑制領域２５が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置とに大別される。
【０００３】
ＣＣＤ型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置では、ウェハ表面近傍の界面準位の影響で発生する暗電流に起因する白点等の画素欠陥の対策として、フォトダイオード表面側に暗電流抑制領域を形成する手法が採られている。例えば、電子を信号電荷として扱うフォトダイオードでは、フォトダイオードの表面側に濃いｐ型の不純物をイオン注入することにより暗電流抑制領域を形成している。ｐ型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域では、フォトダイオード表面に発生する暗電流となる電子を多数キャリアの正孔によって再結合させることにより暗電流を抑制し、白点等の画素欠陥の発生を抑制している。
【０００４】
しかしながら、フォトダイオード表面に高濃度の不純物領域を形成することにより、信号電荷の転送効率の悪化が問題になる。そこで、転送効率の向上と白点等の欠陥抑制を両立する手法として、転送ゲート電極と、フォトダイオード表面に形成された暗電流抑制領域との距離を最適に制御する技術が必要である。
【０００５】
例えば、下記特許文献１では、ＣＭＯＳ型固体撮像装置において、転送ゲート部と暗電流抑制領域との距離を最適にするために、転送ゲート電極のサイドウォール越しにイオン注入することで、暗電流抑制領域をセルフアラインで形成することが記載されている。
【０００６】
図１３及び図１４に、従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置において用いられている暗電流抑制領域の製造工程を示す。図１３及び図１４は、受光部ＰＤ及び転送トランジスタを含む所定の領域の断面における製造工程を示したものである。
【０００７】
図１３Ａに示すように、シリコンからなる半導体基板１１２上に、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１１３を形成し、ゲート絶縁膜１１３上に例えばポリシリコンからなる所望のゲート電極を形成する。図１３Ａでは、転送トランジスタを構成する転送ゲート電極１１８と、画素領域に構成される転送トランジスタ以外のトランジスタや、周辺ロジック回路に構成される所望のトランジスタ（以下、非転送トランジスタ）の非転送ゲート電極１１６とを図示している。これらの転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６は、ポリシリコン膜をエッチングにより所望の形状にパターン加工することにより形成される。また、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６の側面は、半導体基板１１２の水平面に対してほぼ垂直となるようにエッチングされている。そして、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６形成後、受光部ＰＤのみに開口部を有するレジストマスクを用いて、ｎ型の不純物をイオン注入することにより電荷蓄積領域１２４を形成する。このとき、転送ゲート電極１１８脇の領域には、転送ゲート電極１１８をマスクとしたセルフアラインのイオン注入がなされる。
【０００８】
その後、図１３Ｂに示すように、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６を含む全面に、例えばＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１５を順に成膜する。
【０００９】
その後、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により全面エッチバックする。これにより、図１３Ｃに示すように、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６の側面には、シリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１５からなるサイドウォールＳＷが形成される。
【００１０】
次に、図１４Ｄに示すように、受光部ＰＤが形成される領域以外の領域を覆うようにレジストマスク１１７を形成し、受光部ＰＤを構成する電荷蓄積領域１２４の上部にｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、暗電流抑制領域１２５を形成する。この場合、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８との距離が最適になるように、暗電流抑制領域１２５がサイドウォールＳＷの下部に入り込んで形成されるために、図１４Ｄに示すように矢印Ｉ１で示すような斜めのイオン注入がなされる。このように、斜めのイオン注入がなされることで、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８との距離Ｗが調整されるので、信号電荷の転送効率を悪化させることなく、暗電流の発生が効果的に抑制される。
【００１１】
次に、図１４Ｅに示すように、受光部ＰＤが形成された領域を覆うようにレジストマスク１１９を形成し、サイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでｎ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、ソース・ドレイン領域１２０を形成する。これらのソース・ドレイン領域１２０は、サイドウォールＳＷ越しのセルフアラインによって形成されるため、矢印Ｉ２で示すように半導体基板１１２の水平面に対して注入角が９０°のイオン注入で形成すればよい。
このようにして、従来例の固体撮像装置が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１２８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように、従来の固体撮像装置の製造方法では、受光部ＰＤの表面側に形成された暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８の距離が最適になるように、暗電流抑制領域１２５を構成するｐ型の不純物を斜めにイオン注入する方法が採られている。そして、斜めにイオン注入することにより、暗電流抑制領域１２５をサイドウォールＳＷ下まで注入でき、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８端部との距離Ｗが調整される。これにより、転送ゲート電極１１８下部の半導体基板１１２に形成される転送ゲート部が暗電流抑制領域１２５から適当な距離だけ離れた位置に形成されるので、信号電荷の転送効率を悪化させることなく、暗電流の発生が効果的に抑制される。
【００１４】
しかしながら、このように、不純物を斜め打ちすることによりサイドウォールＳＷ下まで暗電流抑制領域１２５を形成する場合、転送ゲート電極１１８の形状とサイドウォールＳＷの形状に依存して、その都度、注入角等のイオン注入条件を変更する必要がある。
【００１５】
また、近年多画素化が進む中、信号電荷が読み出されるフローティングディフュージョン部ＦＤを、隣接する複数の画素で共有する構成が採られている。図１５は、例えば２つの画素（受光部ＰＤ）で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する例である。このように、２つの画素で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する場合は、斜めのイオン注入で暗電流抑制領域１２５を形成する場合、図１５に示すように、Ｉ１方向のイオン注入と、Ｉ３方向のイオン注入が必要となる。また、共有画素が増えることにより、方向を変えた斜めのイオン注入がさらに必要となり、結果として、イオン注入の回数を増やす必要が出てくる。このような工程数の増加に伴い、ＴＡＴ（Turn Around Time）悪化や異物付着確率増加による低歩留りの懸念がある。
【００１６】
上述の点に鑑み、本発明は、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することにより白点等の欠陥が抑制された固体撮像装置を提供する。また、工程数の低減及び歩留りの向上が図られた固体撮像装置の製造方法を提供する。さらに、この固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は受光部に面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極を有して構成されている。受光部は、基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と、暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する。また、転送ゲート電極は、基板上部の受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成され、側面にサイドウォールを有する。
【００１８】
本発明の固体撮像装置では、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面がテーパ形状に形成されている。このため、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面に形成されるサイドウォールは、その幅が薄くなるように形成され、この幅により、暗電流抑制領域と転送ゲート電極端部の距離が調整される。
【００１９】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、まず、基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上部に電極層を形成する。次に、電極層をエッチングし、基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状にされた転送ゲート電極と、側面が垂直形状にされた非転送ゲート電極とを形成する。次に、転送ゲート電極及び非転送ゲート電極上にサイドウォールを形成する工程を有する。転送ゲート電極のテーパ形状の側面に形成されたサイドウォール越しに所望の不純物をイオン注入することにより、基板の受光部が形成される領域の最表面に暗電流抑制領域をセルフアラインで形成する。
【００２０】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面がテーパ形状に形成する。このため、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面に形成されるサイドウォールは、その幅が薄くなるように形成される。そして、このサイドウォール越しに不純物をイオン注入することにより、セルフアラインで暗電流抑制領域が形成され、暗電流抑制領域は転送ゲート電極端部からサイドウォールの幅分離れた領域に形成される。
【００２１】
また、本発明の電子機器は、光学レンズと、上述した固体撮像装置と、信号処理回路とを含んで構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、暗電流抑制領域の形成領域を精度良く制御することができ、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥が抑制された固体撮像装置が得られる。また、この固体撮像装置により、画質の向上が図られた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の受光部ＰＤを含む所定の領域の断面構成図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図４】Ｄ〜Ｅ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その４〜その６）である。
