JP2000022124A - Ｃｃｄ固体撮像素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スミアの増大を伴うことなく、水平転送
レジスタにおける水平転送電極４ｈ、５ｈと配線（及び
遮光）用金属膜１０との間の寄生容量による水平転送パ
ルスの遅延、振幅の低減による高速転送の阻害をなく
し、消費電力の低減を図る。 【解決手段】 水平転送電極４ｈ、５ｈとその上の配線
（及び遮光）用金属膜１０との間の絶縁膜８を、垂直転
送電極４ｖ、５ｖとその上の遮光膜９と間の絶縁膜７の
方よりも厚く（例えば１０％以上厚く）する。それは絶
縁膜８と、絶縁膜７を異なるプロセスにより形成するこ
とにより実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エリアセンサタイ
プのＣＣＤ固体撮像素子、即ち半導体基板表面部に受光
素子を水平及び垂直方向にマトリックス状に配設し、該
受光素子の各垂直列に対応して該受光素子からの信号電
荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタを配設し、更
に、該垂直転送レジスタからの信号電荷を転送する水平
転送レジスタを配設し、該半導体基板の上記垂直転送レ
ジスタ上にゲート絶縁膜を介して垂直転送電極を各受光
素子を回避するように形成し、上記水平転送レジスタ上
にゲート絶縁膜を介して水平転送電極を形成し、上記水
平転送電極及び上記垂直転送電極上に絶縁膜を介して遮
光ないし配線用金属膜を形成したＣＣＤ固体撮像素子
と、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（Ａ）乃至（Ｃ）はＣＣＤ固体撮像
素子の従来例を示すもので、（Ａ）は撮像領域（受光部
及び垂直転送レジスタ）を示す断面図、（Ｂ）は水平転
送レジスタ部分を示す断面図、（Ｃ）は水平転送電極と
配線用金属膜との接続部分を示す断面図である。図面に
おいて、１は半導体基板、２は該基板上を覆う第１の絶
縁膜、３は同じく基板１上を覆う第２の絶縁膜で、垂直
転送レジスタ及び水平転送レジスタのゲート絶縁膜を成
す。４ｖ、４ｈは転送電極を成す第１層目のポリシリコ
ン膜であり、４ｖは垂直転送電極、４ｈは水平転送電極
を成す。５ｖ、５ｈは転送電極を成す第２層目のポリシ
リコン膜であり、５ｈは水平転送電極を成す。第１と第
２のポリシリコン膜４・５間は層間絶縁膜により絶縁さ
れている。尚、垂直転送電極を成す第２層目のポリシリ
コン膜５ｖは当然に垂直転送レジスタ上に存在するが、
図３（Ａ）に示す断面には現れない。

【０００３】６は各転送電極表面を覆う第３の絶縁膜
で、転送電極を成すポリシリコン膜を薄く加熱酸化する
ことにより形成する。７は各転送電極表面及び受光部Ａ
表面を絶縁膜３、６を介して保護する第４の絶縁膜、９
は撮像領域を覆う遮光用金属膜で、各受光部Ａに対応し
て開口９ｗを有し、例えばアルミニウムからなる。１０
は配線用金属膜で、例えばアルミニウムからなり、遮光
の役割も果たす。１１は表面を全体的に保護する保護
膜、１２はカラーフィルタが平坦なところに形成される
ようにする平坦化膜、１３は該平坦化膜１２を下地とし
て形成されたカラーフィルタである。該カラーフィルタ
は当然のことながら白黒ＣＣＤ固体撮像素子の場合には
必要がない。１４はオンチップマイクロレンズである。
尚、Ａは受光部、Ｂは転送部、１ｗは半導体基板１表面
部に選択的に形成されたＰ^- 型ウェルで、ここに撮像領
域の各部を成す半導体領域１ｓ、１ｒ、１ｔ等が形成さ
れている。１ｓはＮ型受光素子で、その表面部にはＰ⁺
型ホールアキュムレータが形成されている。１ｔはチャ
ンネルストッパ、１ｒは垂直転送レジスタである。

