JP2003209241A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 いわゆる重ね合わせ転送電極構造を有する電
荷転送素子とマイクロレンズとを備えたＣＣＤ型の固体
撮像素子では、光電変換素子の高集積化に伴ってマイク
ロレンズの焦点位置が光電変換素子から遠のき、感度の
低下をもたらす。 【解決手段】 電荷転送素子の各転送電極を、主電極層
と、当該主電極層の側面上に形成された副電極層とによ
って構成すると共に、各転送電極の上面を同一の平面上
にほぼ位置させることによって、実用上十分な電荷転送
効率を確保しつつ、光電変換素子とマイクロレンズとの
距離を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に複数本の信
号線が配置された半導体装置とその製造方法、および、
前記の半導体装置に含まれる固体撮像素子とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板の一表面に、ＭＯＳ（金属−
酸化物−半導体）型電界効果トランジスタ、電荷結合素
子（ＣＣＤ）等の能動素子や、光電変換素子、容量素子
等の受動素子を形成し、これらの素子同士を配線によっ
て電気的に接続することにより、あるいは、これらの素
子に信号線を接続して外部から所定の信号を供給するこ
とにより、所望の機能を備えた半導体装置を得ることが
できる。

【０００３】例えば、半導体基板の一表面に、多数個の
光電変換素子と、これらの光電変換素子に蓄積された電
荷を読み出して転送する１種類または２種類の電荷転送
素子と、電荷転送素子から出力される電荷を検出して増
幅する電荷検出回路とを形成することにより、固体撮像
素子を得ることができる。固体撮像素子は、従来より、
リニア・イメージセンサとして、あるいはエリア・イメ
ージセンサとして、広く利用されている。

【０００４】ＣＣＤ型の固体撮像素子では、上記の電荷
転送素子がＣＣＤによって構成される。ＣＣＤは、半導
体基板の一表面にチャネルを形成し、その上に電気的絶
縁膜を介して複数の電極（以下、「転送電極」とい
う。）を並列に配置することによって得ることができ
る。ＣＣＤの電荷転送効率を高めるためには、隣り合う
転送電極同士をできるだけ近づけて配置することが望ま
れる。

【０００５】このため、固体撮像素子で電荷転送素子と
して利用されるＣＣＤでは、一般に、いわゆる重ね合わ
せ転送電極構造がとられている。この構造では、１本お
きに選択された転送電極それぞれの線幅方向の縁部が、
隣り合う光電変換素子同士の平面視上の間において、こ
の転送電極に隣り合う他の転送電極の線幅方向の縁部に
重なる。

【０００６】近年、特にエリア・イメージセンサとして
利用される固体撮像素子では、高解像度化を図るために
光電変換素子の高集積化が進められており、それに伴っ
て個々の光電変換素子のサイズが低減している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エリア・イメージセン
サとして利用される固体撮像素子、特に単板式の固体撮
像素子では、一般に、個々の光電変換素子の上方にパッ
シベーション膜および有機平坦化膜を介してマイクロレ
ンズを１個ずつ配置し、このマイクロレンズによって集
光効率を高めている。リニア・イメージセンサとして利
用される固体撮像素子においても、必要に応じて、個々
の光電変換素子の上方に有機平坦化膜を介してマイクロ
レンズが１個ずつ配置される。

【０００８】これらのマイクロレンズは、例えば、透明
樹脂（フォトレジストを含む。）層をフォトリソグラフ
ィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって
各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部
を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。１
つの区画が１つのマイクロレンズに成形される。これら
のマイクロレンズのサイズは、光電変換素子の高集積化
に伴って、低下の一途を辿っている。

【０００９】上述の方法でサイズの小さなマイクロレン
ズを作製すると、その焦点位置が所望の位置よりも上方
（マイクロレンズ側）になりやすい。マイクロレンズの
焦点位置を所望の位置にするためには、マイクロレンズ
と、これに対応する光電変換素子との距離を短くするこ
とが望まれる。

【００１０】しかしながら、いわゆる重ね合わせ転送電
極構造のＣＣＤによって固体撮像素子用の電荷転送素子
を構成すると、上記の距離を短くし難い。

【００１１】ＣＣＤを単層電極構造にすれば、すなわ
ち、１つの導電膜をパターニングしてＣＣＤ用の転送電
極を形成すれば、上記の距離を短くすることができる。

【００１２】ただし、フォトリソグラフィ技術を利用し
て１つの導電膜をパターニングして転送電極を形成する
と、隣り合う転送電極間の距離が比較的長くなる。実用
上十分な電荷転送効率を有する単層電極構造のＣＣＤを
得るためには、隣り合う転送電極間の距離を例えば０．
２μｍ程度ないしはそれよりも短くすることが望まれ
る。

【００１３】勿論、高度なフォトリソグラフィ技術を利
用すれば、隣り合う転送電極間の距離を０．１３μｍ程
度にまで短縮することが可能である。所望の電荷転送効
率を有する単層電極構造のＣＣＤを得ることが可能であ
る。しかしながら、製造コストの上昇を招く。

【００１４】本発明の目的は、光電変換素子の上方にマ
イクロレンズを配置する場合でも、このマイクロレンズ
と光電変換素子との距離を短くすることが容易であり、
製造コストも比較的低い固体撮像素子を提供することで
ある。

【００１５】本発明の他の目的は、光電変換素子の上方
にマイクロレンズを配置する場合でも、このマイクロレ
ンズと光電変換素子との距離を短くすることが容易であ
り、製造コストを比較的低く抑えることが容易な固体撮
像素子の製造方法を提供することである。

【００１６】本発明の更に他の目的は、短い間隔で配置
された複数本の信号線を備え、特に固体撮像素子とした
場合には、光電変換素子の上方にマイクロレンズを配置
したとしても、このマイクロレンズと光電変換素子との
距離を短くすることが容易であり、製造コストも比較的
低い半導体装置を提供することである。

【００１７】本発明の更に他の目的は、短い間隔で配置
された複数本の信号線を備え、特に固体撮像素子とした
場合には、光電変換素子の上方にマイクロレンズを配置
したとしても、このマイクロレンズと光電変換素子との
距離を短くすることが容易であり、製造コストを比較的
低く抑えることが容易な半導体装置の製造方法を提供す
ることである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、(I) 半導体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光
電変換素子と、(III) １列の光電変換素子列に１つずつ
対応して前記半導体基板の一表面に形成され、各々が、
対応する光電変換素子列に沿って延在する第１電荷転送
チャネルと、(IV)１行の光電変換素子行に少なくとも１
本ずつ対応して前記半導体基板の一表面上に電気的絶縁
膜を介して配置され、各々が、(i) 前記第１電荷転送チ
ャネルの各々と平面視上交差して配置された第１主電極
層と、(ii)該第１主電極層の側面上に形成された第１副
電極層とを有し、隣り合うもの同士が互いに間隔をあけ
て配置された複数本の第１転送電極と、(V) 前記半導体
基板の一表面に形成され、前記第１電荷転送チャネルの
各々と電気的に接続可能な第２電荷転送チャネルと、(V
I)前記半導体基板の一表面上に電気的絶縁膜を介して配
置され、各々が前記第１電荷転送チャネルの各々と平面
視上交差する第２転送電極とを備えた固体撮像素子が提
供される。