【図５】Ｇ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その７）である。
【図６】Ａ，Ｂ ２つの画素（受光部）で、１つのフローティングディフュージョン部を共有した場合の平面レイアウト図と、そのＡ−Ａ’線上に沿う断面図である。
【図７】Ａ，Ｂ 比較例１に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図８】Ａ，Ｂ 比較例２に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図９】Ａ，Ｂ 比較例４に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図１０】Ａ〜Ｃ 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図１１】Ｄ 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その４）である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図１３】Ａ〜Ｃ 従来例の固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図１４】Ｄ，Ｅ 従来例の固体撮像装置の製造工程図（その４，５）である。
【図１５】従来例の固体撮像装置において、２つの画素（受光部）で、１つのフローティングディフュージョン部を共有した場合の平面レイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図１２を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
１−１ 固体撮像装置全体の構成
１−２ 要部の構成
１−３ 製造方法
２．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法
３．第３の実施形態：電子機器
【００２５】
〈１．第１の実施形態：固体撮像装置〉
［１−１ 固体撮像装置全体の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板１１上に配列された複数の画素２から構成される画素部３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成される。
【００２６】
画素２は、フォトダイオードからなる受光部と、複数の画素トランジスタとから構成され、基板１１上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素２を構成する画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタで構成される４つのＭＯＳトランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタであってもよい。
【００２７】
画素部３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素２から構成される。画素部３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路５に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。
【００２８】
制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路８で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力される。
【００２９】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素２のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路５に供給する。
【００３０】
カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域（図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０とのあいだに設けられている。
【００３１】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００３２】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。
【００３３】
［１−２ 要部の構成］
次に、図２を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の要部の概略構成について説明する。図２は、受光部ＰＤを含む所定の領域の断面構成図である。図２では、受光部ＰＤと、転送トランジスタＴｒａと、画素部３に形成される転送トランジスタＴｒａ以外の画素トランジスタ及び周辺ロジック回路に形成されるトランジスタ（以下、非転送トランジスタＴｒｂ）とを図示している。
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、電子を信号電荷として用いる例を示し、各トランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成される例としている。また、本実施形態例では、本発明における第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明する。
【００３４】
受光部ＰＤは、ｐ型の半導体基板１２の表面側に形成されたｎ型不純物領域からなる電荷蓄積領域２４と、電荷蓄積領域２４上の半導体基板１２最表面に形成されたｐ型高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域２５とから構成されている。受光部ＰＤでは、暗電流抑制領域２５と電荷蓄積領域２４との間のｐｎ接合によって主なフォトダイオードが構成され、受光部ＰＤに入射した光の光量に応じて生成された信号電荷が電荷蓄積領域２４に蓄積される。また、暗電流抑制領域２５では半導体基板１２表面に発生した暗電流の原因となる電子が、多数キャリアである正孔によって再結合されることにより暗電流の発生が抑制される。
【００３５】
また、半導体基板１２の表面側の所望の領域には、各トランジスタを構成するソース・ドレイン領域１７が、ｎ型の高濃度不純物領域により形成されている。
【００３６】
転送トランジスタＴｒａは、受光部ＰＤに隣接する領域の半導体基板１２上部に、ゲート絶縁膜１３を介して形成された転送ゲート電極１８を有して構成されている。転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面は転送ゲート電極１８の上部から裾部にかけて斜めに広がる形状（テーパ形状）に形成されている。また、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤとは反対側のソース・ドレイン領域１７（この場合、フローティングディフュージョン部とされる）に面する側の側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ直角に形成されている。そして、半導体基板１２の転送ゲート電極１８下部に対応する半導体領域が転送トランジスタＴｒａの転送ゲートとされる。このような転送トランジスタＴｒａでは、転送ゲート電極１８に所望の電圧を供給することにより、受光部ＰＤで生成、蓄積された信号電荷が、転送ゲートを介してフローティングディフュージョン部となるソース・ドレイン領域１７に転送される。
【００３７】
隣接する所望のソース・ドレイン領域１７間の半導体基板１２上部には、ゲート絶縁膜１３を介して非転送トランジスタＴｒｂを構成する非転送ゲート電極１６が形成されている。これらの非転送トランジスタＴｒｂを構成する非転送ゲート電極１６のソース・ドレイン領域１７に面する側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ垂直形状とされている。そして、半導体基板１２の非転送ゲート電極１６下部に対応する半導体領域が非転送トランジスタＴｒｂのゲートとされる。
【００３８】
転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面には、それぞれ、絶縁膜からなるサイドウォールＳＷが形成されており、本実施形態例のサイドウォールＳＷは、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５の２層の絶縁膜から構成されている。
【００３９】
［１−３ 製造方法］
図３〜図５は、本実施形態例の固体撮像装置１の製造工程図である。図３〜図５を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図３Ａに示すように、ｐ型の半導体基板１２上部に例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１３を形成し、ゲート絶縁膜１３上に例えばポリシリコンからなる所望のゲート電極を形成する。図３Ａでは、転送トランジスタＴｒａを構成する転送ゲート電極１８と、非転送トランジスタＴｒｂの非転送ゲート電極１６とを図示している。これらの転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６は、例えばポリシリコンからなる電極層をドライエッチングにより所望の形状にパターン加工することにより形成する。そして、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ垂直形状（８７°以上９０°以下）となるようにエッチング加工する。
本実施形態例では、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６をポリシリコンで形成する例としたが、その他、ＰＤＡＳ（リンドープトアモルファスシリコン）で形成する例としてもよい。
【００４１】
次に、図３Ｂに示すように、受光部ＰＤが形成される領域に面する側が開口されたレジストマスク１９を形成する。このとき、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の肩部が所望の範囲、露出された状態とされ、非転送ゲート電極１６は、全てレジストマスク１９で覆われた状態とされる。
【００４２】
この状態において、レジストマスク１９から露出した肩部をエッチングすることにより、図３Ｃに示すように、受光部ＰＤに面する側の側面に順テーパ加工が施された転送ゲート電極１８を得る。この場合、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法のドライエッチングにおいて、ＨＢｒ／Ｏ２ガスを用い、高圧力下でエッチング加工を行う。これにより、ゲート絶縁膜１３を構成するシリコン酸化膜に対して高選択比で転送ゲート電極１８がエッチングされ、側面に所望のテーパ形状が形成された転送ゲート電極１８を得ることができる。このテーパ形状の角度は、エッチング条件を変えることで変更することができる。
また、ＲＩＥの他、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）−ＲＩＥ、ＣＣＰ（Capacitive Coupled Plasma）−ＲＩＥ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）−ＲＩＥを用いることができる。
【００４３】
図３Ｃで形成されるテーパ形状の角度は、半導体基板１２の水平面に対して、９０°よりも小さい角度で形成されており、好適な角度は転送ゲート電極１８の高さや、後の工程で形成されるサイドウォールの厚みによって変わる。本実施形態例では、例えばテーパ形状が、半導体基板１２の水平面に対して７０°となるようにエッチング条件を選択する。 このようにして、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面は、転送ゲート電極１８上部から裾部に広がるようなテーパ形状とされる。