【０００４】図３に示す従来のＣＣＤ固体撮像素子にお
いては、上記絶縁膜７、即ち各転送電極表面及び受光部
Ａ表面を絶縁膜３、６を介して保護する（第４の）絶縁
膜をスミア低減のために薄め（例えば０．２μｍ程度）
に形成する傾向にあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
ような従来のＣＣＤ固体撮像素子によれば、各転送電極
表面及び受光部Ａ表面を絶縁膜３、６を介して保護する
（第４の）絶縁膜７を薄くするために、水平転送レジス
タにおいて配線用金属膜１０とポリシリコン膜４ｈ、５
ｈとの間の間隔が小さくなり、その間に寄生する寄生容
量が大きくなるので、転送パルスの遅延が大きくなり、
パルス（パルス電圧）の振幅が低下し、その結果、水平
転送の高速性が低下するという問題があり、また、水平
転送レジスタ駆動時における消費電力を大きくする要因
になるという問題があった。

【０００６】即ち、その絶縁膜７は垂直転送レジスタが
ある撮像領域上においてと水平転送レジスタのある領域
上においてとの両方に同時に同じプロセスで形成された
ので、スミアを少なくするために絶縁膜７を薄くした結
果、水平転送レジスタ上においてもその絶縁膜７は薄く
なり、従って、水平転送電極４ｈ、５ｈとその上の配線
用金属膜１０との間の静電容量が自ずから大きくなる。
その結果、水平転送パルス（垂直転送パルスに比較して
周波数が相当に高い。）を印加すると、その値の大きな
寄生容量の存在により無視できない大きさの遅延が生
じ、また、水平転送電極４ｈ、５ｈに加わるパルスの振
幅が配線用金属膜に印加されたパルスの振幅よりも低下
し、水平転送における高速伝送が阻害されるという問題
があった。また、この寄生容量が大きいことにより消費
電力が増大するという問題もあった。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、スミアの増大を伴うことなく、水平
転送レジスタにおける水平転送電極と配線用金属膜との
間の寄生容量による水平転送パルスの遅延、振幅の低減
による高速転送に対する阻害をなくし、消費電力の低減
を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は水平転送電極と
その上の配線用金属膜との間の絶縁膜を、垂直転送電極
とその上の遮光用金属膜との間の絶縁膜の方よりも厚く
するというものであり、それは当該絶縁膜の製造プロセ
スを異ならせることにより実現する。

【０００９】従って、本発明によれば、垂直転送電極・
遮光用金属膜間の絶縁膜を薄くしつつ水平転送電極・配
線用金属膜間の絶縁膜を厚くするので、撮像領域におい
てはスミアの低減を図りつつ、水平転送レジスタにおい
ては、水平転送電極・配線用金属膜間の寄生容量を小さ
くすることができる。依って、スミアの低減を図りつ
つ、水平転送の遅延及びパルス振幅の低減を防止するこ
とができ、水平転送の高速性を高めることができ、ま
た、消費電力の低減を図ることができる。そして、水平
転送パルスのパルス振幅の低減を防止することができる
ということは、同じパルス振幅に必要な駆動用電源電圧
を低くできるということに他ならない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、水平転送電極とその上の配線用金属膜との間の
絶縁膜を垂直転送電極とその上の遮光用金属膜との間の
絶縁膜の方よりも厚くするというものであり、当該絶縁
膜の製造プロセスを異ならせることにより実現すること
ができる。

【００１１】具体例を挙げると、水平転送電極及び垂直
転送電極表面を薄い絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）で
保護した後、ＣＶＤ等により全面的に絶縁膜（ここで便
宜上ａという符号を与える）ａを形成し、次に該絶縁膜
ａ上にこれとエッチング比をとれるエッチングストップ
膜を全面的に形成し、その後、撮像領域（受光素子及び
垂直転送レジスタが配設された領域）をマスクし、その
状態で水平転送レジスタ及び周辺部上のエッチングスト
ップ膜を除去する。次いで、全面的に絶縁膜（ここで便
宜上ｂという符号を与える）を形成し、今度は水平転送
レジスタ及び周辺部上をマスクし、その状態でその絶縁
膜ｂをエッチングする。このときエッチングストップ膜
がエッチングストッパとして機能する。そして、該エッ
チングストップ膜を除去すると、撮像領域上においては
絶縁膜ａが、水平転送レジスタ上においては絶縁膜ａと
絶縁膜ｂの二層膜が形成された状態になり、絶縁膜ｂの
厚さ分、撮像領域と水平転送レジスタとで遮光膜（配線
用金属膜）・転送電極間の間隔に差異が生じ、水平転送
レジスタ上における方を厚くすることができる。但し、
斯かる絶縁膜の厚さの差異を生じさせることができる方
法であればどのような方法であっても良く、上述した方
法に限定されるものではない。

