JP2003179221A - リニアイメージセンサの製造方法及びその構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺イメージセンサにおいて、画素開口率や
解像度を低下させることなく裏打ち配線の形成を可能と
した製造方法を提供する。 【解決手段】 リニアイメージセンサの製造方法におい
て、半導体基板上に、チャネルストッパ領域に挟まれた
転送チャネルと、ゲート酸化膜と、転送ゲートと、層間
絶縁膜とを順次形成する工程と、層間絶縁膜上にフォト
レジスト層を形成し、フォトレジスト層をパターニング
して転送ゲート上に開口パターンを形成するパターニン
グ工程とを含み、該パターニング工程が、縮小露光法に
よりフォトレジスト層を露光する工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リモートセンシン
グ等の分野で用いられるリニアイメージセンサ及びその
製造方法に関し、特に、ＴＤＩ（Time Delay and Integ
ration）方式の長尺イメージセンサ及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光検出器を１次元アレイ状に配置したリ
ニアイメージセンサでは、アレイと垂直な方向には機械
的走査を行い、水平方向には電子的走査を行うことによ
り、２次元の画像情報が得られる。リニアイメージセン
サを人工衛星等に搭載してリモートセンシングを行う場
合には、アレイと垂直な方向を衛星の進行方向に一致さ
せることによって地表の２次元画像が撮影できる。リモ
ートセンシングに用いるリニアイメージセンサは、画素
ピッチによって解像度が決定され、画素数によって観測
幅が決定される。従って、解像度向上のために画素ピッ
チを小さくし、観測幅拡大のために画素数を大きくする
ことが要求される。従来の衛星用光学センサとしては、
画素ピッチが１０μｍ程度、画素数が数千画素程度のセ
ンサが開発されている。かかるセンサは、水平方向の素
子サイズが数十ｍｍ以上であり、極めて長尺の素子とな
る。

【０００３】このリニアイメージセンサにおいて、解像
度向上のために画素ピッチを小さくしていくと、各画素
への入射光量が減り信号量が低下する。そこで、Ｓ／Ｎ
を向上するための巧妙な手段としてＴＤＩ方式のイメー
ジセンサが提案されている。

【０００４】図９は、全体が３００で表される、従来の
ＴＤＩイメージセンサの平面図であり、また、図１０
は、図９をＸ−Ｘ方向に見た断面図である。なお、ここ
では４相駆動（φ１〜φ４）ＴＤＩイメージセンサの場
合を図示している。図９に示すように、ＴＤＩイメージ
センサ３００は、ポリシリコン等からなる転送ゲート１
を含む。転送ゲート１は、転送ゲート１ａ〜１ｄの４本
が１組となって、１段の転送ゲートを構成する。ｘ軸方
向に設けられた転送ゲート１と略直交する方向（ｙ軸方
向）に、転送ゲート１の下部にチャネルストップ領域２
が設けられている。チャネルストッパ領域２は、ｐ型の
ストッパ層や絶縁層からなり、両側に延びる転送ゲート
１の転送チャネル間（図１０参照）を絶縁する。各転送
ゲート１ａ〜１ｄには、金属配線３が接続されている。
４つおきの転送ゲートが、金属配線３により同じ電源に
接続されている（φ１〜φ４の４相）。また、転送ゲー
ト１の一方に、水平ＣＣＤ４が並置され、更に、水平Ｃ
ＣＤ４には出力アンプ５が接続されている。転送ゲート
１を覆うように保護膜（図１０参照）が設けられてい
る。また、符号６で表す領域は受光領域であり、受光領
域６の外部は遮断膜（図示せず）で覆われ、不要な光が
入射しないようになっている。

【０００５】また、図１０に示すように、ＴＤＩイメー
ジセンサ３００は、ｐ型のシリコンからなるシリコン基
板７を含む。シリコン基板７の表面近傍には、ｎ型の垂
直ＣＣＤからなる転送チャネル８が設けられている。転
送チャネル８の上には、ゲート酸化膜９を介して転送ゲ
ート１が形成されている。その上には、酸化シリコンや
窒化シリコンからなる保護膜１０が形成されている。

【０００６】次に、図９、図１０を参照しながら、従来
のＴＤＩイメージセンサ３００の動作について説明す
る。被写体から入射した入射光は、光学系によりＴＤＩ
イメージセンサ３００の表面で結像する。受光領域６内
に入射した光は、層間絶縁膜１０、転送ゲート１、ゲー
ト酸化膜９を透過し、転送チャネル８やシリコン基板７
に達し、光電変換されて信号電荷（電子）を発生する。
このとき、４つで１組となる転送ゲート１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄのうち、隣接する２つのゲート配線１ａ、１ｂ
（φ１、φ２）に正電圧を印加しておくと、転送ゲート
１下部の、垂直ＣＣＤの転送チャネル８内にポテンシャ
ル井戸が形成され、発生した信号電荷がこのポテンシャ
ル井戸内に蓄積される。一定の蓄積時間の後、正電圧を
与える転送ゲートを１ｂ、１ｃ（φ２、φ３）に切り替
えると、ポテンシャル井戸の位置が転送ゲート１本分だ
け移動し、蓄積されていた信号電荷が転送される。転送
後、入射光によって新たに発生した信号電荷もポテンシ
ャル井戸内に蓄積されるが、このとき元の信号電荷に対
して新たに発生した信号電荷が積分（加算）される。更
に、正電圧を与える転送ゲートを１ｃ、１ｄ（φ３、φ
４）に切り替えると、更に、信号電荷１７が転送される
とともに、新たな信号電荷の積分が繰り返される。