【００４４】
次に、図４Ｄに示すように、受光部ＰＤが形成される領域にｎ型の不純物領域からなる電荷蓄積領域２４を形成する。その後、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６を含むゲート絶縁膜１３上部に絶縁膜であるシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を順に形成する。電荷蓄積領域２４は、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６形成後、受光部ＰＤが形成される領域のみに開口を有するレジストマスクを用いて、ｎ型の不純物をイオン注入することにより形成する。このとき、転送ゲート電極１８脇の領域には、転送ゲート電極１８をマスクとしたセルフアラインのイオン注入がなされる。また、シリコン窒化膜１４ａ、及びシリコン酸化膜１５ａは、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成する。
【００４５】
次に、全面にエッチバックをかけることにより、図４Ｅに示すように、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５（２層の絶縁膜）からなるサイドウォールＳＷを形成する。このとき、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面はテーパ形状とされているため、そのテーパ形状とされる側面に形成された２層の絶縁膜の垂直方向の厚みは、垂直形状とされる側面に形成された２層の絶縁膜の垂直方向の厚みよりも薄い。そして、全面エッバックする場合、全面で同じ厚みだけ絶縁膜がエッチングされる。これらの理由から、テーパ形状とされた転送ゲート電極１８の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）は、垂直形状とされた転送ゲート電極１８又は非転送ゲート電極１６の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗｂ）よりも小さくなる。
【００４６】
次に、図４Ｆに示すように、受光部ＰＤが形成される領域のみに開口を有するレジストマスク２０を形成し、電荷蓄積領域２４上部の半導体基板１２表面にｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより暗電流抑制領域２５を形成する。このイオン注入の注入角は、図４Ｆの矢印Ｉａで示すように、半導体基板２３の水平面に対して約９０°とする。そして、本実施形態例では、転送ゲート電極１８脇の受光部ＰＤ領域では、サイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでイオン注入されることにより暗電流抑制領域２５が形成される。このため、転送ゲート端部と、暗電流抑制領域２５との間の距離は、テーパ形状とされた転送ゲート電極１８の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）となる。
【００４７】
その後、図５Ｇに示すように、受光部ＰＤが形成された領域を覆うようにレジストマスク２１を形成し、転送ゲート電極１８、又は非転送ゲート電極１６脇の所望の半導体基板１２領域にｎ型の不純物を高濃度にイオン注入する。これにより所望のソース・ドレイン領域１７を形成する。この場合も、イオン注入はサイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでなされ、その注入角は、図５Ｇの矢印Ｉｂで示すように、約９０°とされる。
【００４８】
本実施形態例では、以上のようにして、受光部ＰＤや転送トランジスタＴｒａ、及び非転送トランジスタＴｒｂ等が形成される。
【００４９】
本実施形態例では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面をテーパ形状とすることにより、その側面に形成されるサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）を調整することができる。これにより、暗電流抑制領域２５と転送ゲート電極端部との距離をサイドウォールの厚み（幅Ｗａ）で調整することが可能となるため、垂直方向のイオン注入によりセルフアラインで暗電流抑制領域２５を形成することができる。このため、斜めのイオン注入などが必要なく、サイドウォールの厚み（幅Ｗａ）を調整することで暗電流抑制領域２５の形成領域を精度良く調整することができる。また、他の画素トランジスタや周辺ロジック回路のトランジスタのソース・ドレイン領域１７の形成に影響なく、転送ゲート端と、受光部ＰＤ表面に形成された暗電流抑制領域２５との距離を適度に近づけることができる。これにより、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥抑制が可能となる。
【００５０】
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のみをテーパ形状にするだけでよく、他の構成や、製造工程は、通常の固体撮像装置の構成、及び製造工程を用いることができる。このため、従来の固体撮像装置の製造工程から大きな変更をする必要がなく、本実施形態例の固体撮像装置が実現できる。
【００５１】
図６Ａは、２つの画素（受光部ＰＤ）で、１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有した場合の平面レイアウト図である。受光部ＰＤとフローティングディフュージョン部ＦＤとの間には、それぞれ、転送トランジスタＴｒａを構成する転送ゲート電極１８が構成されている。
図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ’線上に沿う断面構成図である。図６Ａ，Ｂに示した固体撮像装置は、本実施形態と同様に、図３〜図５の工程で形成したものである。
【００５２】
本実施形態例の製造方法を用いて図６Ａに示すような固体撮像装置を製造する場合は、各転送ゲート電極１８において、図６Ｂに示すように受光部ＰＤに面する側の側面をテーパ形状に形成する。これにより、半導体基板１２の水平面に対して注入角が９０°のイオン注入でサイドウォールＳＷ越しにセルフアラインで形成される暗電流抑制領域２５は、転送ゲート端部からサイドウォールＳＷの幅Ｗａだけ離れた領域に形成できる。そして、イオン注入の注入角を９０°とすることができるため、フローティングディフュージョン部ＦＤを共有する２つの受光部ＰＤで、同時に暗電流抑制領域２５を形成することができる。このため、１回のイオン注入で、全画素の暗電流抑制領域２５を形成することができる。
【００５３】
このように、２つの画素で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する固体撮像装置に本実施形態例を適用する場合は、暗電流抑制領域２５を形成する際に、図１３に示した従来の製造方法のように注入角を変えた斜めのイオン注入が必要ない。このため、工程数を減らすことができる。これにより、工程数増加に伴うＴＡＴ悪化を抑制し、異物付着率を低減することができるので、歩留りを向上することができる。
【００５４】
また、１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する画素（受光部ＰＤ）が２つよりも増えた場合にも、本実施形態例の製造方法を用いることで、１回のイオン注入で暗電流抑制領域２５を形成することができる。
【００５５】
図７〜図９に、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面の形状を本実施形態例以外の形状にした場合の比較例１〜比較例３を示す。
【００５６】
まず、図７Ａ，Ｂを用いて比較例１について説明する。
図７Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のテーパ形状の角度を、半導体基板１２の水平面に対して、本実施形態例の規定範囲よりも小さく設定した場合の製造工程図である。すなわち、テーパ形状は、本実施形態例のテーパ形状よりも緩やかにされた例である。
【００５７】
テーパ形状を図７Ａに示すように緩やか（例えば４５°のテーパ角）に形成した場合、転送ゲート電極１８上部に形成したシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。そうすると、テーパ形状をなした転送ゲート電極１８の側面では、シリコン酸化膜１５の表面から転送ゲート電極１８に到達するまでの距離が小さいため、テーパ形状の側面に形成されたシリコン酸化膜１５が必要以上にエッチング除去されてしまう。このため、結果的に転送ゲート電極１８のテーパ形状に形成された側面にはサイドウォールが形成されず、転送ゲート電極１８と暗電流抑制領域２５の距離をサイドウォールの厚みで制御することができない。
【００５８】
次に、図８Ａ，Ｂを用いて比較例２について説明する。
図８Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面が、転送ゲート電極１８の上部が裾部に広がるテーパ形状とされ、さらに、その側面が凹状のラウンド形状を有するように形成された場合の製造工程図である。
【００５９】
転送ゲート電極１８の側面が、図８Ａに示すようなラウンド形状を有する場合、転送ゲート電極１８上部に形成したシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。そうすると、図８Ｂに示すように、ラウンド形状をなした転送ゲート電極１８の側面ではラウンド形状とされた転送ゲート電極１８側面に形成されたシリコン酸化膜１５のみが残り転送ゲート電極１８の裾部の側面のシリコン酸化膜１５はエッチング除去されてしまう。このため、図８の例でも、転送ゲート電極１８のラウンド形状に形成された側面の裾部にはサイドウォールが形成されない結果となり転送ゲート電極１８と暗電流抑制領域２５の距離をサイドウォールの厚みで制御することができない。
【００６０】
次に、図９Ａ，Ｂを用いて比較例３について説明する。
図９Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面が、転送ゲート電極１８の上部から裾部にかけて内側に入り込むように、逆テーパ形状に形成された場合の製造工程図である。
【００６１】
転送ゲート電極１８の側面が、図９Ａに示すような逆テーパ径所を有する場合、転送ゲート電極１８の上部にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を形成し、本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。この場合、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５は、逆テーパ形状とされた側面と、半導体基板１２との間に埋めこまれて形成される。そして、このシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５をエッチバックした場合、逆テーパ形状とされた側面と半導体基板１２との間に入り込んだシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５からなる絶縁膜は、図９Ｂに示すように、エッチングされずに残る。そうすると、逆テーパ形状に形成された転送ゲート電極１８の側面とその側面に形成されたサイドウォール端部との距離は、垂直に形成された転送ゲート電極１８の側面と、その側面に形成されたサイドウォール端部との距離よりも大きくなってしまう。この場合、かえって、受光部ＰＤに面する側の側面と暗電流抑制領域２５との距離は大きくなってしまう。
【００６２】
以上の比較例１〜３より、本実施形態例の固体撮像装置１では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のテーパ形状を好適な角度で形成することで、転送ゲート電極１８端部と、暗電流抑制領域２５との距離を好適に調整できることがわかる。