【００１２】尚、本発明はカラーＣＣＤ固体撮像素子に
適用することができるが、白黒ＣＣＤ固体撮像素子にも
適用でき、スチルカメラ用のものであっても動画用のも
のであっても監視用のものであっても良い等用途に制約
は伴わない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明ＣＣＤ固体撮像
素子の第１の実施例を示すもので、（Ａ）は撮像領域の
断面図、（Ｂ）は水平転送レジスタ部分を示す断面図、
（Ｃ）は水平転送電極と配線用金属膜との接続部分を示
す断面図である。図面において、１は半導体基板、２は
該基板上を覆う第１の絶縁膜、３は同じく基板１上を覆
う第２の絶縁膜で、垂直転送レジスタ及び水平転送レジ
スタのゲート絶縁膜を成す。４ｖ、４ｈは転送電極を成
す第１層目のポリシリコン膜であり、４ｖは垂直転送電
極、４ｈは水平転送電極を成す。５ｖ、５ｈは転送電極
を成す第２層目のポリシリコン膜であり、５ｈは水平転
送電極を成す。第１と第２のポリシリコン膜４・５間は
層間絶縁膜により絶縁されている。尚、垂直転送電極を
成す第２層目のポリシリコン膜５ｖは当然に垂直転送レ
ジスタ上に存在するが、図１（Ａ）に示す断面には現れ
ない。

【００１４】６は各転送電極表面を覆う第３の絶縁膜
で、例えば転送電極を成すポリシリコン膜の表面を薄く
加熱酸化することにより形成される。７は各垂直転送電
極４ｖ、５ｖ表面及び受光部Ａ表面を絶縁膜３、６を介
して保護する第４の絶縁膜で、膜厚が例えば０．２μｍ
程度に形成されている。８は各水平転送電極４ｈ、５ｈ
上を絶縁膜３、６を介して保護する第５の絶縁膜で、上
記第４の絶縁膜７とは異なるプロセスで形成され、第４
の絶縁膜６よりは膜厚が例えば１０％以上厚く、例えば
０．５μｍ程度に形成されている。

【００１５】このように、各垂直転送電極４ｖ、５ｖ表
面及び受光部Ａ表面を絶縁膜３、６を介して保護する
（第４の）絶縁膜７と、各水平転送電極４ｈ、５ｈ上を
絶縁膜３、６を介して保護する（第５の）絶縁膜８と異
なるプロセスで形成（尚、形成方法の具体例は図２に従
って後で説明する。）して、絶縁膜７よりも絶縁膜８の
方を厚くしたことが本ＣＣＤ固体撮像素子の特徴であ
る。

【００１６】９は撮像領域を覆う遮光膜で、各受光部Ａ
に対応して開口９ｗを有し、例えばアルミニウムからな
る。１０は金属（例えばアルミニウム）配線で、水平転
送パルスの伝送の役割を果たすが、遮光の役割も果た
す。１１は表面を全体的に保護する保護膜、１２はカラ
ーフィルタが平坦なところに形成されるようにする平坦
化膜、１３は該平坦化膜１２を下地として形成されたカ
ラーフィルタである。当然のことながら白黒ＣＣＤ固体
撮像素子の場合には必要がない。１４はオンチップマイ
クロレンズである。尚、Ａは受光部、Ｂは転送部、１ｗ
は半導体基板１表面部に選択的に形成されたＰ^- 型ウェ
ルで、ここに撮像領域の各部を成す半導体領域１ｓ、１
ｒ、１ｔが形成されている。１ｓはＮ型受光素子で、そ
の表面部にはＰ⁺ 型ホールアキュムレータが形成されて
いる。１ｔはチャンネルストッパ、１ｒは垂直転送レジ
スタである。