【０００７】リニアイメージセンサでは、機械的走査に
よってセンサ表面に結像される光学像が垂直方向（図８
のｙ軸方向）に移動するため、その移動速度に同期して
ｙ軸方向の電荷転送を行うと、光学像からの信号電荷を
常に同じポテンシャル井戸へと蓄積できる。このように
して積分された信号電荷は、次に水平ＣＣＤ４へと転送
され、水平ＣＣＤ４により出力アンプ５へと転送され
る。最後に、出力アンプ５から時系列に読み出される。

【０００８】通常のリニアセンサを用いたリモートセン
シングの場合、信号の蓄積時間は人工衛星の飛行速度等
で決まる撮像周期によって限定されてしまうが、このＴ
ＤＩ方式を用いるとＴＤＩの段数（転送ゲートの数）に
比例して実効的な蓄積時間を長くすることができるた
め、蓄積された信号量が増加してＳ／Ｎを向上させるこ
とができる。

【０００９】このような、従来のＴＤＩイメージセンサ
３００では、センサに入射した光の一部がポリシリコン
からなる転送ゲート１を透過する際に吸収され、特に、
短波長光（青色）でその吸収率が大きくなり、青色側の
感度が不足するという問題があった。

【００１０】また、単に、転送ゲート１のポリシリコン
膜厚を薄くして青色感度を増大させた場合、一方で、転
送ゲート１の配線抵抗が増大し、転送ゲート１に伝送さ
れるＴＤＩ転送クロックの波形がなまり、垂直方向（ｙ
軸方向）の転送が不十分になるという問題があった。

【００１１】これに対して、例えば、特開平６−３７２
９７号公報では、ポリシリコンからなる薄膜の転送ゲー
トに対し、抵抗の小さな金属により裏打ち配線を設ける
方法が提案されている。図１１は、全体が４００で表さ
れる、裏打ち配線を用いたフレーム転送方式２次元イメ
ージセンサの受光部の平面図である。イメージセンサ４
００では、チャネルストッパ領域２上方の層間絶縁膜
（図示せず）上に、所定のゲート配線に接続された裏打
ち配線１３（１３ａ〜１３ｄ）を設けた構造となってい
る。他の構造は、ＴＤＩイメージセンサ３００と同様で
ある。

【００１２】即ち、イメージセンサ４００では、転送ゲ
ート１の下方に、転送ゲート１と略垂直な方向（ｙ軸方
向）に、チャネルストッパ領域２が設けられている。転
送ゲート１上には、保護層を介してアルミニウム等の金
属からなる裏打ち配線１３が設けられている。裏打ち配
線１３は、チャネルストッパ領域２の上方に、チャネル
ストッパ領域２に沿って設けられている。裏打ち配線１
３と転送ゲート１とは、層間絶縁膜に設けられた杭打ち
コンタクト部１４ａ〜１４ｄにより、電気的に接続され
ている。

【００１３】このように、フレーム転送方式２次元イメ
ージセンサ４００では、転送ゲート１と金属配線３と
が、転送ゲート１の端部ではなく、転送ゲート１がチャ
ネルストップ領域２と交差する複数の個所で、杭打ちコ
ンタクト部１４を介して接続されている。このため、転
送ゲート１を薄くして青色感度を増大させても、配線抵
抗は増加しない。この結果、垂直ＣＣＤ（転送チャネ
ル）の転送クロック波形のなまりを防止し、正常な転送
動作を行うことができる。かかる構造は、ＴＤＩ方式の
リニアイメージセンサにも適用できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、長尺Ｔ
ＤＩイメージセンサ３００に対して、かかる裏打ち配線
１３を形成するためには、以下のような問題があった。

【００１５】即ち、従来、ＴＤＩイメージセンサ３００
の製造では、全ての写真製版工程で等倍露光装置が用い
られていた。しかしながら、等倍露光装置を用いた転写
工程では、解像できるパターンの最小寸法は光の回折限
界により３μｍ程度となる。かかる解像度の限界を考慮
すると、杭打ちコンタクト部１４のサイズは最小でも３
μｍ角にする必要があるため、重ね合わせ等のマージン
を考慮すると、転送ゲート１や裏打ち配線１３の配線幅
は最小でも６〜９μｍ以上としなければならない。裏打
ち配線１３の形成領域は入射光が遮られるため、衛星セ
ンサに要求される画素ピッチ（１０μｍ程度）を維持し
ようとすると、画素開口率（画素面積に対する開口部面
積の比）が大幅に減少してしまい感度が低下する。一
方、感度を確保するには画素ピッチを大きくすることが
必要となるが、この場合には逆に解像度が低下してしま
う。

【００１６】これに対し、写真製版工程に縮小露光法を
用いた場合、１μｍ以下の微細なパターンの転写が可能
である。しかしながら、１度に転写できる転写エリアが
限定され、例えば、倍率が１／５倍の縮小露光装置を用
いた場合、転写エリアの上限は約２０ｍｍ角程度とな
る。このため、サイズが数十ｍｍを超える長尺のＴＤＩ
イメージセンサ３００の製造には、縮小露光装置を適用
できなかった。

【００１７】また、縮小露光装置は、一のウエハ上に、
同一パターンを繰り返し形成するものであり、異なった
パターンの作製には適さず、また、隣接するパターン間
の位置合わせも困難であった。

【００１８】そこで、本発明は、サイズが数十μｍ以上
となる長尺ＴＤＩイメージセンサにおいても、画素開口
率や解像度を低下させることなく裏打ち配線の形成を可
能としたＴＤＩイメージセンサの製造方法の提供を目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで、発明者らは鋭意
研究の結果、ＴＤＩイメージセンサの杭打ちコンタクト
部が、周期性を持つパターンであることに注目するとと
もに、アライメントマークを用いて位置合わせ精度を向
上させることにより、縮小露光工程の適用が可能なこと
を見出し、本発明を完成した。