【００１９】本発明の他の観点によれば、(I) 半導体基
板と、(II)前記半導体基板の一表面に少なくとも１列に
配置された多数個の光電変換素子と、(III) １列の光電
変換素子列に１つずつ対応して前記半導体基板の一表面
に形成され、各々が、対応する光電変換素子列に沿って
延在する電荷転送チャネルと、(IV)１つの電荷転送チャ
ネルに１群ずつ対応して前記半導体基板の一表面上に電
気的絶縁膜を介して配置され、各群が、互いに間隔をあ
けて配置された複数本の転送電極によって構成されると
共に、該転送電極の各々が、(i) 対応する電荷転送チャ
ネルと平面視上交差して配置された主電極層と、(ii)該
主電極層の側面上に形成された副電極層とを有する転送
電極群とを備えた固体撮像素子が提供される。

【００２０】本発明の更に他の観点によれば、(I) 半導
体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に複数行、複数
列に亘って行列状に配置された多数個の光電変換素子
と、(III) １列の光電変換素子列に１つずつ対応して配
置され、各々が、対応する光電変換素子の各々からの電
荷の読み出し、および該電荷の転送を行うことができる
第１の電荷転送素子と、(IV)前記第１の電荷転送素子の
各々と電気的に接続可能な第２の電荷転送素子と、(V)
前記第１の電荷転送素子の全て、および前記第２の電荷
転送素子から電気的に分離されて該第１の電荷転送素子
の各々および該第２の電荷転送素子を平面視上覆い、前
記光電変換素子それぞれの上方に開口部を１つずつ有す
る光遮蔽膜と、(VI)シリコン酸化物系材料によって形成
されて前記光遮蔽膜および前記開口部を平面視上覆い、
平坦な上面を有する層間絶縁膜と、(VII) 前記層間絶縁
膜上に配置されたパッシベーション膜とを備えた固体撮
像素子が提供される。

【００２１】本発明の更に他の観点によれば、(I) 半導
体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に少なくとも１
列に配置された多数個の光電変換素子と、(III) １列の
光電変換素子列に１つずつ対応して配置された電荷転送
素子と、(IV)シリコン酸化物系材料によって形成されて
前記電荷転送素子の全てを平面視上覆い、平坦な上面を
有する層間絶縁膜と、(V) 前記層間絶縁膜上に配置され
たパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子が提供さ
れる。

【００２２】本発明の更に他の観点によれば、(I) 半導
体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に少なくとも１
列に配置された多数個の光電変換素子と、(III) １列の
光電変換素子列に１つずつ対応して配置され、各々が、
(i) 前記半導体基板の一表面に形成されて、対応する光
電変換素子列に沿って延在する電荷転送チャネルと、(i
i)前記半導体基板の一表面上に電気的絶縁膜を介し配置
されて、前記電荷転送チャネルと平面視上交差する複数
本の転送電極とを有する電荷転送素子とを備えた固体撮
像素子の製造方法であって、（Ａ）前記半導体基板の一
表面に、所定数の前記電荷転送チャネルを形成する工程
と、（Ｂ）前記半導体基板の一表面に前記電気的絶縁膜
を形成し、その上に第１の導電層を形成する工程と、
（Ｃ）前記第１の導電層をパターニングして、隣り合う
もの同士が互いに間隔をあけて配置され、各々が別々の
転送電極の一部を構成する複数の主電極層を形成する工
程と、（Ｄ）前記主電極層の各々を覆う第２の導電層を
形成する工程と、（Ｅ）前記第２の導電層をパターニン
グして、前記主電極層それぞれの側面上に副電極層を形
成する工程と、（Ｆ）前記半導体基板の一表面に、前記
電荷転送チャネルの１本に１列ずつ対応させて光電変換
素子列を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法
が提供される。

【００２３】本発明の更に他の観点によれば、(I) 半導
体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に形成された電
気的絶縁膜と、(III) 前記電気的絶縁膜上に配置され、
各々が、(i) 主導電層と、(ii)該主導電層の側面上に形
成された副導電層とを有し、隣り合うもの同士が互いに
間隔をあけて配置された複数本の信号線とを備えた半導
体装置が提供される。

【００２４】本発明の更に他の観点によれば、複数本の
信号線を備えた半導体装置の製造方法であって、（Ａ）
半導体基板の一表面に電気的絶縁膜を形成する工程と、
（Ｂ）前記電気的絶縁膜上に第１の導電層を形成する工
程と、（Ｃ）前記第１の導電層をパターニングして、信
号線を構成する主導電層を複数箇所に形成する工程と、
（Ｄ）前記主導電層の各々を覆う第２の導電層を形成す
る工程と、（Ｅ）前記第２の導電層をパターニングし
て、前記主導電層それぞれの側面上に副導電層を形成す
る工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。

【００２５】電荷転送チャネルの上方に電気的絶縁膜を
介して配置される転送電極の各々を、上述した主電極層
と副電極層とによって構成することにより、たとえ主電
極層の各々をフォトリソグラフィ技術を利用して形成し
た場合でも、隣り合う転送電極間の距離を短くすること
ができる。

【００２６】実用上十分な電荷転送効率を有する電荷転
送素子を備え、光電変換素子の上方にマイクロレンズを
配置する場合でも当該マイクロレンズと光電変換素子と
の距離を容易に短くすることができる固体撮像素子を、
比較的低い製造コストの下に得ることが可能になる。光
電変換素子を高集積化した場合でも、マイクロレンズの
焦点位置を所望の位置にすることが容易になる。

【００２７】また、層間絶縁膜をパッシベーション膜の
下地層とする場合に、この層間絶縁膜をシリコン酸化物
系材料によって形成してその上面を平坦化すると、パッ
シベーション膜の膜厚をほぼ均一にすることができると
共に、パッシベーション膜上に有機平坦化膜を形成する
必要がなくなる。

【００２８】その結果として、光電変換素子の上方にマ
イクロレンズを配置する場合でも、マイクロレンズと光
電変換素子との距離を容易に短くすることが可能にな
り、光電変換素子を高集積化した場合でも、マイクロレ
ンズの焦点位置を所望の位置にすることが容易になる。
また、屈折率の高い材料によってパッシベーション膜を
形成したとしても、このパッシベーション膜での光の屈
折がほぼ一様になることから、より多くの光を光電変換
素子へ入射させることが容易になる。

【００２９】なお、本明細書でいう「シリコン酸化物系
材料」とは、シリコン酸化物（スピンオンガラスを含
む。）、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、ホ
スホシリケートガラス（ＰＳＧ）、およびボロシリケー
トガラス（ＢＳＧ）の総称である。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、第１の実施例による固体
撮像素子１００での光電変換素子１０、第１の電荷転送
素子（以下、「垂直電荷転送素子」という。）２０、読
出しゲート３０、第２の電荷転送素子（以下、「水平電
荷転送素子」という。）４０、および電荷検出回路５０
の平面配置を概略的に示す。同図においては図示を省略
しているが、個々の光電変換素子１０の上方には、所定
の層を介してマイクロレンズが１個ずつ配置されてい
る。