【００６３】
〈２．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
次に、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施形態例は、製造方法が第１の実施形態における固体撮像装置の製造方法と異なる例である。本実施形態例の固体撮像装置全体の構成は図１と同様であり、また、本実施形態例で製造される固体撮像装置の要部の断面構成は図２と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６４】
図１０〜図１２は、本実施形態例の固体撮像装置の製造工程図である。
本実施形態例では、まず、図１０Ａに示すように、ｐ型の半導体基板１２上にゲート絶縁膜１３を介して例えばポリシリコンからなる電極層１８ｂを形成し、その電極層１８ｂ上部にレジストマスク２２を形成し電極層１８ａをエッチングする。これにより、非転送ゲート電極１６を形成する。
【００６５】
次に、図１０Ｂに示すように、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面となる位置から、受光部ＰＤが形成される領域に開口を有するレジストマスク２８を形成する。
【００６６】
次に、例えば、ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに臭化水素、塩素、酸素の混合ガスを用いてレジストマスク２８の開口から露出した電極層１８ｂをエッチング除去する。このエッチング条件により、ゲート絶縁膜１３を構成するシリコン酸化膜に対して高選択比で電極層１８ｂをエッチング加工することができる。このため、図１０Ｃに示すように所望のテーパ形状を有する転送ゲート電極１８を得ることができる。テーパ形状の角度は、半導体基板１２の水平面に対して、９０°よりも小さい角度で形成されており、好適な角度は転送ゲート電極１８の高さや、後の工程で形成されるサイドウォールの厚みによって変わる。本実施形態例では、例えばテーパ形状が、半導体基板１２の水平面に対して７０°となるようにエッチング条件を選択する。
本実施形態例では、ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用いる例としたが、その他、第１の実施形態と同様の加工条件が可能であり、ＲＩＥ、ＩＣＰ−ＲＩＥ、ＣＣＰ−ＲＩＥを用いることでもテーパ形状を有する転送ゲート電極１８を形成することができる。
【００６７】
次に、図示を省略するが、受光部ＰＤに開口を有するレジストマスクを形成したのち、受光部ＰＤが形成される領域に、ｎ型の不純物をイオン注入することにより電荷蓄積領域２４を形成する。この場合、転送ゲート電極１８脇の領域では、転送ゲート電極１８の端部をマスクとしてセルフアラインにより電荷蓄積領域２４が形成される。
その後、図１１Ｄに示すように、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６を含むゲート絶縁膜１３上にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５の２層の絶縁層を順に形成する。これらのシリコン窒化膜１４やシリコン酸化膜１５は、第１の実施形態と同様にＣＶＤ法により形成することができる。
【００６８】
その後、第１の実施形態における図４Ｅ〜図５Ｇの製造工程を経て、図２に示す固体撮像装置を得ることができる。
【００６９】
本実施形態例の固体撮像装置の製造方法においても、第１の実施形態の固体撮像装置と同様の構成を有する固体撮像装置を得ることができ、第１の実施形態で得られる固体撮像装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
上述した第１及び第２の実施形態では、主として、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いた構成について説明したが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ構成とすることもできる。この場合は、各図において、その導電型を反転した構成となる。
【００７１】
また、上述の第１及び第２の実施形態では、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳ型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置への適用に限られるものではない。また画素が二次元マトリックス状に形成された画素部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。
【００７２】
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【００７３】
さらに、本発明は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【００７４】
また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。以下に、本発明の電子機器について説明する。
【００７５】
〈３．第３の実施形態：電子機器〉
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器２００は、上述した本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【００７６】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、シャッタ装置２１１と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。
【００７７】
光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を集光して固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１の信号転送を行なう。信号処理回路２１３は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【００７８】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置１において、暗電流抑制領域の形成領域を精度良く制御することができ、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥抑制が可能となるため、画質の劣化が抑制される。
【００７９】
このように、固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
【００８０】
本実施形態例においては、固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２の実施形態によって形成された固体撮像装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 固体撮像装置
２ 画素
３ 画素部
４ 垂直駆動回路
５ カラム信号処理回路
６ 水平駆動回路
７ 出力回路
８ 制御回路
１０ 水平信号線
１１ 基板
１２ 半導体基板
１３ ゲート絶縁膜
１４ シリコン窒化膜
１４ａ シリコン窒化膜
１５ シリコン酸化膜
１５ａ シリコン酸化膜
１６ 非転送ゲート電極
１７ ソース・ドレイン領域
１８ 転送ゲート電極
１８ａ 電極層
１８ｂ 電極層
１９ レジストマスク
２０ レジストマスク
２１ レジストマスク
２２ レジストマスク
２３ 半導体基板
２４ 電荷蓄積領域
２５ 暗電流抑制領域
２８ レジストマスク
ＰＤ 受光部
ＦＤ フローティングディフュージョン部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置とに大別される。
【０００３】
ＣＣＤ型固体撮像装置やＣＭＯＳ型固体撮像装置では、ウェハ表面近傍の界面準位の影響で発生する暗電流に起因する白点等の画素欠陥の対策として、フォトダイオード表面側に暗電流抑制領域を形成する手法が採られている。例えば、電子を信号電荷として扱うフォトダイオードでは、フォトダイオードの表面側に濃いｐ型の不純物をイオン注入することにより暗電流抑制領域を形成している。ｐ型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域では、フォトダイオード表面に発生する暗電流となる電子を多数キャリアの正孔によって再結合させることにより暗電流を抑制し、白点等の画素欠陥の発生を抑制している。
【０００４】
しかしながら、フォトダイオード表面に高濃度の不純物領域を形成することにより、信号電荷の転送効率の悪化が問題になる。そこで、転送効率の向上と白点等の欠陥抑制を両立する手法として、転送ゲート電極と、フォトダイオード表面に形成された暗電流抑制領域との距離を最適に制御する技術が必要である。
【０００５】
例えば、下記特許文献１では、ＣＭＯＳ型固体撮像装置において、転送ゲート部と暗電流抑制領域との距離を最適にするために、転送ゲート電極のサイドウォール越しにイオン注入することで、暗電流抑制領域をセルフアラインで形成することが記載されている。
【０００６】
図１３及び図１４に、従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置において用いられている暗電流抑制領域の製造工程を示す。図１３及び図１４は、受光部ＰＤ及び転送トランジスタを含む所定の領域の断面における製造工程を示したものである。
【０００７】
図１３Ａに示すように、シリコンからなる半導体基板１１２上に、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１１３を形成し、ゲート絶縁膜１１３上に例えばポリシリコンからなる所望のゲート電極を形成する。図１３Ａでは、転送トランジスタを構成する転送ゲート電極１１８と、画素領域に構成される転送トランジスタ以外のトランジスタや、周辺ロジック回路に構成される所望のトランジスタ（以下、非転送トランジスタ）の非転送ゲート電極１１６とを図示している。これらの転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６は、ポリシリコン膜をエッチングにより所望の形状にパターン加工することにより形成される。また、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６の側面は、半導体基板１１２の水平面に対してほぼ垂直となるようにエッチングされている。そして、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６形成後、受光部ＰＤのみに開口部を有するレジストマスクを用いて、ｎ型の不純物をイオン注入することにより電荷蓄積領域１２４を形成する。このとき、転送ゲート電極１１８脇の領域には、転送ゲート電極１１８をマスクとしたセルフアラインのイオン注入がなされる。
【０００８】
その後、図１３Ｂに示すように、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６を含む全面に、例えばＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１５を順に成膜する。
【０００９】
その後、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により全面エッチバックする。これにより、図１３Ｃに示すように、転送ゲート電極１１８及び非転送ゲート電極１１６の側面には、シリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１５からなるサイドウォールＳＷが形成される。
【００１０】