【００２０】即ち、本発明は、入射光を電気信号に変換
して検知するリニアイメージセンサの製造方法であっ
て、半導体基板を準備する工程と、該半導体基板の表面
近傍に、略平行に並置されたチャネルストッパ領域と、
該チャネルストッパ領域に挟まれた転送チャネルとを形
成する工程と、少なくとも該チャネルストッパ領域を覆
うゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上
に、該転送チャネルに対して略垂直方向に延びた転送ゲ
ートを形成するゲート形成工程と、該転送ゲートを覆う
層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜上にフォト
レジスト層を形成し、該フォトレジスト層をパターニン
グして該転送ゲート上に開口パターンを形成するパター
ニングと、該フォトレジスト層をマスクに用いて、該層
間絶縁膜に孔部を形成し、該孔部の底面に該転送ゲート
を露出させる工程と、該フォトレジスト層を除去した後
に、該層間絶縁膜上に、該孔部を介して該転送ゲートに
接続され、該チャネルストッパに添って延在した裏打ち
配線を形成する裏打ち配線形成工程と、該層間絶縁膜と
該裏打ち配線の上に、保護膜を形成する工程とを含み、
該パターニング工程が、縮小露光法により該フォトレジ
スト層を露光する工程を含むことを特徴とするリニアイ
メージセンサの製造方法である。かかる製造方法では、
パターニング工程で縮小露光法を用いるため、裏打ち配
線と転送ゲートとを接続する杭打ちコンタクト部のサイ
ズの微細化が可能となる。これにより、従来のリニアイ
メージセンサにおいて発生していた、裏打ち配線を用い
た場合に、転送ゲート等の幅が広くなって開口率が小さ
くなるという問題を解決することができる。

【００２１】上記パターニング工程は、一のリニアイメ
ージセンサに対する露光領域を、同一パターンからなる
複数の分割露光領域に分けて露光する工程でも良い。か
かる工程を用いることにより、長尺のリニアイメージセ
ンサの露光を、縮小露光法で行うことができる。このよ
うに、露光領域を同一パターンの分割露光領域に分ける
ことにより、同一マスクを用いて連続転写を行うことが
できる。

【００２２】上記パターニング工程は、上記分割露光領
域のそれぞれに設けられたアライメントマークを用いて
位置合わせを行い、該分割露光領域の露光を行う工程で
あることが好ましい。かかるアライメントマークを用い
ることにより、分割露光を行う場合のマスクの位置決め
精度が向上し、分割露光領域のつなぎ目でのバッティン
グエラーの発生を防止できる。

【００２３】上記アライメントマークは、上記ゲート形
成工程において、上記転送ゲートと同時に形成されるこ
とが好ましい。かかるアライメントマークを用いること
により、杭打ちコンタクト部の位置ずれを低減できる。
これにより、杭打ちコンタクト部の位置ずれにより、裏
打ち配線と転送ゲートとが電気的にショートするといっ
た不具合の発生が防止できる。

【００２４】また、本発明は、更に、上記保護膜上に、
レンズ材料層を堆積させる工程と、該レンズ材料層上
に、フォトレジスト層を形成し、該フォトレジスト層を
パターニングして該裏打ち配線上が開口したパターンを
形成する第２パターニング工程と、該フォトレジスト層
をマスクに用いて、該レンズ材料層をエッチングし、該
転送チャネル上に延在するシリンドリカルレンズを形成
する工程とを含み、該第２パターニング工程が、縮小露
光法により該フォトレジスト層を露光する工程を含むこ
とを特徴とするリニアイメージセンサの製造方法でもあ
る。かかる方法により、微細なシリンドリカルレンズ
を、高精度で作製することができる。

【００２５】上記第２パターニング工程は、一のリニア
イメージセンサに対する露光領域を、複数の露光領域に
分割して露光する工程からなることが好ましい。かかる
工程を用いることにより、長尺のリニアイメージセンサ
の露光を、縮小露光法で行うことができる。

【００２６】上記第２パターニング工程は、上記分割露
光領域のそれぞれに設けられたアライメントマークを用
いて位置合わせを行い、該分割露光領域の露光を行う工
程であることが好ましい。かかるアライメントマークを
用いることにより、分割露光を行う場合のマスクの位置
決め精度が向上し、分割露光領域のつなぎ目でのバッテ
ィングエラーの発生を防止できる。

【００２７】上記アライメントマークは、上記裏打ち配
線形成工程において、上記裏打ち配線と同時に形成され
ることが好ましい。かかるアライメントマークを用いる
ことにより、シリンドリカルレンズの位置ずれを低減で
きる。

【００２８】また、本発明は、入射光を電気信号に変換
して検知するリニアイメージセンサであって、半導体基
板の表面近傍に略平行に並置されたチャネルストッパ領
域と、該チャネルストッパ領域に挟まれた転送チャネル
と、少なくとも該転送チャネルを覆うゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜上に、該転送チャネルに対して略垂直方
向に設けられた転送ゲートと、該転送ゲートを覆う層間
絶縁膜と、該層間絶縁膜に設けられたコンタクト部を介
して該転送ゲートに接続され、該チャネルストッパ領域
に添って該層間絶縁膜上に延在する裏打ち配線と、該層
間絶縁膜と該裏打ち配線とを覆う保護膜と、該保護膜上
に設けられ、該裏打ち配線に沿って延在するシリンドリ
カルレンズとを含み、該シリンドリカルレンズが、該裏
打ち配線上に入射した光を屈折させて、該層間絶縁膜に
入射させることを特徴とするリニアイメージセンサでも
ある。かかるシリンドリカルレンズを有することによ
り、リニアイメージセンサの実効開口率を向上させて、
検出感度の高いリニアイメージセンサとすることができ
る。