【００３１】図示の固体撮像素子１００はエリア・イメ
ージセンサとして利用される固体撮像素子であり、この
固体撮像素子１００では、半導体基板１の一表面に多数
個の光電変換素子１０が複数行、複数列に亘って画素ず
らし配置されている。エリア・イメージセンサとして利
用される実際の固体撮像素子での光電変換素子１０の総
数は、例えば数１０万個〜数１００万個である。

【００３２】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／
２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。

【００３３】上記の「光電変換素子列内での光電変換素
子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって１／２からはずれてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約１／２」についても同様であ
る。

【００３４】個々の光電変換素子１０は例えば埋込型の
ｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視上、例
えば八角形を呈す。光電変換素子１０に光が入射する
と、この光電変換素子１０に電荷が蓄積される。

【００３５】個々の光電変換素子１０に蓄積された電荷
を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの光電変換
素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電
荷転送素子２０が配置される。

【００３６】各垂直電荷転送素子２０はＣＣＤによって
構成され、例えば８相の駆動信号φＶ１〜φＶ８によっ
て駆動されて、電荷転送を行う。図１には、８相の駆動
信号Ｖ１〜φＶ８のうちの４つ駆動信号φＶ１、φＶ
３、φＶ５およびφＶ７を、読出しパルスが重畳される
タイミングの違いからそれぞれＡ、Ｂの２種類に更に分
けて供給する際の配線例を示す。

【００３７】光電変換素子１０から垂直電荷転送素子２
０への電荷の読出しを制御するために、１つの光電変換
素子１０に１つずつ、読出しゲート３０が隣接配置され
る。個々の読出しゲート３０は、半導体基板１に形成さ
れた読出しゲート用チャネル領域（図示せず。）と、こ
のチャネル領域を平面視上覆っている第１転送電極２５
ａの一領域とを含む。図１においては、読出しゲート３
０の位置を判りやすくするために、各読出しゲート３０
にハッチングを付してある。

【００３８】第１転送電極２５ａに読出しパルス（電位
は例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この第１転送電極
２５ａに対応する光電変換素子１０の各々から、各垂直
電荷転送素子２０へ電荷が読み出される。光電変換素子
１０から垂直電荷転送素子２０への電荷の読出しは、光
電変換素子行単位で行われる。

【００３９】光電変換素子行単位で各垂直電荷転送素子
２０へ読み出された電荷は、各垂直電荷転送素子２０に
よって同じ位相の下に水平電荷転送素子４０へ転送され
る。

【００４０】水平電荷転送素子４０もＣＣＤによって構
成され、例えば２相の駆動信号φＨ１〜φＨ２によって
駆動されて、各垂直電荷転送素子２０から受け取った電
荷を電荷検出回路５０へ順次転送する。

【００４１】電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４
０から転送された電荷を検出して信号電圧を生成し、こ
の信号電圧を増幅して画素信号を生成する。この画素信
号が固体撮像素子１００の出力となる。

【００４２】以下、固体撮像素子１００の特徴部分の１
つである垂直電荷転送素子２０の構成について、詳述す
る。

【００４３】図１に示すように、各垂直電荷転送素子２
０は、半導体基板１に形成された１本の第１電荷転送チ
ャネル２３（以下、「垂直電荷転送チャネル２３」とい
うことがある。）と、半導体基板１上に第１の電気的絶
縁膜（図示せず。）を介して形成されて光電変換素子列
方向Ｄ_V に並存する５種類の第１転送電極２５ａ〜２５
ｅとを有する。

【００４４】垂直電荷転送チャネル２３の各々は、例え
ばｎ型チャネルによって構成される。個々の垂直電荷転
送チャネル２３は、対応する光電変換素子列に沿って蛇
行しつつ、１本のチャネル全体としては光電変換素子列
方向Ｄ_V に延在する。

【００４５】各光電変換素子行の下流側に第１転送電極
２５ａが１本ずつ配置され、上流側に第１転送電極２５
ｂが１本ずつ配置され、最も下流の第１転送電極２５ａ
の下流側に３本の第１転送電極２５ｃ〜２５ｅがこの順
番で並列に配置される。これらの第１転送電極２５ａ〜
２５ｅは、いずれも、垂直電荷転送チャネル２３の各々
を平面視上横切る。個々の第１転送電極２５ａ〜２５ｅ
は、全ての垂直電荷転送素子２０について、その一部を
構成する。

【００４６】なお、本明細書では、光電変換素子１０か
ら電荷検出回路５０へ転送される電荷の移動を１つの流
れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に
応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定
するものとする。

【００４７】図２は、図１に示したII−II線に沿った断
面での第１転送電極２５ａ、２５ｂの構成および配置を
概略的に示す。

【００４８】同図に示すように、これらの第１転送電極
２５ａ、２５ｂは、半導体基板１の一表面上に第１の電
気的絶縁層５を介して配置される。

【００４９】個々の第１転送電極２５ａは、帯状を呈す
る第１主電極層２５ａＭと、第１主電極層２５ａＭの側
面に形成され、肩が丸まった断面形状を有する第１副電
極層２５ａＳとを有する。第１転送電極２５ｂについて
も同様である。第１転送電極２５ｂにおける第１主電極
層を参照符号２５ｂＭで示し、第１副電極層を参照符号
２５ｂＳで示す。

【００５０】第１主電極層２５ａＭ、２５ｂＭは、例え
ばポリシリコン（ドナーまたはアクセプタが添加された
ポリシリコンを含む。以下同じ。）や、アルミニウム、
タングステン、チタン等の金属、あるいはタングステン
シリサイド等の金属シリサイドによって形成される。

【００５１】第１副電極層２５ａＳ、２５ｂＳについて
も同様である。第１主電極層２５ａＭ、２５ｂＭをポリ
シリコンで形成した場合には、例えば後述する方法によ
って、金属シリサイド製の第１副電極層２５ａＳ、２５
ｂＳを形成することができる。第１主電極層２５ａＭ、
２５ｂＭおよび第１副電極層２５ａＳ、２５ｂＳをポリ
シリコンで形成した場合には、これらの電極層上に金属
シリサイド層を形成することもできる。金属シリサイド
の例としては、コバルトシリサイド、クロムシリサイ
ド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイド、チ
タンシリサイド、モリブデンシリサイド、タンタルシリ
サイド等が挙げられる。

【００５２】第１転送電極２５ａ、２５ｂは、いずれ
も、隣り合う他の第１転送電極２５ａ、２５ｂから例え
ば０．１μｍ程度離れている。第１転送電極２５ａ、２
５ｂそれぞれの上面は、同一の平面上にほぼ位置する。
各第１転送電極２５ａ、２５ｂは、電気的絶縁膜（例え
ば熱酸化膜）ＩＦによって覆われる。