次に、図１４Ｄに示すように、受光部ＰＤが形成される領域以外の領域を覆うようにレジストマスク１１７を形成し、受光部ＰＤを構成する電荷蓄積領域１２４の上部にｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、暗電流抑制領域１２５を形成する。この場合、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８との距離が最適になるように、暗電流抑制領域１２５がサイドウォールＳＷの下部に入り込んで形成されるために、図１４Ｄに示すように矢印Ｉ１で示すような斜めのイオン注入がなされる。このように、斜めのイオン注入がなされることで、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８との距離Ｗが調整されるので、信号電荷の転送効率を悪化させることなく、暗電流の発生が効果的に抑制される。
【００１１】
次に、図１４Ｅに示すように、受光部ＰＤが形成された領域を覆うようにレジストマスク１１９を形成し、サイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでｎ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、ソース・ドレイン領域１２０を形成する。これらのソース・ドレイン領域１２０は、サイドウォールＳＷ越しのセルフアラインによって形成されるため、矢印Ｉ２で示すように半導体基板１１２の水平面に対して注入角が９０°のイオン注入で形成すればよい。
このようにして、従来例の固体撮像装置が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１２８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように、従来の固体撮像装置の製造方法では、受光部ＰＤの表面側に形成された暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８の距離が最適になるように、暗電流抑制領域１２５を構成するｐ型の不純物を斜めにイオン注入する方法が採られている。そして、斜めにイオン注入することにより、暗電流抑制領域１２５をサイドウォールＳＷ下まで注入でき、暗電流抑制領域１２５と転送ゲート電極１１８端部との距離Ｗが調整される。これにより、転送ゲート電極１１８下部の半導体基板１１２に形成される転送ゲート部が暗電流抑制領域１２５から適当な距離だけ離れた位置に形成されるので、信号電荷の転送効率を悪化させることなく、暗電流の発生が効果的に抑制される。
【００１４】
しかしながら、このように、不純物を斜め打ちすることによりサイドウォールＳＷ下まで暗電流抑制領域１２５を形成する場合、転送ゲート電極１１８の形状とサイドウォールＳＷの形状に依存して、その都度、注入角等のイオン注入条件を変更する必要がある。
【００１５】
また、近年多画素化が進む中、信号電荷が読み出されるフローティングディフュージョン部ＦＤを、隣接する複数の画素で共有する構成が採られている。図１５は、例えば２つの画素（受光部ＰＤ）で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する例である。このように、２つの画素で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する場合は、斜めのイオン注入で暗電流抑制領域１２５を形成する場合、図１５に示すように、Ｉ１方向のイオン注入と、Ｉ３方向のイオン注入が必要となる。また、共有画素が増えることにより、方向を変えた斜めのイオン注入がさらに必要となり、結果として、イオン注入の回数を増やす必要が出てくる。このような工程数の増加に伴い、ＴＡＴ（Turn Around Time）悪化や異物付着確率増加による低歩留りの懸念がある。
【００１６】
上述の点に鑑み、本発明は、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することにより白点等の欠陥が抑制された固体撮像装置を提供する。また、工程数の低減及び歩留りの向上が図られた固体撮像装置の製造方法を提供する。さらに、この固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は受光部に面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極を有して構成されている。受光部は、基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と、暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する。また、転送ゲート電極は、基板上部の受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成され、側面にサイドウォールを有する。
【００１８】
本発明の固体撮像装置では、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面がテーパ形状に形成されている。このため、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面に形成されるサイドウォールは、その幅が薄くなるように形成され、この幅により、暗電流抑制領域と転送ゲート電極端部の距離が調整される。
【００１９】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、まず、基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上部に電極層を形成する。次に、電極層をエッチングし、基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状にされた転送ゲート電極と、側面が垂直形状にされた非転送ゲート電極とを形成する。次に、転送ゲート電極及び非転送ゲート電極上にサイドウォールを形成する工程を有する。転送ゲート電極のテーパ形状の側面に形成されたサイドウォール越しに所望の不純物をイオン注入することにより、基板の受光部が形成される領域の最表面に暗電流抑制領域をセルフアラインで形成する。
【００２０】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面がテーパ形状に形成する。このため、転送ゲート電極の受光部に面する側の側面に形成されるサイドウォールは、その幅が薄くなるように形成される。そして、このサイドウォール越しに不純物をイオン注入することにより、セルフアラインで暗電流抑制領域が形成され、暗電流抑制領域は転送ゲート電極端部からサイドウォールの幅分離れた領域に形成される。
【００２１】
また、本発明の電子機器は、光学レンズと、上述した固体撮像装置と、信号処理回路とを含んで構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、暗電流抑制領域の形成領域を精度良く制御することができ、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥が抑制された固体撮像装置が得られる。また、この固体撮像装置により、画質の向上が図られた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の受光部ＰＤを含む所定の領域の断面構成図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図４】Ｄ〜Ｅ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その４〜その６）である。
【図５】Ｇ 第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その７）である。
【図６】Ａ，Ｂ ２つの画素（受光部）で、１つのフローティングディフュージョン部を共有した場合の平面レイアウト図と、そのＡ−Ａ’線上に沿う断面図である。
【図７】Ａ，Ｂ 比較例１に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図８】Ａ，Ｂ 比較例２に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図９】Ａ，Ｂ 比較例４に係る固体撮像装置の製造工程図である。
【図１０】Ａ〜Ｃ 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図１１】Ｄ 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その４）である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図１３】Ａ〜Ｃ 従来例の固体撮像装置の製造工程図（その１〜その３）である。
【図１４】Ｄ，Ｅ 従来例の固体撮像装置の製造工程図（その４，５）である。
【図１５】従来例の固体撮像装置において、２つの画素（受光部）で、１つのフローティングディフュージョン部を共有した場合の平面レイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図１２を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
１−１ 固体撮像装置全体の構成
１−２ 要部の構成
１−３ 製造方法
２．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法
３．第３の実施形態：電子機器
【００２５】
〈１．第１の実施形態：固体撮像装置〉
［１−１ 固体撮像装置全体の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板１１上に配列された複数の画素２から構成される画素部３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成される。
【００２６】
画素２は、フォトダイオードからなる受光部と、複数の画素トランジスタとから構成され、基板１１上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素２を構成する画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタで構成される４つのＭＯＳトランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタであってもよい。
【００２７】
画素部３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素２から構成される。画素部３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路５に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。
【００２８】
制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路８で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力される。
【００２９】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素２のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路５に供給する。
【００３０】
カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域（図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０とのあいだに設けられている。
【００３１】
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
【００３２】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。
【００３３】
［１−２ 要部の構成］