【００２９】上記シリンドリカルレンズは、隣接する上
記裏打ち配線間を渡るように設けられ、該裏打ち配線間
の略中央部で、その膜厚が最大であることが好ましい。

【００３０】上記シリンドリカルレンズは、上記転送ゲ
ートの延在する方向に切った断面が略半円形状である半
円筒形状のレンズであることが好ましい。

【００３１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、全体が１
００で表される、ＴＤＩ方式のイメージセンサの一部の
上面図である。また、図２（ａ）（ｂ）は、図１のＡ−
Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向における断面図である。図中、図
８、９と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。

【００３２】ＴＤＩイメージセンサ１００は、４つの転
送ゲート１を含み、転送ゲート１は、４つのゲート１ａ
〜１ｄからなる。複数の転送ゲート１が、ｘ軸に平行に
配置されている。転送ゲート１は、例えば多結晶シリコ
ンからなる。転送ゲート１の下方には、転送ゲート１と
略垂直な方向（ｙ軸方向）に、チャネルストッパ領域２
が設けられている。チャネルストッパ領域２は、例えば
ｐ型の半導体領域からなる。また、チャネルストッパ領
域に挟まれた領域は、ｎ型の転送チャネル８となる。転
送ゲート１上には、層間絶縁膜を介してアルミニウム等
の金属からなる裏打ち配線１３が設けられている。裏打
ち配線１３は、チャネルストッパ領域２の上方に、チャ
ネルストッパ領域２に沿って設けられている。図１のＴ
ＤＩイメージセンサ１００では、裏打ち配線１３は、４
つおきに同じ電源に接続されている。例えば、図１の両
端の裏打ち配線１３ａは、共に電源φ１に接続されてい
る。裏打ち配線１３と転送ゲート１とは、層間絶縁膜に
設けられた杭打ちコンタクト部１４ａ〜１４ｄにより、
電気的に接続されている。なお、各符号の添字ａ〜ｄ
は、４つの駆動配線φ１〜φ４にそれぞれ電気的に接続
されていることを示す。

【００３３】図２（ａ）に示すように、Ａ−Ａにおける
断面では、ＴＤＩイメージセンサ１００は、ｐ型のシリ
コンからなるシリコン基板７を含む。シリコン基板７の
表面近傍には、ｐ型のチャネルストッパ領域２が設けら
れている。チャネルストッパ領域２の上には、ゲート酸
化膜９を介して、転送ゲート１ａ、１ｂ、１ｃが設けら
れている。転送ゲート１ａ等の上には、層間絶縁膜１０
が設けられている。層間絶縁膜１０は、例えば酸化シリ
コンからなる。層間絶縁膜１０の上には、転送ゲート１
ａ等と略垂直な方向に裏打ち配線１３ｂが設けられてい
る。転送ゲート１ｂと裏打ち配線１３ｂとの間は、上述
のように、杭打ちコンタクト部１４ｂにより電気的に接
続されている。更に、裏打ち配線１３ｂを覆うように、
酸化シリコン又は窒化シリコンからなる保護膜２４が設
けられている。

【００３４】一方、図２（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂに
おける断面では、ＴＤＩイメージセンサ１００は、ｐ型
のシリコンからなるシリコン基板７を含む。シリコン基
板７の表面近傍には、ｎ型の垂直ＣＣＤの転送チャネル
８が設けられている。隣接する転送チャネル８の間は、
ｐ型のシリコン領域からなるチャネルストッパ領域２に
よって分離されている。シリコン基板７の上には、ゲー
ト酸化膜９を介して転送ゲート１ｃが設けられている。
転送ゲート１ｃ等の上には、酸化シリコンからなる層間
絶縁膜１０が設けられている。層間絶縁膜１０の上に
は、転送ゲート１ｃと略垂直な方向に裏打ち配線１３ｃ
が設けられている。転送ゲート１ｃと裏打ち配線１３ｃ
との間は、杭打ちコンタクト部１４ｃにより電気的に接
続されている。更に、裏打ち配線１３ｃを覆うように保
護膜２４が設けられている。

【００３５】次に、図３を参照しながら、ＴＤＩイメー
ジセンサ１００の製造方法について説明する。図３は、
図１のＣ−Ｃ方向の断面図である。ＴＤＩイメージセン
サ１００の製造方法は、以下の工程１〜６を含む。

【００３６】工程１：図３（ａ）に示すように、ｐ型シ
リコンからなるシリコン基板７の上にｎ型領域からなる
転送チャネル８を形成する。更に、隣接する転送チャネ
ル８の間を電気的に絶縁するために、ｐ型領域からなる
チャネルストッパ領域２を形成する。続いて、シリコン
基板７の表面上に、酸化シリコンからなるゲート酸化膜
９を、熱酸化法で形成する。ゲート酸化膜９の膜厚は、
約５０ｎｍである。その上に、例えば多結晶シリコンか
らなる転送ゲート１ａを形成する。転送ゲート１ａの膜
厚は、約１００ｎｍである。転送ゲート１ａの上には、
酸化シリコンや窒化シリコンからなる層間絶縁膜１０を
形成する。層間絶縁膜１０の膜厚は、約０．５〜１．０
μｍである。かかる製造工程では、写真製版工程は、す
べて等倍露光装置を用いて行う。

【００３７】工程２：保護膜１０上にフォトレジスト層
２０を形成し、写真製版工程により、開口部２１を形成
する。同じ列に並ぶ開口部２１は、４つおきのチャネル
ストッパ領域１の上に形成する。かかる写真製版工程に
は、縮小露光（ステッパ）装置を用いる。縮小露光装置
を用いることにより、一辺の長さが１μｍ以下の開口部
２１を、簡単に形成できる。