【００５３】第１の電気的絶縁層５を、例えば膜厚が１
０〜７０ｎｍ程度のシリコン酸化膜と、膜厚が２０〜８
０ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が５〜５０ｎｍ程
度のシリコン酸化膜とをこの順番で半導体基板１上に積
層した積層膜（以下、「ＯＮＯ膜」という。）で形成し
た場合には、第１副電極層２５ａＳ、２５ｂＳを形成す
る際にＯＮＯ膜における上層のシリコン酸化膜と中層の
シリコン窒化膜とを局所的に除去してもよい。図２は、
この例を示す。

【００５４】例えば、隣り合う第１転送電極間に電荷転
送チャネルが形成されている領域では、第１転送電極の
作製過程で電荷転送チャネルのポテンシャルが変化する
ことがある。隣り合う第１転送電極間の下方でのポテン
シャルと第１転送電極の下方でのポテンシャルとの間に
差異が生じることがある。この差異を緩和ないし解消す
るためには、隣り合う第１転送電極間の下方に所定の導
電型を有する不純物を添加することが望まれる。隣り合
う第１転送電極間において第１の電気的絶縁膜５を薄肉
化すると、この部分を介してその下方に不純物を注入し
やすくなる。

【００５５】図２には示されていないが、第１転送電極
２５ｃ〜２５ｄの各々も、上述した第１転送電極２５
ａ、２５ｂと同様に、帯状を呈する第１主電極層と、こ
の第１主電極層の側面上に形成され、肩が丸まった断面
形状を有する第１副電極層とを有する。各第１転送電極
２５ｃ〜２５ｅも、電気的絶縁膜（例えば熱酸化膜）に
よって覆われる。

【００５６】これらの第１転送電極２５ｃ〜２５ｅも、
隣り合う他の第１転送電極から例えば０．１μｍ程度離
れている。第１転送電極２５ｃ〜２５ｅそれぞれの上面
は、第１転送電極２５ａ、２５ｂの上面と同一の平面上
にほぼ位置する。

【００５７】上述した構成を有する第１転送電極２５ａ
〜２５ｅは、例えば次のようにして作製することができ
る。以下の説明は、図１または図２で用いた参照符号を
引用しつつ行う。

【００５８】図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、それぞれ、第
１転送電極２５ａ〜２５ｅの製造工程を概念的に示す。

【００５９】まず、半導体基板１の一表面に垂直電荷転
送チャネル２３や、後述するチャネルストップ、水平電
荷転送チャネル等の不純物添加領域を所定箇所に形成
し、その上に第１の電気的絶縁層５および素子分離絶縁
膜（図示せず。）を形成する。第１の電気的絶縁層５
は、光電変換素子１０、垂直電荷転送素子２０、および
水平電荷転送素子４０を形成しようとする領域に配置さ
れ、その周囲に素子分離絶縁膜が配置される。

【００６０】図３（Ａ）に示すように、主電極層の材料
として用いる第１の導電層１１０を第１の電気的絶縁層
５上に堆積させ、その上に、後述する第２の導電層のエ
ッチング（以下、「ＲＩＥ」と略記する。）の際にエッ
チングストッパとして機能する層（以下、「ストッパ
層」という）１１５を堆積させる。ポリシリコンによっ
て第１の導電層１１０を形成する場合、その膜厚は例え
ば０．４μｍ程度にすることができる。ストッパ層１１
５としては、例えば膜厚０．０５μｍ程度のシリコン窒
化膜を用いることができる。

【００６１】図３（Ｂ）に示すように、所定箇所にスリ
ット状の開口部ＯＰを有するレジストマスク１２０をス
トッパ層１１５上に形成し、このレジストマスク１２０
をエッチングマスクとして用いてストッパ層１１５およ
び第１の導電層１１０をエッチングする。第１転送電極
用の主電極層ＥＭが得られる。

【００６２】レジストマスク１２０は、例えば、フォト
レジスト層の所定箇所をフォトリソグラフィによって露
光し、その後に現像処理を施すことによって作製するこ
とができる。開口部ＯＰの幅は、例えば０．３μｍ程度
にすることができる。主電極層ＥＭを形成した後に、レ
ジストマスク１２０を除去する。

【００６３】図３（Ｃ）に示すように、副電極層の材料
として用いる第２の導電層１２５を、ストッパ層１１５
上および第１の電気的絶縁層５の露出面上に堆積させ
る。主電極層ＥＭ上での第２の導電層１２５の膜厚は、
隣り合う２つの主電極層ＥＭ間の距離の１／２未満にす
ることが好ましい。

【００６４】隣り合う主電極層ＥＭの間隔が狭いときに
は、第２の導電層１２５の膜厚が主電極層ＥＭ上で相対
的に厚くなり、隣り合う主電極層ＥＭ間の第１の電気的
絶縁層５上で相対的に薄くなりやすくなる。図３（Ｃ）
は、この例を示す。

【００６５】第１の導電層１１０をポリシリコンで形成
した場合には、第２の導電層１２５の堆積に先立って、
主電極層ＥＭの表面に形成された自然酸化膜を例えば気
相フッ酸処理によって除去する。

【００６６】あるいは、第２の導電層１２５を堆積させ
た後、もしくは後述する副電極層ＥＳを形成した後に、
リン等のドナーを第２の導電層１２５もしくは副電極層
ＥＳから主電極層ＥＭにかけて拡散させる。この場合、
第２の導電層１２５もポリシリコンで形成することが好
ましい。

【００６７】図３（Ｄ）に示すように、ストッパ層１１
５をエッチングストッパとして利用してＲＩＥ等の異方
性エッチングを行い、各主電極層ＥＭの側面上にのみ第
２の導電層１２５を残す。主電極層ＥＭの側面に残った
第２の導電層１２５が副電極層ＥＳとなり、主電極層Ｅ
Ｍと副電極層ＥＳとを有する第１転送電極が得られる。
副電極層ＥＳは、肩が丸まった断面形状を有する。

【００６８】このとき、第２の導電層１２５をＲＩＥに
よってパターニングすることから、マイクロローディン
グ効果が発現しにくい。第２の導電膜１２５を所望形状
にパターニングしやすい。

【００６９】ＲＩＥによって第２の導電層１２５をエッ
チングする場合、ＲＩＥで使用するエッチングガスは、
第２の導電層１２５の材料に応じて適宜選択される。例
えば、第２の導電層１２５をポリシリコンによって形成
した場合には、塩素ガスを用いてＲＩＥを行うことがで
きる。第２の導電層１２５をタングステンによって形成
した場合には、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ₆ ）ガスまた
はテトラフルオロメタン（ＣＦ₄ ）ガスを用いてＲＩＥ
を行うことができる。

【００７０】第１の電気的絶縁層５がＯＮＯ膜によって
構成されている場合には、図２に示したように、ＯＮＯ
膜における上層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化
膜とを第２の導電層１２５のエッチング時に局所的に除
去してもよい。第２の導電層１２５の膜厚が主電極層Ｅ
Ｍ上で相対的に厚く、隣り合う主電極層ＥＭ間の第１の
電気的絶縁層５上で相対的に薄ければ、第２の導電層１
２５のエッチング時に、ＯＮＯ膜での上層のシリコン酸
化膜と中層のシリコン窒化膜とを隣り合う主電極層ＥＭ
間において容易に除去することができる。