次に、図２を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の要部の概略構成について説明する。図２は、受光部ＰＤを含む所定の領域の断面構成図である。図２では、受光部ＰＤと、転送トランジスタＴｒａと、画素部３に形成される転送トランジスタＴｒａ以外の画素トランジスタ及び周辺ロジック回路に形成されるトランジスタ（以下、非転送トランジスタＴｒｂ）とを図示している。
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、電子を信号電荷として用いる例を示し、各トランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成される例としている。また、本実施形態例では、本発明における第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明する。
【００３４】
受光部ＰＤは、ｐ型の半導体基板１２の表面側に形成されたｎ型不純物領域からなる電荷蓄積領域２４と、電荷蓄積領域２４上の半導体基板１２最表面に形成されたｐ型高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域２５とから構成されている。受光部ＰＤでは、暗電流抑制領域２５と電荷蓄積領域２４との間のｐｎ接合によって主なフォトダイオードが構成され、受光部ＰＤに入射した光の光量に応じて生成された信号電荷が電荷蓄積領域２４に蓄積される。また、暗電流抑制領域２５では半導体基板１２表面に発生した暗電流の原因となる電子が、多数キャリアである正孔によって再結合されることにより暗電流の発生が抑制される。
【００３５】
また、半導体基板１２の表面側の所望の領域には、各トランジスタを構成するソース・ドレイン領域１７が、ｎ型の高濃度不純物領域により形成されている。
【００３６】
転送トランジスタＴｒａは、受光部ＰＤに隣接する領域の半導体基板１２上部に、ゲート絶縁膜１３を介して形成された転送ゲート電極１８を有して構成されている。転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面は転送ゲート電極１８の上部から裾部にかけて斜めに広がる形状（テーパ形状）に形成されている。また、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤとは反対側のソース・ドレイン領域１７（この場合、フローティングディフュージョン部とされる）に面する側の側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ直角に形成されている。そして、半導体基板１２の転送ゲート電極１８下部に対応する半導体領域が転送トランジスタＴｒａの転送ゲートとされる。このような転送トランジスタＴｒａでは、転送ゲート電極１８に所望の電圧を供給することにより、受光部ＰＤで生成、蓄積された信号電荷が、転送ゲートを介してフローティングディフュージョン部となるソース・ドレイン領域１７に転送される。
【００３７】
隣接する所望のソース・ドレイン領域１７間の半導体基板１２上部には、ゲート絶縁膜１３を介して非転送トランジスタＴｒｂを構成する非転送ゲート電極１６が形成されている。これらの非転送トランジスタＴｒｂを構成する非転送ゲート電極１６のソース・ドレイン領域１７に面する側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ垂直形状とされている。そして、半導体基板１２の非転送ゲート電極１６下部に対応する半導体領域が非転送トランジスタＴｒｂのゲートとされる。
【００３８】
転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面には、それぞれ、絶縁膜からなるサイドウォールＳＷが形成されており、本実施形態例のサイドウォールＳＷは、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５の２層の絶縁膜から構成されている。
【００３９】
［１−３ 製造方法］
図３〜図５は、本実施形態例の固体撮像装置１の製造工程図である。図３〜図５を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図３Ａに示すように、ｐ型の半導体基板１２上部に例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１３を形成し、ゲート絶縁膜１３上に例えばポリシリコンからなる所望のゲート電極を形成する。図３Ａでは、転送トランジスタＴｒａを構成する転送ゲート電極１８と、非転送トランジスタＴｒｂの非転送ゲート電極１６とを図示している。これらの転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６は、例えばポリシリコンからなる電極層をドライエッチングにより所望の形状にパターン加工することにより形成する。そして、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面は、半導体基板１２の水平面に対してほぼ垂直形状（８７°以上９０°以下）となるようにエッチング加工する。
本実施形態例では、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６をポリシリコンで形成する例としたが、その他、ＰＤＡＳ（リンドープトアモルファスシリコン）で形成する例としてもよい。
【００４１】
次に、図３Ｂに示すように、受光部ＰＤが形成される領域に面する側が開口されたレジストマスク１９を形成する。このとき、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の肩部が所望の範囲、露出された状態とされ、非転送ゲート電極１６は、全てレジストマスク１９で覆われた状態とされる。
【００４２】
この状態において、レジストマスク１９から露出した肩部をエッチングすることにより、図３Ｃに示すように、受光部ＰＤに面する側の側面に順テーパ加工が施された転送ゲート電極１８を得る。この場合、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法のドライエッチングにおいて、ＨＢｒ／Ｏ２ガスを用い、高圧力下でエッチング加工を行う。これにより、ゲート絶縁膜１３を構成するシリコン酸化膜に対して高選択比で転送ゲート電極１８がエッチングされ、側面に所望のテーパ形状が形成された転送ゲート電極１８を得ることができる。このテーパ形状の角度は、エッチング条件を変えることで変更することができる。
また、ＲＩＥの他、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）−ＲＩＥ、ＣＣＰ（Capacitive Coupled Plasma）−ＲＩＥ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）−ＲＩＥを用いることができる。
【００４３】
図３Ｃで形成されるテーパ形状の角度は、半導体基板１２の水平面に対して、９０°よりも小さい角度で形成されており、好適な角度は転送ゲート電極１８の高さや、後の工程で形成されるサイドウォールの厚みによって変わる。本実施形態例では、例えばテーパ形状が、半導体基板１２の水平面に対して７０°となるようにエッチング条件を選択する。 このようにして、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面は、転送ゲート電極１８上部から裾部に広がるようなテーパ形状とされる。
【００４４】
次に、図４Ｄに示すように、受光部ＰＤが形成される領域にｎ型の不純物領域からなる電荷蓄積領域２４を形成する。その後、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６を含むゲート絶縁膜１３上部に絶縁膜であるシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を順に形成する。電荷蓄積領域２４は、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６形成後、受光部ＰＤが形成される領域のみに開口を有するレジストマスクを用いて、ｎ型の不純物をイオン注入することにより形成する。このとき、転送ゲート電極１８脇の領域には、転送ゲート電極１８をマスクとしたセルフアラインのイオン注入がなされる。また、シリコン窒化膜１４ａ、及びシリコン酸化膜１５ａは、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成する。
【００４５】
次に、全面にエッチバックをかけることにより、図４Ｅに示すように、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６の側面にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５（２層の絶縁膜）からなるサイドウォールＳＷを形成する。このとき、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面はテーパ形状とされているため、そのテーパ形状とされる側面に形成された２層の絶縁膜の垂直方向の厚みは、垂直形状とされる側面に形成された２層の絶縁膜の垂直方向の厚みよりも薄い。そして、全面エッバックする場合、全面で同じ厚みだけ絶縁膜がエッチングされる。これらの理由から、テーパ形状とされた転送ゲート電極１８の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）は、垂直形状とされた転送ゲート電極１８又は非転送ゲート電極１６の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗｂ）よりも小さくなる。
【００４６】
次に、図４Ｆに示すように、受光部ＰＤが形成される領域のみに開口を有するレジストマスク２０を形成し、電荷蓄積領域２４上部の半導体基板１２表面にｐ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより暗電流抑制領域２５を形成する。このイオン注入の注入角は、図４Ｆの矢印Ｉａで示すように、半導体基板２３の水平面に対して約９０°とする。そして、本実施形態例では、転送ゲート電極１８脇の受光部ＰＤ領域では、サイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでイオン注入されることにより暗電流抑制領域２５が形成される。このため、転送ゲート端部と、暗電流抑制領域２５との間の距離は、テーパ形状とされた転送ゲート電極１８の側面に形成されたサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）となる。
【００４７】
その後、図５Ｇに示すように、受光部ＰＤが形成された領域を覆うようにレジストマスク２１を形成し、転送ゲート電極１８、又は非転送ゲート電極１６脇の所望の半導体基板１２領域にｎ型の不純物を高濃度にイオン注入する。これにより所望のソース・ドレイン領域１７を形成する。この場合も、イオン注入はサイドウォールＳＷ越しにセルフアラインでなされ、その注入角は、図５Ｇの矢印Ｉｂで示すように、約９０°とされる。
【００４８】
本実施形態例では、以上のようにして、受光部ＰＤや転送トランジスタＴｒａ、及び非転送トランジスタＴｒｂ等が形成される。
【００４９】
本実施形態例では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面をテーパ形状とすることにより、その側面に形成されるサイドウォールＳＷの厚み（幅Ｗａ）を調整することができる。これにより、暗電流抑制領域２５と転送ゲート電極端部との距離をサイドウォールの厚み（幅Ｗａ）で調整することが可能となるため、垂直方向のイオン注入によりセルフアラインで暗電流抑制領域２５を形成することができる。このため、斜めのイオン注入などが必要なく、サイドウォールの厚み（幅Ｗａ）を調整することで暗電流抑制領域２５の形成領域を精度良く調整することができる。また、他の画素トランジスタや周辺ロジック回路のトランジスタのソース・ドレイン領域１７の形成に影響なく、転送ゲート端と、受光部ＰＤ表面に形成された暗電流抑制領域２５との距離を適度に近づけることができる。これにより、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥抑制が可能となる。