【００１７】このようなＣＣＤ固体撮像素子によれば、
各垂直転送電極４ｖ、５ｖ表面及び受光部Ａ表面を絶縁
膜３、６を介して保護する（第４の）絶縁膜７と、各水
平転送電極４ｈ、５ｈ上を絶縁膜３、６を介して保護す
る（第５の）絶縁膜８とを異なるプロセスで別個に形成
し、絶縁膜７よりも絶縁膜８の方を厚くしたので、撮像
領域においてはスミアの低減を図りつつ、水平転送レジ
スタにおいては、水平転送電極・配線用金属膜間の寄生
容量を小さくすることができる。依って、スミアの低減
を図りつつ、水平転送の遅延及びパルス振幅の低減を防
止することができ、水平転送の高速性を高めることがで
き、また、消費電力の低減を図ることができる。そし
て、水平転送パルスのパルス振幅の低減を防止すること
ができるということは、同じパルス振幅に必要な駆動用
電源電圧を低くできることに他ならない。

【００１８】図２（Ａ）乃至（Ｅ）は図１に示したＣＣ
Ｄ固体撮像素子の製造方法（本発明ＣＣＤ固体撮像素子
の製造方法の第１の実施例）の要部を工程順に示す断面
図である。本製造方法は、絶縁膜６を形成するまでは特
に一般のエリアセンサタイプのＣＣＤ固体撮像素子の製
造方法と異なるところはないので、その説明は省略し、
特徴となる部分のみを説明する。尚、図２において左側
部分に受光部及び垂直転送レジスタを示し、右側部分に
水平転送レジスタ部を示す。

【００１９】（Ａ）絶縁膜６が形成された状態の半導体
基板１の表面にＣＶＤ法により全面的に絶縁膜７を形成
し、更に該絶縁膜７上に例えばポリシリコンからなるエ
ッチングストップ膜１７を形成する。図２（Ａ）は該エ
ッチングストプ膜１７形成後の状態を示す。

【００２０】（Ｂ）次に、図２（Ｂ）に示すように、撮
像領域（受光素子及び垂直転送レジスタの或る領域）を
レジスト膜１８で覆い、該膜１８をマスクとして上記エ
ッチングストップ膜１７をエッチングにより除去する。
即ち、水平転送電極及び周辺部上のエッチングストップ
膜１７を除去する。

【００２１】（Ｃ）次に、上記レジスト膜を除去し、そ
の後、図２（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により全面的
に絶縁膜１９を形成する。

【００２２】（Ｄ）次に、図２（Ｄ）に示すように、撮
像領域以外の部分をレジスト膜２０でマスクし、その状
態で絶縁膜１９をエッチングする。その際、上記例えば
ポリシリコンからなるエッチングストップ膜１７が該絶
縁膜１９のエッチングに対するエッチングストッパとし
て機能し、絶縁膜７の侵食を阻む。

【００２３】（Ｅ）その後、図２（Ｅ）に示すように、
上記レジスト膜２０を除去し、上記エッチングストップ
膜１７のみを除去する。すると、撮像領域においては、
絶縁膜６上に絶縁膜７のみが存在し、水平転送レジスタ
領域においては絶縁膜６上には絶縁膜７と絶縁膜１９と
の２層絶縁膜が形成された状態になり、この２層絶縁膜
７と１９により図１のＣＣＤ固体撮像素子における絶縁
膜８（７＆１９）が構成されるのである。従って、この
水平転送レジスタ上における絶縁膜８は、撮像領域上に
おける絶縁膜７よりも絶縁膜１９の厚さ分厚くできる。
依って、図１に示すＣＣＤ固体撮像素子が実現できる。
絶縁膜１９の厚さは絶縁膜７の厚さの１０％以上厚くす
ることが好ましい。