【００７１】例えばｎ型不純物添加領域によって電荷転
送チャネルを形成した場合には、第２の導電層１２５の
エッチングによって、隣り合う第１転送電極間の下方に
おいて電荷転送チャネルのポテンシャルが深くなり、こ
こに電荷溜まりが形成されることがある。このような場
合には、隣り合う第１転送電極間に平面視上介在する第
１の電気的絶縁層５を介して硼素等のｐ型不純物を電荷
転送チャネルに注入して、第１転送電極の下方での電荷
転送チャネルのポテンシャルと、隣り合う第１転送電極
間の下方での電荷転送チャネルのポテンシャルとをほぼ
同じにすることが好ましい。

【００７２】転送電極の形成後に光電変換素子１０を形
成する場合には、一般に、光電変換素子１０の形成に先
立って、当該光電変換素子１０を形成しようとする領域
において半導体基板１の表面を露出させ、ここに新たな
シリコン酸化膜（例えば熱酸化膜）が形成される。隣り
合う第１転送電極間に平面視上介在する第１の電気的絶
縁層５を第２の導電層１２５のエッチング時に薄肉化し
ておけば、その後に光電変換素子１０を作成する場合で
も、光電変換素子１０を形成しようとする領域上に、上
記のシリコン酸化膜を形成しやすくなる。

【００７３】図３（Ｅ）に示すように、ストッパ層１１
５を除去する。例えば、ストッパ層１１５としてシリコ
ン窒化膜を用いた場合には、熱リン酸によってこのスト
ッパ層１１５（シリコン窒化膜）を除去することができ
る。

【００７４】図示の方法によって第１転送電極２５ａ〜
２５ｅを作製すると、第２の導電膜１２５の膜厚にほぼ
相当する膜厚（主電極層ＥＭの側面上での膜厚）を有す
る副電極層ＥＳが主電極層ＥＭの側面上に形成されるこ
とから、たとえ、フォトリソグラフィ技術を利用して前
述のように０．３μｍ程度の間隔で各主電極層ＥＭを形
成した場合でも、最終的に得られる第１転送電極２５ａ
〜２５ｅ同士の間隔を容易に０．３μｍ未満にすること
ができる。第２の導電層１２５の膜厚は、フォトリソグ
ラフィ技術を利用したパターニング精度よりも更に高精
度に制御しやすい。複数の第１転送電極２５ａ〜２５ｅ
を所望の間隔の下に配置しやすい。

【００７５】隣り合う第１転送電極同士の間隔を概ね
０．２μｍ以下にすれば、実用上十分な電荷転送効率を
有する垂直電荷転送素子２０を得ることが可能である。
隣り合う第１転送電極同士の間隔を概ね０．１μｍ以下
にすれば、例えば垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８それぞれ
のハイレベルを０（ゼロ）Ｖ、ローレベルを−８Ｖにし
て各垂直電荷転送素子２０を駆動させる場合でも、実用
上十分な電荷転送効率を容易に得ることができる。

【００７６】第１転送電極２５ａ〜２５ｅを上述のよう
に構成することにより、個々の光電変換素子１０の上方
に１個ずつマイクロレンズを配置する場合でも、第１転
送電極をいわゆる重ね合わせ転送電極構造としたときに
比べて、マイクロレンズと光電変換素子１０との距離を
容易に短くすることができる図４および図５は、図１に
おいて図示を省略したマイクロレンズも含めた固体撮像
素子１００の断面構造を概略的に示す。図４は、図１に
示したIV−IV線に沿った断面を示し、図５は図１に示し
たII−II線に沿った断面を示す。これらの図に示した構
成要素のうち、既に図１または図２に示した構成要素に
ついては図１または図２で用いた参照符号と同じ参照符
号を付してその説明を省略する。

【００７７】これらの図に示すように、半導体基板１
は、例えばｎ型シリコン基板１ａと、その一表面に形成
されたｐ^- 型不純物添加領域１ｂとを有する。以下の説
明においては、同じ導電型を有する不純物添加領域間で
の不純物濃度の大小を区別するために、不純物濃度が相
対的に低いものから順番に、ｐ^- 型、ｐ型、ｐ⁺ 型、あ
るいはｎ^- 型、ｎ型、ｎ⁺ 型と表記する。

【００７８】光電変換素子１０は、例えば、ｐ^- 型不純
物添加領域１ｂの所定箇所にｎ型不純物添加領域１０ａ
を設け、このｎ型不純物添加領域１０ａ上にｐ⁺ 型不純
物添加領域１０ｂを設けることによって形成された埋込
型のフォトダイオードによって構成される。ｎ型不純物
添加領域１０ａは、電荷蓄積領域として機能する。

【００７９】各光電変換素子１０（ｎ型不純物添加領域
１０ａ）における図４での右側縁部に沿って、ｐ型不純
物添加領域３０ａが１つずつ配置される。このｐ型不純
物添加領域３０ａは、読出しゲート３０用のチャネル領
域（以下、「チャネル領域３０ａ」という。）として利
用される。

【００８０】必要に応じて、個々の垂直電荷転送チャネ
ル２３の下方にも、ｐ型不純物添加領域２３ａが配置さ
れる。

【００８１】チャネル領域３０ａが形成されている箇所
を除き、チャネルストップ領域ＣＳが各光電変換素子１
０の平面視上の周囲、各垂直電荷転送チャネル２３の平
面視上の周囲および後述する水平電荷転送チャネル４３
（後掲の図６参照）の平面視上の周囲に形成される。こ
のチャネルストップ領域ＣＳは、例えばｐ⁺ 型不純物添
加領域によって構成される。

【００８２】各不純物添加領域は、例えば、所望の不純
物のイオン注入と、その後のアニールとによって形成す
ることができる。ｐ^- 型不純物添加領域１ｂはエピタキ
シャル成長法によって形成することもできる。各光電変
換素子１０は、垂直電荷転送素子２０を作製する前に形
成することもできるし、垂直電荷転送素子２０を作製し
た後に形成することもできる。

【００８３】各垂直電荷転送素子２０、水平電荷転送素
子４０（図１参照）、および各光電変換素子１０の上方
には、第２の電気的絶縁膜６０、光遮蔽膜６５、層間絶
縁膜７０、パッシベーション膜７５、第１の平坦化膜８
０、色フィルタアレイ８５、および第２の平坦化膜９０
がこの順番で順次形成される。第２の平坦化膜９０上
に、前述したマイクロレンズ９５が配置される。

【００８４】第２の電気的絶縁層６０は、例えばシリコ
ン酸化物によって形成されて、光遮蔽膜６５とその下の
第１転送電極２５ａ〜２５ｅとの電気的な分離を十分な
ものとする。