【００３８】図４は、ＴＤＩイメージセンサ１００の概
略図である。図中、図１、２と同一符号は、同一又は相
当箇所を示す。ＴＤＩイメージセンサ１００の長手方向
（ｘ軸方向）の長さＬ１は、通常、数十μｍ以上であ
る。工程２では、受光領域６に形成される杭打ちコンタ
クト部１４の露光工程を、長さがＬ２の、４つのショッ
トに分割して行う。図４に示すように、杭打ちコンタク
ト部１４のパターンは、ｘ軸方向に、４つの毎に周期性
を有している。従って、かかる周期性を利用し、縮小露
光装置で同じパターンの露光を４回行うことにより、受
光領域６全体の露光が可能となる。符号１７で示す境界
は、４回の露光領域の境界を示す。

【００３９】例えば、画像ピッチが１０μｍ、水平画素
数（ｘ軸方向の画素数）が８０００画素の長尺イメージ
センサを、倍率５分の１の縮小露光装置を用いて露光す
る場合を考える。縮小露光装置の最大転写エリアを約２
０ｍｍ角とすると、分割の間隔Ｌ２が２０ｍｍとなるの
で、１の分割領域は２０００画素分となる。従って、水
平方向（ｘ軸方向）に、４回、繰り返して転写すれば、
イメージセンサ全体の露光（転写）が可能となる。

【００４０】工程３：図３（ｃ）に示すように、フォト
レジスト層２０をエッチングマスクに用いて、層間絶縁
膜１０をエッチングする。

【００４１】工程４：図３（ｄ）に示すように、フォト
レジスト層２０を除去することにより、層間絶縁膜１０
に開口部２１が形成される。

【００４２】工程５：図３（ｅ）に示すように、開口部
２１を埋め込むように、アルミニウム層２３を堆積させ
る。アルミニウム層２３の膜厚は、約３００ｎｍであ
る。なお、アルミニウム層に代えて、ＡｌＳｉＣｕ層を
用いても構わない。

【００４３】工程６：図３（ｆ）に示すように、アルミ
ニウム層２３をパターニングして、裏打ち配線１３ａ〜
１３ｄを形成する。続いて、酸化シリコン又は窒化シリ
コンからなる保護膜２４を形成する。保護膜２４の膜厚
は、約０．１〜１．０μｍである。

【００４４】このように、本実施の形態では、縮小露光
装置を用いて杭打ちコンタクト部１４を形成するため、
１μｍ以下の微細な杭打ちコンタクト部１４が容易に形
成できる。このため、杭打ちコンタクト部１４と接続さ
れる転送ゲート１、裏打ち配線１３の幅も、製造工程の
マージンを含んでも、等倍露光装置を用いた場合の最小
露光寸法である約３μｍ程度まで細くできる。

【００４５】換言すれば、本実施の形態にかかる製造方
法を用いることにより、裏打ち配線１３を用いることに
よる転送ゲート１等の配線幅の増加を伴うことなく、転
送ゲート１を薄くし、ＴＤＩイメージセンサ１００の青
色感度を向上させることができる。これにより、従来の
ＴＤＩイメージセンサ３００において発生していた、裏
打ち配線１３を用いた場合に、転送ゲート１等の幅が広
くなって開口率が小さくなるという問題を解決すること
ができる。

【００４６】なお、図４では、受光領域６を４つの領域
に分割して露光したが、間隔Ｌ２が縮小露光装置の最大
転写エリア内となる範囲内で、分割数は任意に選択して
構わない。

【００４７】実施の形態２．図５に、全体が２００で表
される、本実施の形態にかかるＴＤＩイメージセンサの
断面図を示す。図中、図１、２と同一符号は、同一又は
相当箇所を示す。図５は、図１のＢ−Ｂ方向と同じ方向
の断面図である。ＴＤＩイメージセンサ２００は、上述
のＴＤＩイメージセンサ１００の保護膜２４上に、半円
筒形状のシリンドリカルレンズ２５が設けられた構造と
なっている。シリンドリカルレンズ２５は、裏打ち配線
１３に沿って延びた、複数の半円筒形状のレンズからな
る。隣接するレンズの境界は、裏打ち配線１３の上に位
置する。また、シリンドリカルレンズ２５の幅は、約１
０μｍである。

【００４８】ＴＤＩイメージセンサ２００では、かかる
シリンドリカルレンズ２５を備えることにより、センサ
に入射する入射光２６のうち、裏打ち配線１３の直上に
入射する光の光路を曲げて、転送チャネル８等の光検出
部へ入射させることができる。この結果、画素の実効的
な開口率が向上し、センサの光検出感度が増大する。

【００４９】なお、図５では、シリンドリカルレンズ２
５の形状を半円筒型としたが、裏打ち配線１３の上に入
射した光の光路を光検出部へと曲げる形状であれば、他
の形状であっても良い。例えば、後述する、図６（ｈ）
に示すような形状のレンズを用いても良い。

【００５０】次に、図６を参照しながら、ＴＤＩイメー
ジセンサ２００の製造方法について説明する。図６は、
図１のＣ−Ｃ方向の断面図である。ＴＤＩイメージセン
サ２００の製造方法は、以下の工程１〜８を含む。な
お、図６に示す工程は、実施の形態１の図３（ｆ）に続
く工程であり、図６では、転送ゲート１ａより下部の部
分は省略して示す。

【００５１】工程１：図６（ａ）に示すように、シリン
ドリカルレンズの材料となる酸化シリコン層（レンズ材
料層）２７を、保護膜２４上に形成する。酸化シリコン
層２７に代えて、窒化シリコン層やポリイミド層を用い
ることもできる。酸化シリコン層２７の膜厚は数μｍ程
度とする。