【００５０】
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のみをテーパ形状にするだけでよく、他の構成や、製造工程は、通常の固体撮像装置の構成、及び製造工程を用いることができる。このため、従来の固体撮像装置の製造工程から大きな変更をする必要がなく、本実施形態例の固体撮像装置が実現できる。
【００５１】
図６Ａは、２つの画素（受光部ＰＤ）で、１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有した場合の平面レイアウト図である。受光部ＰＤとフローティングディフュージョン部ＦＤとの間には、それぞれ、転送トランジスタＴｒａを構成する転送ゲート電極１８が構成されている。
図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ’線上に沿う断面構成図である。図６Ａ，Ｂに示した固体撮像装置は、本実施形態と同様に、図３〜図５の工程で形成したものである。
【００５２】
本実施形態例の製造方法を用いて図６Ａに示すような固体撮像装置を製造する場合は、各転送ゲート電極１８において、図６Ｂに示すように受光部ＰＤに面する側の側面をテーパ形状に形成する。これにより、半導体基板１２の水平面に対して注入角が９０°のイオン注入でサイドウォールＳＷ越しにセルフアラインで形成される暗電流抑制領域２５は、転送ゲート端部からサイドウォールＳＷの幅Ｗａだけ離れた領域に形成できる。そして、イオン注入の注入角を９０°とすることができるため、フローティングディフュージョン部ＦＤを共有する２つの受光部ＰＤで、同時に暗電流抑制領域２５を形成することができる。このため、１回のイオン注入で、全画素の暗電流抑制領域２５を形成することができる。
【００５３】
このように、２つの画素で１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する固体撮像装置に本実施形態例を適用する場合は、暗電流抑制領域２５を形成する際に、図１３に示した従来の製造方法のように注入角を変えた斜めのイオン注入が必要ない。このため、工程数を減らすことができる。これにより、工程数増加に伴うＴＡＴ悪化を抑制し、異物付着率を低減することができるので、歩留りを向上することができる。
【００５４】
また、１つのフローティングディフュージョン部ＦＤを共有する画素（受光部ＰＤ）が２つよりも増えた場合にも、本実施形態例の製造方法を用いることで、１回のイオン注入で暗電流抑制領域２５を形成することができる。
【００５５】
図７〜図９に、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面の形状を本実施形態例以外の形状にした場合の比較例１〜比較例３を示す。
【００５６】
まず、図７Ａ，Ｂを用いて比較例１について説明する。
図７Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のテーパ形状の角度を、半導体基板１２の水平面に対して、本実施形態例の規定範囲よりも小さく設定した場合の製造工程図である。すなわち、テーパ形状は、本実施形態例のテーパ形状よりも緩やかにされた例である。
【００５７】
テーパ形状を図７Ａに示すように緩やか（例えば４５°のテーパ角）に形成した場合、転送ゲート電極１８上部に形成したシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。そうすると、テーパ形状をなした転送ゲート電極１８の側面では、シリコン酸化膜１５の表面から転送ゲート電極１８に到達するまでの距離が小さいため、テーパ形状の側面に形成されたシリコン酸化膜１５が必要以上にエッチング除去されてしまう。このため、結果的に転送ゲート電極１８のテーパ形状に形成された側面にはサイドウォールが形成されず、転送ゲート電極１８と暗電流抑制領域２５の距離をサイドウォールの厚みで制御することができない。
【００５８】
次に、図８Ａ，Ｂを用いて比較例２について説明する。
図８Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面が、転送ゲート電極１８の上部が裾部に広がるテーパ形状とされ、さらに、その側面が凹状のラウンド形状を有するように形成された場合の製造工程図である。
【００５９】
転送ゲート電極１８の側面が、図８Ａに示すようなラウンド形状を有する場合、転送ゲート電極１８上部に形成したシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。そうすると、図８Ｂに示すように、ラウンド形状をなした転送ゲート電極１８の側面ではラウンド形状とされた転送ゲート電極１８側面に形成されたシリコン酸化膜１５のみが残り転送ゲート電極１８の裾部の側面のシリコン酸化膜１５はエッチング除去されてしまう。このため、図８の例でも、転送ゲート電極１８のラウンド形状に形成された側面の裾部にはサイドウォールが形成されない結果となり転送ゲート電極１８と暗電流抑制領域２５の距離をサイドウォールの厚みで制御することができない。
【００６０】
次に、図９Ａ，Ｂを用いて比較例３について説明する。
図９Ａ，Ｂは、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面が、転送ゲート電極１８の上部から裾部にかけて内側に入り込むように、逆テーパ形状に形成された場合の製造工程図である。
【００６１】
転送ゲート電極１８の側面が、図９Ａに示すような逆テーパ径所を有する場合、転送ゲート電極１８の上部にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５を形成し、本実施形態例と同様の方法でエッチバックする。この場合、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５は、逆テーパ形状とされた側面と、半導体基板１２との間に埋めこまれて形成される。そして、このシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５をエッチバックした場合、逆テーパ形状とされた側面と半導体基板１２との間に入り込んだシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５からなる絶縁膜は、図９Ｂに示すように、エッチングされずに残る。そうすると、逆テーパ形状に形成された転送ゲート電極１８の側面とその側面に形成されたサイドウォール端部との距離は、垂直に形成された転送ゲート電極１８の側面と、その側面に形成されたサイドウォール端部との距離よりも大きくなってしまう。この場合、かえって、受光部ＰＤに面する側の側面と暗電流抑制領域２５との距離は大きくなってしまう。
【００６２】
以上の比較例１〜３より、本実施形態例の固体撮像装置１では、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面のテーパ形状を好適な角度で形成することで、転送ゲート電極１８端部と、暗電流抑制領域２５との距離を好適に調整できることがわかる。
【００６３】
〈２．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
次に、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施形態例は、製造方法が第１の実施形態における固体撮像装置の製造方法と異なる例である。本実施形態例の固体撮像装置全体の構成は図１と同様であり、また、本実施形態例で製造される固体撮像装置の要部の断面構成は図２と同様であるので、重複説明を省略する。
【００６４】
図１０〜図１２は、本実施形態例の固体撮像装置の製造工程図である。
本実施形態例では、まず、図１０Ａに示すように、ｐ型の半導体基板１２上にゲート絶縁膜１３を介して例えばポリシリコンからなる電極層１８ｂを形成し、その電極層１８ｂ上部にレジストマスク２２を形成し電極層１８ａをエッチングする。これにより、非転送ゲート電極１６を形成する。
【００６５】
次に、図１０Ｂに示すように、転送ゲート電極１８の受光部ＰＤに面する側の側面となる位置から、受光部ＰＤが形成される領域に開口を有するレジストマスク２８を形成する。
【００６６】
次に、例えば、ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに臭化水素、塩素、酸素の混合ガスを用いてレジストマスク２８の開口から露出した電極層１８ｂをエッチング除去する。このエッチング条件により、ゲート絶縁膜１３を構成するシリコン酸化膜に対して高選択比で電極層１８ｂをエッチング加工することができる。このため、図１０Ｃに示すように所望のテーパ形状を有する転送ゲート電極１８を得ることができる。テーパ形状の角度は、半導体基板１２の水平面に対して、９０°よりも小さい角度で形成されており、好適な角度は転送ゲート電極１８の高さや、後の工程で形成されるサイドウォールの厚みによって変わる。本実施形態例では、例えばテーパ形状が、半導体基板１２の水平面に対して７０°となるようにエッチング条件を選択する。
本実施形態例では、ＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を用いる例としたが、その他、第１の実施形態と同様の加工条件が可能であり、ＲＩＥ、ＩＣＰ−ＲＩＥ、ＣＣＰ−ＲＩＥを用いることでもテーパ形状を有する転送ゲート電極１８を形成することができる。
【００６７】
次に、図示を省略するが、受光部ＰＤに開口を有するレジストマスクを形成したのち、受光部ＰＤが形成される領域に、ｎ型の不純物をイオン注入することにより電荷蓄積領域２４を形成する。この場合、転送ゲート電極１８脇の領域では、転送ゲート電極１８の端部をマスクとしてセルフアラインにより電荷蓄積領域２４が形成される。
その後、図１１Ｄに示すように、転送ゲート電極１８及び非転送ゲート電極１６を含むゲート絶縁膜１３上にシリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１５の２層の絶縁層を順に形成する。これらのシリコン窒化膜１４やシリコン酸化膜１５は、第１の実施形態と同様にＣＶＤ法により形成することができる。
【００６８】
その後、第１の実施形態における図４Ｅ〜図５Ｇの製造工程を経て、図２に示す固体撮像装置を得ることができる。
【００６９】
本実施形態例の固体撮像装置の製造方法においても、第１の実施形態の固体撮像装置と同様の構成を有する固体撮像装置を得ることができ、第１の実施形態で得られる固体撮像装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
上述した第１及び第２の実施形態では、主として、ｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いた構成について説明したが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ構成とすることもできる。この場合は、各図において、その導電型を反転した構成となる。
【００７１】
また、上述の第１及び第２の実施形態では、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳ型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置への適用に限られるものではない。また画素が二次元マトリックス状に形成された画素部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。
【００７２】
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【００７３】