【００８５】光遮蔽膜６５は、タングステン、アルミニ
ウム、クロム、チタン、モリブデン等の金属材料や、こ
れらの金属の２種以上からなる合金材料によって形成さ
れて各垂直電荷転送素子２０および水平電荷転送素子４
０を覆い、光電変換素子１０以外の領域で無用の光電変
換が行われるのを防止する。この光遮蔽膜６５は、個々
の光電変換素子１０の上方に開口部６５ａを１つずつ有
する。個々の光電変換素子１０表面において開口部６５
ａ内に平面視上位置する領域が、この光電変換素子１０
における光入射面となる。

【００８６】垂直電荷転送素子２０の駆動信号が供給さ
れる配線や水平電荷転送素子４０の駆動信号が供給され
る配線を、光遮蔽膜６５の材料とは異なる材料によって
形成する場合には、図４および図５に示したように、層
間絶縁膜７０が形成される。この層間絶縁膜７０は、例
えばシリコン酸化膜によって構成されて、第１転送電極
２５ａ〜２５ｅと前記の配線との短絡、および水平電荷
転送素子４０を構成する転送電極と前記の配線との短絡
を防止する。前記の配線を光遮蔽膜６５の材料と同じ材
料によって形成する場合には、層間絶縁膜７０を省略す
る代わりに第２の電気的絶縁膜６０を厚膜化して、当該
第２の電気的絶縁層を層間絶縁膜として利用することも
可能である。

【００８７】パッシベーション膜７５は、例えばシリコ
ン窒化膜等によって構成されて、その下の部材を保護す
る。

【００８８】第１の平坦化膜８０はフォトレジスト等の
有機材料によって形成されて、色フィルタアレイ８５を
形成するための平坦面を提供する。

【００８９】色フィルタアレイ８５は、カラー撮影用の
固体撮像素子に配置される。白黒撮影用の固体撮像素子
では、色フィルタアレイを省略することができる。カラ
ー撮影用の単板式固体撮像素子では、原色系または補色
系の色フィルタアレイが利用される。図４においては２
個の緑色フィルタ８５Ｇが示されており、図５において
は１個の青色フィルタ８５Ｂと１個の赤色フィルタ８５
Ｒとが示されている。

【００９０】第２の平坦化膜９０はフォトレジスト等の
有機材料によって形成されて、マイクロレンズ９５を形
成するための平坦面を提供する。

【００９１】マクロレンズ９５は、１つの光電変換素子
１０に１つずつ対応して配置される。これらのマイクロ
レンズ９５は、例えば前述したように、透明樹脂（フォ
トレジストを含む。）層をフォトリソグラフィ法等によ
って所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透
明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ま
せた後に冷却することによって得られる。１つの区画が
１つのマイクロレンズ９５に成形される。

【００９２】図４および図５から容易に理解されるよう
に、光電変換素子１０の上面と、この光電変換素子１０
に対応するマイクロレンズ９５の下面との間には、比較
的多くの層が介在する。ここに介在する層の数は、光電
変換素子１０の集積度を高めても変わらない。

【００９３】光電変換素子１０の高集積化によって個々
の光電変換素子１０のサイズ（平面視上のサイズ）が小
さくなると、マイクロレンズ９５のサイズも小さくなる
ことから、前述の方法でマイクロレンズを作製したとき
にその焦点が所望の位置よりも上方（マイクロレンズ９
５側）になりやすい。

【００９４】しかしながら、第１転送電極２５ａ〜２５
ｅを前述のように構成すると、第１転送電極をいわゆる
重ね合わせ転送電極構造とした場合に比べて、光電変換
素子１０の上面と第１転送電極２５ａ〜２５ｅの上面と
の最大較差を小さくすることができる。光電変換素子１
０の上面と、この光電変換素子１０に対応するマイクロ
レンズ９５の下面との距離を比較的短くすることができ
る。

【００９５】このため、光電変換素子１０のサイズを小
さくしても、マイクロレンズ９５の焦点位置を所望の位
置に制御しやすい。

【００９６】また、第１転送電極をいわゆる重ね合わせ
転送電極構造とした場合に比べて、光電変換素子１０の
周囲に形成される段差、特に光電変換素子行方向に形成
される段差が低くなることから、半導体基板１表面に対
する入射角の大きな光も、光電変換素子１０に入射しや
すくなる。

【００９７】これらの理由から、固体撮像素子１００の
感度の低下を抑制しつつ、光電変換素子１０の高集積化
によって固体撮像素子１００の解像度を向上させやすく
なる。また、固体撮像素子１００を利用した撮像装置で
は、撮像光学系のＦ値に応じて固体撮像素子１００の感
度が大きく変動することも抑制される。

【００９８】一般に、垂直電荷転送素子２０を構成する
第１転送電極２５ａ〜２５ｅと、水平電荷転送素子４０
を構成する転送電極（以下、「第２転送電極」とい
う。）とは、同じ工程で作製される。第１転送電極２５
ａ〜２５ｅの構成を前述の構成にする際には、第２転送
電極も同様の構成にすることが好ましい。

【００９９】図６は、第２転送電極の構成を第１転送電
極２５ａ〜２５ｅと同様の構成にした水平電荷転送素子
４０の一例（以下、「水平電荷転送素子４０Ａ」とい
う。）を概略的に示す。同図には、電荷検出回路５０の
具体的構成の一例も併記する。

【０１００】同図に示した構成要素のうち、既に図１に
示した構成要素については図１で用いた参照符号と同じ
参照符号を付してその説明を省略する。

【０１０１】図示の水平電荷転送素子４０Ａは、半導体
基板１に形成された１本の第２電荷転送チャネル４３
（以下、「水平電荷転送チャネル４３」という。）と、
この水平電荷転送チャネル４３を平面視上横断する２種
類の第２転送電極４５ａ〜４５ｂとを有する。

【０１０２】水平電荷転送チャネル４３は、例えば、ｎ
型不純物添加領域４３ａとｎ^- 型不純物添加領域４３ｂ
とを、下流側から上流側に向かってこの順番で繰り返し
配置した構成を有する。１個の垂直電荷転送素子２０
に、ｎ型不純物添加領域４３ａとｎ^- 型不純物添加領域
４３ｂとが２つずつ対応する。図６においては、ｎ型不
純物添加領域４３ａとｎ^- 型不純物添加領域４３ｂとを
判りやすくするために、ｎ型不純物添加領域４３ａにハ
ッチングを付してある。

【０１０３】１個の垂直電荷転送素子２０あたり、２種
類の第２転送電極４５ａ〜４５ｂがこの順番で下流側か
ら上流側に向かって１本ずつ配置される。１本の第２転
送電極４５ａまたは４５ｂは、１つのｎ型不純物添加領
域４３ａと、その上流側に配置された１つのｎ^- 型不純
物添加領域４３ｂとを平面視上覆う。

【０１０４】第２転送電極４５ａの各々は水平駆動信号
φＨ２の供給を受け、第２転送電極４５ｂの各々は水平
駆動信号φＨ１の供給を受ける。各第２転送電極４５ｂ
は、垂直電荷転送素子２０から水平電荷転送素子４０Ａ
への電荷の転送を制御するゲート電極としても機能す
る。