【００５２】工程２：図６（ｂ）に示すように、酸化シ
リコン層２７の上に、フォトレジスト層を形成し、縮小
露光装置を用いてパターニングすることにより、レジス
トマスク２８を形成する。レジストマスク２８の幅はＷ
１である。また、開口部の中心線（紙面に垂直な線）
は、裏打ち配線１３の中心線のほぼ上方に位置する。

【００５３】図７は、ＴＤＩイメージセンサ２００の概
略図である。図中、図４と同一符号は、同一又は相当箇
所を示す。図７に示すように、シリンドリカルレンズ２
５のパターンは、ｘ軸方向に周期性を有している。従っ
て、かかる周期性を利用することにより、縮小露光装置
で同じパターンの露光を４回行うことにより、図６
（ｂ）に示すようなレジストマスク２８の形成が可能と
なる。符号１７で示す境界は、４回の露光領域の境界を
示す。このように、縮小露光装置を用いてシリンドリカ
ルレンズ２５のパターンを形成することにより、幅が１
０μｍ程度のシリンドリカルレンズ２５を高精度で作製
できる。

【００５４】工程３：図６（ｃ）に示すように、レジス
トマスク２８を用いて、酸化シリコン膜２７をエッチン
グし、凹部３０を形成する。

【００５５】工程４：図６（ｄ）に示すように、レジス
トマスク２８を除去する。

【００５６】工程５：図６（ｅ）に示すように、酸化シ
リコン層２７の上に、フォトレジスト層を形成し、工程
２と同様に、縮小露光装置を用いてパターニングするこ
とにより、レジストマスク２９を形成する。レジストマ
スク２９の幅は、Ｗ１より広いＷ２であり、開口部の中
心線（紙面に垂直な線）は、裏打ち配線１３の中心線の
ほぼ上方に位置する。

【００５７】工程６：図６（ｆ）に示すように、レジス
トマスク２９を用いて、酸化シリコン膜２７をエッチン
グし、凹部３１を形成する。

【００５８】工程７：図６（ｇ）に示すように、レジス
トマスク２８を除去する。かかる工程で形成された凹部
３１は、凹部３０の内方に位置する。

【００５９】工程８：かかる凹部形成工程を更にもう一
回行い（図示せず）、図６（ｈ）に示すような、シリン
ドリカルレンズが形成される。特に、縮小露光装置を用
いることにより、シリンドリカルレンズ２５のパターニ
ング精度が向上し、所望の断面形状を有するシリンドリ
カルレンズアレイが形成できる。

【００６０】なお、図７では、受光領域６を４つの領域
に分割して露光したが、間隔Ｌ２が縮小露光装置の最大
転写エリア内となる範囲内で、分割数は任意に選択して
構わない。

【００６１】実施の形態３．図８は、複数のＴＤＩイメ
ージセンサ１００を含むシリコンウエハ５０の上面図で
ある。シリコンウエハ５０上には、８つのＴＤＩイメー
ジセンサ１００が形成されている。ＴＤＩイメージセン
サ１００は、実施の形態１で説明したイメージセンサで
あり、受光領域６、水平ＣＣＤ４、出力アンプ５等を含
む。

【００６２】破線２０で囲まれた夫々の領域は、縮小露
光装置を用いて分割リピート転写を行う場合の、１ショ
ットで露光されるショット領域である。即ち、ｙ軸方向
に４回露光を行うことにより、ｙ軸方向に並んだ２つの
ＴＤＩイメージセンサ１００の露光が可能となる。

【００６３】それぞれのショット領域２０の中には、等
倍露光装置によって形成された第１重ね合わせパターン
（第１アライメントマーク）２１が、等価な位置に設け
られている。また、ＴＤＩイメージセンサ１００の外部
のウエハ５０の上には、等倍露光装置を用いて転写を行
う際に、マスクの位置合わせに用いる第２重ね合わせパ
ターン（第２アライメントマーク）２２が設けられてい
る。

【００６４】次に、図８を参照しながら、本実施の形態
にかかるＴＤＩイメージセンサの製造方法について説明
する。かかる製造工程は、以下の工程１〜４を含む。

【００６５】工程１：ウエハ５０上に、ＴＤＩイメージ
センサのレイアウトを決定する工程で、縮小露光装置を
用いて分割リピート転写を行う１ショット領域を定め
る。図８では、破線２０で囲まれた領域が、１ショット
で露光されるショット領域である。領域２０のサイズ
は、縮小露光装置の最大転写エリア（１／５倍の縮小露
光装置では約２０ｍｍ角）の範囲内に設定する。図８で
は、一のＴＤＩイメージセンサ１００の受光領域６をｘ
軸方向に４分割し、かつｙ軸方向に２素子分の領域２０
を１ショット領域としている。

【００６６】工程２：杭打ちコンタクト部の形成工程前
までの工程（実施の形態１では、図３（ａ）に示す工
程）を、全て、等倍露光装置を用いて行う。かかる工程
における、下地パターンとマスクの位置合わせには、ウ
エハ５０に設けた２つの第２重ね合わせパターン２２が
用いられる。

【００６７】一方、杭打ちコンタクト部形成工程で用い
られる第１重ね合わせパターン２１は、杭打ちコンタク
ト部形成工程よりも前の工程で、あらかじめを形成して
おく。

【００６８】ここで、第１重ね合わせパターン２１は、
転送ゲート１の形成工程で、同時に形成することが好ま
しい。これは、転送ゲート１の上に杭打ちコンタクト１
４を形成するため、転送ゲート１に対する杭打ちコンタ
クト１４の位置ずれを小さくするためである。こうする
ことで、転送ゲート１に対する杭打ちコンタクト１４の
位置ずれは、転送ゲート１と同時に形成された第１重ね
合わせパターン２１に対する、縮小露光時のマスクの重
ね合わせ誤差（ｄ１）となる。