さらに、本発明は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【００７４】
また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。以下に、本発明の電子機器について説明する。
【００７５】
〈３．第３の実施形態：電子機器〉
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器２００は、上述した本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【００７６】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、シャッタ装置２１１と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。
【００７７】
光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を集光して固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１の信号転送を行なう。信号処理回路２１３は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【００７８】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置１において、暗電流抑制領域の形成領域を精度良く制御することができ、転送効率を低下させることなく、暗電流の発生を抑制することによる白点等の欠陥抑制が可能となるため、画質の劣化が抑制される。
【００７９】
このように、固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
【００８０】
本実施形態例においては、固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２の実施形態によって形成された固体撮像装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 固体撮像装置
２ 画素
３ 画素部
４ 垂直駆動回路
５ カラム信号処理回路
６ 水平駆動回路
７ 出力回路
８ 制御回路
１０ 水平信号線
１１ 基板
１２ 半導体基板
１３ ゲート絶縁膜
１４ シリコン窒化膜
１４ａ シリコン窒化膜
１５ シリコン酸化膜
１５ａ シリコン酸化膜
１６ 非転送ゲート電極
１７ ソース・ドレイン領域
１８ 転送ゲート電極
１８ａ 電極層
１８ｂ 電極層
１９ レジストマスク
２０ レジストマスク
２１ レジストマスク
２２ レジストマスク
２３ 半導体基板
２４ 電荷蓄積領域
２５ 暗電流抑制領域
２８ レジストマスク
ＰＤ 受光部
ＦＤ フローティングディフュージョン部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と、前記暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する受光部と、
前記基板上部の前記受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極であって、前記受光部に面する側の側面がテーパ形状とされ、側面にサイドウォールを有する転送ゲート電極と、
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記基板上部の所望の領域には、ゲート絶縁膜を介して形成された非転送ゲート電極を有し、
前記転送ゲート電極の前記テーパ形状とされた側面以外の側面及び、前記非転送ゲート電極の側面は、前記基板の水平面に対してほぼ垂直となるように形成され、
前記転送ゲート電極のテーパ形状とされた側面に形成される前記サイドウォールの厚みは、前記基板の水平面に対してほぼ垂直となるように形成された前記転送ゲート電極及び非転送ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールの厚みよりも小さく形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記暗電流抑制領域は、前記転送ゲート電極端部から前記テーパ形状とされた側面に形成されたサイドウォールの厚み分だけ離れた領域に形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上部に電極層を形成する工程、
前記電極層をエッチングし、前記基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状にされた転送ゲート電極と、側面が垂直形状にされた非転送ゲート電極とを形成する工程、
前記転送ゲート電極及び非転送ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程、
前記転送ゲート電極のテーパ形状の側面に形成されたサイドウォール越しに所望の不純物をイオン注入することにより、前記基板の前記受光部が形成される領域の最表面に暗電流抑制領域をセルフアラインで形成する工程、
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記暗電流抑制領域を形成する工程で用いられるイオン注入は、前記基板の水平面に対して垂直方向の注入角で行う
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記転送ゲート電極と、前記非転送ゲート電極を形成する工程は、
前記電極層をエッチングし、側面が垂直加工された転送ゲート電極及び非転送ゲート電極を形成する工程、前記転送ゲート電極の受光部が形成される領域に面する側の側面をエッチングによりテーパ形状に加工する工程からなる
請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記転送ゲート電極と前記非転送ゲート電極を形成する工程は、
前記電極層をエッチングし、側面が垂直加工された非転送ゲート電極を形成する工程、前記非転送ゲート電極が形成する工程の後、又は前において、前記電極層をエッチングし、前記基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極を形成する工程からなる
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
光学レンズと、
前記光学レンズで集光された光が照射される固体撮像装置であって、基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と前記暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する受光部と、前記半導体基板上部の前記受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極であって、前記受光部に面する側の側面がテーパ形状とされ、側面にサイドウォールを有する転送ゲート電極と、を有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【請求項１】
基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と、前記暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域、とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する受光部と、
前記基板上部の前記受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極であって、前記受光部に面する側の側面がテーパ形状とされ、側面にサイドウォールを有する転送ゲート電極と、
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記基板上部の所望の領域には、ゲート絶縁膜を介して形成された非転送ゲート電極を有し、
前記転送ゲート電極の前記テーパ形状とされた側面以外の側面及び、前記非転送ゲート電極の側面は、前記基板の水平面に対してほぼ垂直となるように形成され、
前記転送ゲート電極のテーパ形状とされた側面に形成される前記サイドウォールの厚みは、前記基板の水平面に対してほぼ垂直となるように形成された前記転送ゲート電極及び非転送ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールの厚みよりも小さく形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記暗電流抑制領域は、前記転送ゲート電極端部から前記テーパ形状とされた側面に形成されたサイドウォールの厚み分だけ離れた領域に形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
基板上にゲート絶縁膜を形成し、その上部に電極層を形成する工程、
前記電極層をエッチングし、前記基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状にされた転送ゲート電極と、側面が垂直形状にされた非転送ゲート電極とを形成する工程、
前記転送ゲート電極及び非転送ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程、
前記転送ゲート電極のテーパ形状の側面に形成されたサイドウォール越しに所望の不純物をイオン注入することにより、前記基板の前記受光部が形成される領域の最表面に暗電流抑制領域をセルフアラインで形成する工程、
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記暗電流抑制領域を形成する工程で用いられるイオン注入は、前記基板の水平面に対して垂直方向の注入角で行う
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記転送ゲート電極と、前記非転送ゲート電極を形成する工程は、
前記電極層をエッチングし、側面が垂直加工された転送ゲート電極及び非転送ゲート電極を形成する工程、前記転送ゲート電極の受光部が形成される領域に面する側の側面をエッチングによりテーパ形状に加工する工程からなる
請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記転送ゲート電極と前記非転送ゲート電極を形成する工程は、
前記電極層をエッチングし、側面が垂直加工された非転送ゲート電極を形成する工程、前記非転送ゲート電極が形成する工程の後、又は前において、前記電極層をエッチングし、前記基板の受光部が形成される領域に面する側の側面がテーパ形状とされた転送ゲート電極を形成する工程からなる
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
光学レンズと、
前記光学レンズで集光された光が照射される固体撮像装置であって、基板の最表面に形成される第１導電型の高濃度不純物領域からなる暗電流抑制領域と前記暗電流抑制領域の下部に形成される第２導電型の不純物領域からなる電荷蓄積領域とから構成され、受光量に応じた信号電荷を生成する受光部と、前記半導体基板上部の前記受光部に隣接する領域にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極であって、前記受光部に面する側の側面がテーパ形状とされ、側面にサイドウォールを有する転送ゲート電極と、を有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２７８０８０（Ｐ２０１０−２７８０８０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２６８６３（Ｐ２００９−１２６８６３）
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]