【０１０５】これらの第２転送電極４５ａ〜４５ｂは、
それぞれ、図２を用いて説明した第１転送電極２５ａ、
２５ｂと同様に、帯状を呈する主電極層（以下、「第２
主電極層」という。）と、この第２主電極層の側面上に
形成され、肩が丸まった断面形状を有する副電極層（以
下、「第２副電極層」ということがある。）とを有す
る。各第２転送電極４５ａ〜４５ｂの上面は、同一の平
面上にほぼ位置する。

【０１０６】個々の第２転送電極４５ａ〜４５ｂは、例
えばシリコン酸化膜（熱酸化膜）によって構成された電
気的絶縁膜によって覆われる。

【０１０７】水平電荷転送素子４０Ａを上述のように構
成すると、その製造過程で必要となるフォトマスクの枚
数を、当該水平電荷転送素子４０をいわゆる重ね合わせ
転送電極構造にするに場合に比べて、１枚減らすことが
できる。

【０１０８】水平電荷転送素子４０Ａは、２相の水平駆
動信号φＨ１、φＨ２によって駆動されて、垂直電荷転
送素子２０の各々から受け取った電荷を電荷検出回路５
０へ順次転送する。

【０１０９】電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４
０Ａの出力端に接続された出力ゲート５１と、出力ゲー
ト５１に隣接して半導体基板１に形成されたフローティ
ングディフュージョン領域５２（以下、「ＦＤ領域５
２」と略記する。）と、このＦＤ領域５２に電気的に接
続されたフローティングディフュージョンアンプ５３
（以下、「ＦＤＡ５３」と略記する。）と、ＦＤ領域５
２に隣接して配置されたリセットゲート５４と、リセッ
トゲート５４に隣接して半導体基板１に形成されたドレ
イン領域５５とを有する。ＦＤ領域５２と、リセットゲ
ート５４と、ドレイン領域５５とは、リセットトランジ
スタを構成する。

【０１１０】出力ゲート５１は、直流電圧Ｖ_OGの供給を
受けて、水平電荷転送素子４０ＡからＦＤ領域５２への
電荷転送を行う。

【０１１１】ＦＤＡ５３は、水平電荷転送素子４０Ａか
らＦＤ領域５２に転送された電荷をＦＤ領域５２の電位
変動に基づいて検出して信号電圧を生成し、この信号電
圧を増幅して画素信号を生成する。この画素信号が、固
体撮像素子１００からの出力となる。

【０１１２】ＦＤＡ５３によって検出された後の電荷、
あるいは、ＦＤＡ５３によって検出する必要のない電荷
は、リセットゲート５４を介してドレイン領域５５へ掃
き出され、例えば電源電圧Ｖ_DDに吸収される。リセット
ゲート５４の動作は、駆動信号φＲＳによって制御され
る。

【０１１３】次に、第２の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。

【０１１４】図７は、第２の実施例による固体撮像素子
１５０の断面構造を概略的に示す。同図に示した構成要
素のうち、既に図５に示した構成要素と共通するものに
ついては図５で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
て、その説明を省略する。ただし、層間絶縁膜には新た
な参照符号７０Ａを付してある。

【０１１５】図７と図５との対比から明らかなように、
固体撮像素子１５０は、(i) 層間絶縁膜７０Ａおよびパ
ッシベーション膜７５が平坦な上面を有する点、および
(ii)第１の平坦化膜８０が省略されている点で、第１の
実施例による固体撮像素子１００と構成上大きく異な
る。

【０１１６】層間絶縁膜７０Ａは、例えばシリコン酸化
物系材料、すなわち、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、また
はシリコン酸化物（スピンオンガラスを含む。）によっ
て形成される。この層間絶縁膜７０Ａは、図５に示した
層間絶縁膜７０よりも若干厚く、光電変換素子１０の中
央部上方での膜厚が例えば１μｍ程度である。

【０１１７】層間絶縁膜７０Ａの平坦化は、リフロー、
エッチバック、ケミカルメカニカルドリリング等によっ
て行うことができる。スピンオンガラスによって層間絶
縁膜７０Ａを形成する場合、光電変換素子１０の集積度
がある程度高ければ、特に平坦化の処理を行わなくて
も、その上面を平坦化することが可能である。

【０１１８】層間絶縁膜７０Ａを平坦化することによ
り、その上に形成されるパッシベーション膜７５も自ず
と平坦化される。図５に示した第１の平坦化膜８０を省
略して、パッシベーション膜７５上に色フィルタアレイ
８５、第２の平坦化膜９０、およびマイクロレンズ９５
を順次形成することができる。

【０１１９】図５に示した層構成にする場合に比べて、
光電変換素子１０の上面と、この光電変換素子１０に対
応するマイクロレンズ９５の下面との距離を短くするこ
とができる。光電変換素子１０のサイズを小さくしたと
きでも、マイクロレンズ９５の焦点位置を更に容易に制
御することができる。

【０１２０】図５に示した層構成にした場合と同様に、
半導体基板１表面に対する入射角の大きな光も、光電変
換素子１０に入射しやすい。さらに、パッシベーション
膜７５の膜厚がほぼ一定であることから、このパッシベ
ーション膜７５での光の屈折がほぼ一様になり、より多
くの光を光電変換素子１０へ入射させることが可能にな
る。

【０１２１】図示の固体撮像素子１５０では、前述した
固体撮像素子１００に比べて、感度の低下を抑制しつ
つ、光電変換素子１０の高集積化によって解像度を向上
させやすい。また、固体撮像素子１５０を利用した撮像
装置では、固体撮像素子１００を利用した撮像装置に比
べて、撮像光学系のＦ値に応じて感度が大きく変動する
ことが抑制される。

【０１２２】いわゆる重ね合わせ転送電極構造の垂直電
荷転送素子を備えた固体撮像素子について、層間絶縁膜
の平坦化に伴う感度および水平シェーディング率の変化
を検証すると共に、撮像光学系のＦ値と感度との関係を
検証した。

【０１２３】図８は、検証に用いた固体撮像素子２００
（以下、「被験品」という。）での光電変換素子１０、
垂直電荷転送素子２０、読出しゲート３０、水平電荷転
送素子４０、および電荷検出回路５０の平面配置を概略
的に示す。図８においては図示を省略しているが、個々
の光電変換素子１０の上方には赤色、緑色、または青色
の色フィルタが１つずつ配置され、その上にマイクロレ
ンズが１個ずつ配置されている。被験品では、光電変換
素子行の数よりも光電変換素子列の数の方が多く、光電
変換素子列方向の幅よりも光電変換素子行方向の幅の方
が広い。

【０１２４】図９は、図８において図示を省略したマイ
クロレンズまで含めた被験品の断面構造を概略的に示
す。同図は、図８に示したIX−IX線に沿った断面に相当
する。

【０１２５】これらの図に示した固体撮像素子２００
は、垂直電荷転送素子２０がいわゆる重ね合わせ転送電
極構造を有している点で、図１または図４に示した固体
撮像素子１００と大きく異なる。固体撮像素子２００に
ついては、第１転送電極の各々に図４で用いた参照符号
に１００を加えた新たな参照符号を付す以外は、図１ま
たは図４で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、そ
の説明を省略する。