【００６９】これに対して、第１の重ね合わせパターン
２１を、例えばフィールド形成工程等の他の工程で形成
した場合、転送ゲート１に対する杭打ちコンタクト１４
の位置ずれは、縮小露光時のマスク重ね合わせ誤差（ｄ
１）と、フィールド工程とゲート工程の等倍露光時のマ
スク重ね合わせ誤差（ｄ２）とが合算された値となる。
一般に、等倍露光時のマスク重ね合わせ誤差（ｄ２）
は、縮小露光時のマスク重ね合わせ誤差（ｄ１）に比べ
て大きいため、重ね合わせパターン２１をゲート工程以
外で形成すると、最終的な重ね合わせ精度が極めて悪く
なる。

【００７０】このように、転送ゲートと同時に形成した
重ね合わせパターン２１を用いることにより、転送ゲー
トに対する杭打ちコンタクトの重ね合わせ誤差が小さく
なりなり、その位置ずれによって発生する配線ショート
等の不具合を低減できる。

【００７１】第１重ね合わせパターン２１は、後の工程
で使用する縮小露光装置に応じた複数のアライメントマ
ークの組み合わせからなり、各ショット領域２０内に少
なくとも１つずつ配置される。第１重ね合わせパターン
２１は、各ショット領域２０内で、互いに等価な位置に
配置される。

【００７２】工程３：杭打ちコンタクト部の形成工程
（実施の形態１では、図３（ｂ）〜（ｄ）に示す工程）
では、ウエハ５０上にフォトレジスト層を形成した後、
露光工程を行う。露光工程には、縮小露光装置が用いら
れ、１つのセンサの露光領域を、複数の領域に分割して
転写する（分割リピート転写）。夫々の転写工程におい
て、下地パターンとマスクとの位置合わせは、夫々のシ
ョット領域２０内に設けられた第１重ね合わせパターン
２１を用いて行う。レジストマスクを形成した後、レジ
ストマスクを用いて層間絶縁膜のエッチングし、更に、
レジストマスクを除去する。

【００７３】工程４：実施の形態１と同様の工程（図３
（ｅ）（ｆ））を行い、ウエハ５０上に複数のＴＤＩイ
メージセンサ１００を形成する。かかる工程では、等倍
露光装置を用いて露光（転写）を行う。

【００７４】このように、本実施の形態にかかる製造方
法では、等倍露光工程で形成された複数の第１重ね合わ
せパターン２１を用いて、縮小露光装置を用いた分割リ
ピート転写工程が行われるため、ショット領域２０の間
の相対的な位置ずれが殆ど無くなる。このため、一のＴ
ＤＩイメージセンサ１００を複数の領域に分割して露光
しても、分割領域の境界においてずれが発生せず、高精
度な転写パターンの形成が可能となる。

【００７５】なお、図８では、ＴＤＩイメージセンサ１
００の、杭打ちコンタクト部１４の作製工程について説
明したが、ＴＤＩイメージセンサ２００のシリンドリカ
ルレンズ２５の作製工程にも、第１重ね合わせパターン
２１を用いることにより、高精度な転写パターンの形成
が可能となる。

【００７６】シリンドリカルレンズ２５の作製工程に用
いる、第１重ね合わせパターン２１は、裏打ち配線１３
を形成する工程で形成することが好ましい。これは、裏
打ち配線１３の位置に合わせて、シリンドリカルレンズ
２５の位置が決まるためであり、このようにすること
で、縮小露光時のマスクの重ね合わせ誤差が小さくでき
る。これにより、シリンドリカルレンズアレイによる、
実効開口率の改善効果が向上する。

【００７７】また、図８では、１ショット領域２０は、
受光領域６をｘ軸方向に４分割し、かつｙ軸方向を２素
子分とする領域としたが、１ショットの領域が、縮小露
光装置の最大転写エリアの範囲内であるならば、分割
数、分割領域の大きさは任意に選択して構わない。

【００７８】なお、実施の形態１〜３で説明した、縮小
露光装置を用いた分割リピート転写工程は、杭打ちコン
タクト部１４のパターンや、シリンドリカルレンズ２５
の形パターンの形成以外の、周期的なパターンの形成に
も適用することができる。これにより、更に、パターニ
ング精度が向上し、光検出感度や解像度が更に改善され
たＴＤＩイメージセンサを得ることができる。

【００７９】また、かかる分割リピート転写工程は、長
尺のＴＤＩ方式イメージセンサの製造方法以外に、フレ
ーム転送方式２次元イメージセンサ等の製造方法にも適
用できる。これにより、これらの画素数の多いイメージ
センサの画素のパターニング精度が向上し、光検出感度
や解像度が改善されたイメージセンサを得ることができ
る。

【００８０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかるリニアイメージセンサの製造方法を用いること
により、極めて微細な杭打ちコンタクト部が容易に形成
できる。このため、リニアイメージセンサの解像度と観
測幅を変えることなく、裏打ち配線を用いた、青色感度
の高いイメージセンサを得ることができる。

【００８１】また、シリンドリカルレンズの作製精度が
向上し、リニアイメージセンサの実効開口率の向上が可
能となる。

【００８２】また、分割リピート転写を行う場合のマス
クの位置決め精度が向上し、分割領域のつなぎ目でのバ
ッティングエラーの発生を防止できる。

【００８３】更に、本発明にかかるシリンドリカルレン
ズを有するリニアイメージセンサでは、リニアイメージ
センサの実効開口率を向上させて、検出感度の高いリニ
アイメージセンサとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの上面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの製造工程の断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの製造工程の概略図である。

【図５】 本発明の実施の形態２にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態２にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの製造工程の断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態２にかかるＴＤＩイメー
ジセンサの製造工程の概略図である。