【００２４】尚、その後の工程は従来のＣＣＤ固体撮像
素子の製造方法と相違するところはないので、特に説明
はしない。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、垂直転送電極・遮光膜
間の絶縁膜を薄くしつつ水平転送電極・配線用金属膜間
の絶縁膜を厚くするので、撮像領域においてはスミアの
低減を図りつつ、水平転送レジスタにおいては、水平転
送電極・配線用金属膜間の寄生容量を小さくすることが
できる。依って、スミアの低減を図りつつ、水平転送の
遅延及びパルス振幅の低減を防止することができ、水平
転送の高速性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明ＣＣＤ固体撮像素子
の第１の実施例を示すもので、（Ａ）は撮像領域の断面
図、（Ｂ）は水平転送レジスタ部分の断面図、（Ｃ）は
水平転送電極と配線用金属膜との接続部分の断面図であ
る。

【図２】（Ａ）乃至（Ｅ）は図１に示したＣＣＤ固体撮
像素子の製造方法（本発明ＣＣＤ固体撮像素子の製造方
法の第１の実施例）の要部を工程順に示す断面図であ
り、左側部分に受光部及び垂直転送レジスタを示し、右
側部分に水平転送レジスタ部を示す。

【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）はＣＣＤ固体撮像素子の従来
例を示すもので、（Ａ）は撮像領域の断面図、（Ｂ）は
水平転送レジスタ部分の断面図、（Ｃ）は水平転送電極
と配線用金属膜との接続部分の断面図である。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、３・・・ゲート絶縁膜、 ４ｖ・・・第１層目のポリシリコン膜からなる垂直転送
電極、 ４ｈ・・・第１層目のポリシリコン膜からなる水平転送
電極、 ５ｖ・・・第２層目のポリシリコン膜からなる垂直転送
電極、 ５ｈ・・・第２層目のポリシリコン膜からなる水平転送
電極、 ６・・・各転送電極の表面を保護する絶縁膜、 ７・・・垂直転送電極・遮光ないし配線用金属膜間絶縁
膜、 ８（７＆１９）・・・水平転送電極・金属膜間絶縁膜、 ９・・・遮光用金属膜、１０・・・配線（及び遮光）用
金属膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA04 AA05 AB01 BA10 CA04 CA33 DA03 EA01 FA06 FA26 GB03 GB07 GB11 GC07 GD04 GD07 5C024 AA01 CA04 CA31 EA04 EA08 FA01 FA11 GA11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板表面部に受光素子を水平及び
   垂直方向にマトリックス状に配設し、上記受光素子の各
   垂直列に対応して該受光素子からの信号電荷を垂直方向
   に転送する垂直転送レジスタを配設し、更に、該垂直転
   送レジスタからの信号電荷を転送する水平転送レジスタ
   を配設し、該半導体基板の上記垂直転送レジスタ上にゲ
   ート絶縁膜を介して垂直転送電極を各受光素子を回避す
   るように形成し、上記水平転送レジスタ上にゲート絶縁
   膜を介して水平転送電極を形成し、上記水平転送電極及
   び上記垂直転送電極上に絶縁膜を介して遮光ないし配線
   用金属膜を形成したＣＣＤ固体撮像素子において、 水平転送電極とその上の金属膜との間の絶縁膜を、垂直
   転送電極とその上の金属膜との間の絶縁膜の方よりも厚
   くしてなることを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子。
2. 【請求項２】 半導体基板表面部に受光素子を水平及び
   垂直方向にマトリックス状に配設し、上記受光素子の各
   垂直列に対応して該受光素子からの信号電荷を垂直方向
   に転送する垂直転送レジスタを配設し、更に、該垂直転
   送レジスタからの信号電荷を転送する水平転送レジスタ
   を配設し、該半導体基板の上記垂直転送レジスタ上にゲ
   ート絶縁膜を介して垂直転送電極を各受光素子を回避す
   るように形成し、上記水平転送レジスタ上にゲート絶縁
   膜を介して水平転送電極を形成し、上記水平転送電極及
   び上記垂直転送電極上に絶縁膜を介して遮光ないし配線
   用金属膜を形成し、水平転送電極・金属膜間の絶縁膜よ
   りも垂直転送電極・金属膜間の絶縁膜の方を薄くしたＣ
   ＣＤ固体撮像素子の製造方法であって、 水平転送電極とその上の金属膜との間の絶縁膜と、垂直
   転送電極とその上の金属膜との間の絶縁膜との製造プロ
   セスを異ならせたことを特徴とするＣＣＤ固体撮像素子
   の製造方法。