【図８】 本発明の実施の形態３にかかるＴＤＩイメー
ジセンサを含むウエハの上面図である。

【図９】 従来のＴＤＩイメージセンサの上面図であ
る。

【図１０】 従来のＴＤＩイメージセンサの断面図であ
る。

【図１１】 従来のＴＤＩイメージセンサの上面図であ
る。

【符号の説明】

１ 転送ゲート、２ チャネルストップ領域、３ 金属
配線、４ 水平ＣＣＤ、５ 出力アンプ、６ 受光領
域、７ 半導体基板、８ 転送チャネル、９ ゲート酸
化、１０ 層間絶縁膜、１３ 裏打ち配線、１４ 杭打
ちコンタクト部、２４ 保護膜、１００ ＴＤＩイメー
ジセンサ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AB01 AB02 AB03 BA10 CA32 DD09 EA01 FA08 FA26 GD04 5C024 CY47 EX01 EX21 GY01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を電気信号に変換して検知するリ
   ニアイメージセンサの製造方法であって、 半導体基板を準備する工程と、 該半導体基板の表面近傍に、略平行に並置されたチャネ
   ルストッパ領域と、該チャネルストッパ領域に挟まれた
   転送チャネルとを形成する工程と、 少なくとも該チャネルストッパ領域を覆うゲート絶縁膜
   を形成する工程と、 該ゲート絶縁膜上に、該転送チャネルに対して略垂直方
   向に延びた転送ゲートを形成するゲート形成工程と、 該転送ゲートを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、 該層間絶縁膜上にフォトレジスト層を形成し、該フォト
   レジスト層をパターニングして該転送ゲート上に開口パ
   ターンを形成するパターニング工程と、 該フォトレジスト層をマスクに用いて、該層間絶縁膜に
   孔部を形成し、該孔部の底面に該転送ゲートを露出させ
   る工程と、 該フォトレジスト層を除去した後に、該層間絶縁膜上
   に、該孔部を介して該転送ゲートに接続され、該チャネ
   ルストッパに添って延在した裏打ち配線を形成する裏打
   ち配線形成工程と、 該層間絶縁膜と該裏打ち配線の上に、保護膜を形成する
   工程とを含み、 該パターニング工程が、縮小露光法により該フォトレジ
   スト層を露光する工程を含むことを特徴とするリニアイ
   メージセンサの製造方法。
2. 【請求項２】 上記パターニング工程が、一のリニアイ
   メージセンサに対する露光領域を、同一パターンからな
   る複数の分割露光領域に分けて露光する工程からなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】 上記パターニング工程が、上記分割露光
   領域のそれぞれに設けられたアライメントマークを用い
   て位置合わせを行い、該分割露光領域の露光を行う工程
   であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 【請求項４】 上記アライメントマークが、上記ゲート
   形成工程において、 上記転送ゲートと同時に形成されることを特徴とする請
   求項３に記載の製造方法。
5. 【請求項５】 更に、上記保護膜上に、レンズ材料層を
   堆積させる工程と、 該レンズ材料層上に、フォトレジスト層を形成し、該フ
   ォトレジスト層をパターニングして該裏打ち配線上が開
   口したパターンを形成する第２パターニング工程と、 該フォトレジスト層をマスクに用いて、該レンズ材料層
   をエッチングし、該転送チャネル上に延在するシリンド
   リカルレンズを形成する工程とを含み、 該第２パターニング工程が、縮小露光法により該フォト
   レジスト層を露光する工程を含むことを特徴とする請求
   項１に記載の製造方法。
6. 【請求項６】 上記第２パターニング工程が、一のリニ
   アイメージセンサに対する露光領域を、複数の露光領域
   に分割して露光する工程からなることを特徴とする請求
   項５に記載の製造方法。
7. 【請求項７】 上記第２パターニング工程が、上記分割
   露光領域のそれぞれに設けられたアライメントマークを
   用いて位置合わせを行い、該分割露光領域の露光を行う
   工程であることを特徴とする請求項６に記載の製造方
   法。
8. 【請求項８】 上記アライメントマークが、上記裏打ち
   配線形成工程において、上記裏打ち配線と同時に形成さ
   れることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 【請求項９】 入射光を電気信号に変換して検知するリ
   ニアイメージセンサであって、 半導体基板の表面近傍に略平行に並置されたチャネルス
   トッパ領域と、該チャネルストッパ領域に挟まれた転送
   チャネルと、 少なくとも該転送チャネルを覆うゲート絶縁膜と、 該ゲート絶縁膜上に、該転送チャネルに対して略垂直方
   向に設けられた転送ゲートと、 該転送ゲートを覆う層間絶縁膜と、 該層間絶縁膜に設けられたコンタクト部を介して該転送
   ゲートに接続され、該チャネルストッパ領域に添って該
   層間絶縁膜上に延在する裏打ち配線と、 該層間絶縁膜と該裏打ち配線とを覆う保護膜と、 該保護膜上に設けられ、該裏打ち配線に沿って延在する
   シリンドリカルレンズとを含み、 該シリンドリカルレンズが、該裏打ち配線上に入射した
   光を屈折させて、該層間絶縁膜に入射させることを特徴
   とするリニアイメージセンサ。
10. 【請求項１０】 上記シリンドリカルレンズが、隣接す
    る上記裏打ち配線間を渡るように設けられ、該裏打ち配
    線間の略中央部で、その膜厚が最大であることを特徴と
    する請求項９に記載のリニアイメージセンサ。
11. 【請求項１１】 上記シリンドリカルレンズが、上記転
    送ゲートの延在する方向に切った断面が略半円形状であ
    る半円筒形状のレンズであることを特徴とする請求項９
    又は１０に記載のリニアイメージセンサ。