【０１２６】図８および図９に示すように、固体撮像素
子２００では、第１転送電極１２５ａの線幅方向の縁部
が、その隣の第１転送電極１２５ｂの線幅方向の縁部に
重なっている。層間絶縁膜７０Ａは、光電変換素子１０
の中央部上方での膜厚が約１．７μｍのＢＰＳＧ膜によ
って形成され、パッシベーション膜７５は膜厚が約０．
２μｍのシリコン窒化膜によって形成されている。

【０１２７】個々の光電変換素子１０上において光遮蔽
膜６５に形成されている開口部６５ａは、平面視上、ほ
ぼ矩形を呈し、その大きさは概ね０．８×１．０μｍで
ある。個々の光電変換素子１０の上面からマイクロレン
ズ９５の下面までの距離は約３．５μｍである。各マイ
クロレンズ９５は、平面視上、ほぼ矩形を呈し、その大
きさは概ね２．８５×２．８５μｍである。

【０１２８】比較のため、(i) 図４に示した第１の平坦
化膜８０を有している点、ならびに(ii)層間絶縁膜およ
びパッシベーション膜それぞれの上面に下地の凹凸が反
映されている点をそれぞれ除いた他の構成が被験品と同
様である固体撮像素子（以下、「対照品」という。）を
用意した。

【０１２９】この対照品では、光電変換素子の中央部上
方での膜厚が約０．７μｍのＢＰＳＧ膜によって層間絶
縁膜が形成され、光電変換素子の中央部上方での膜厚が
約０．２μｍのシリコン窒化膜によってパッシベーショ
ン膜が形成されている。第１の平坦化膜は、光電変換素
子の中央部上方での膜厚が約２．０μｍのフォトレジス
ト層によって形成され、光電変換素子の上面からマイク
ロレンズの下面までの距離は約４．５μｍである。

【０１３０】図１０は、色温度５１００°Ｋの白色光に
対する被験品の感度を、対照品の感度を１としたときの
相対値で示す。感度は、被験品および対照品のいずれに
ついても、赤色画素、緑色画素、および青色画素ごとに
測定した。

【０１３１】ここで、赤色画素とは、上方に赤色の色フ
ィルタが配置された光電変換素子を意味し、緑色画素と
は、上方に緑色の色フィルタが配置された光電変換素子
を意味し、青色画素とは、上方に青色の色フィルタが配
置された光電変換素子を意味する。

【０１３２】同図から明らかなように、被験品では、赤
色画素、緑色画素、および青色画素のいずれの感度も、
対照品の感度より１０％以上高い。

【０１３３】図１１は、被験品の水平シェーディング率
を、対照品の水平シェーディング率を１としたときの相
対値で示す。

【０１３４】水平シェーディング率は、被験品および対
照品のいずれについても、均一光を照射したときに電荷
検出回路５０から出力される１フレーム分の画素信号の
値を測定し、下式により、赤色画素、緑色画素、および
青色画素ごとに算出した。

【０１３５】

【数１】

【０１３６】同図から明らかなように、被験品では、赤
色画素、緑色画素、および青色画素のいずれの水平シェ
ーディング率も、対照品より２０％以上低い。

【０１３７】図１２は、固体撮像素子を用いた撮像装置
での撮像光学系のＦ値と被験品および対照品の感度との
関係を、Ｆ値が８のときの各々の感度を１としたときの
相対値で示す。

【０１３８】同図から明らかなように、被験品では、対
照品に比べて、感度のＦ値依存性が低い。

【０１３９】被験品での感度の向上、水平シェーディン
グ率の低下、および撮像光学系のＦ値に対する感度の依
存性の低下は、いずれも、(i) 第１の平坦化膜８０を省
略したことに伴う光電変換素子１０−マイクロレンズ９
５間の距離の短縮によって、マイクロレンズ９５の焦点
の位置が光電変換素子１０に近づき、光電変換素子１０
への入射光量が増加したこと、および(ii)層間絶縁膜７
０Ａの平坦化に伴うパッシベーション膜７５の膜厚の均
一化により、パッシベーション膜で不所望の方向に屈折
してしまう光が低減し、光電変換素子１０への入射光量
が増加したことによるものであると推察される。

【０１４０】いわゆる重ね合わせ転送電極構造の垂直電
荷転送素子を備えた被験品（固体撮像素子２００）にお
いて上述した効果が得られたことから、図７に示した第
２の実施例による固体撮像素子１５０では、感度の向
上、水平シェーディング率の低下、および撮像光学系の
Ｆ値に対する感度の依存性の低下が更に期待される。

【０１４１】あるいは、光電変換素子１０の集積度を更
に高めた場合でも、感度の低下、水平シェーディング率
の増加、および撮像光学系のＦ値に対する感度の依存性
の増加をそれぞれ抑制しやすくなるものと期待される。

【０１４２】次に、第３の実施例による固体撮像素子に
ついて説明する。

【０１４３】図１３は、第３の実施による固体撮像素子
での光電変換素子、電荷転送素子、読出しゲート、電荷
検出回路、および掃き出しドレインの平面配置を概略的
に示す。同図に示した構成要素のうち、構成上、図１ま
たは図６に示した構成要素と共通するものについては、
図１または図６で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を省略する。

【０１４４】同図に示す固体撮像素子３００は、白黒お
よびカラー撮影用のリニア・イメージセンサとして利用
される固体撮像素子であり、この固体撮像素子３００で
は、半導体基板１の一表面に多数個の光電変換素子１０
が４列に亘って配置される。

【０１４５】個々の光電変換素子１０に１つずつ対応し
て、半導体基板１に読出しゲート用のチャネル領域が形
成される。１列の光電変換素子列に対応する読出しゲー
ト用のチャネル領域の各々は、半導体基板１上に電気的
絶縁膜を介して配置された１本の読出しゲート電極３３
５によって平面視上覆われて、読出しゲート３０を構成
する。各読出しゲート３０の動作は、読出しゲート電極
３３５に供給される駆動信号φＲ１、φＲ２、φＲ３、
またはφＲ４によって制御される。図１３においては、
読出しゲート３０の位置を判りやすくするために、個々
の読出しゲート３０にハッチングを付してある。

【０１４６】１列の光電変換素子列に１つずつ、この光
電変換素子列に沿って電荷転送素子４０Ｂが配置され
る。個々の電荷転送素子４０Ｂは、例えば、１つ光電変
換素子１０あたり４本の転送電極を有し、図６に示した
第２転送電極４５ｂに代えて例えば同図に示した第２転
送電極４５ａと同様の形状を有する転送電極を有する２
相駆動型のＣＣＤによって構成される。

【０１４７】電荷転送素子４０Ｂの各々は、読出しゲー
ト３０を介して、対応する光電変換素子１０に電気的に
接続可能である。各電荷転送素子４０Ｂの出力端に、電
荷検出回路５０が１つずつ接続される。

【０１４８】１列の光電変換素子列に１つずつ、この光
電変換素子列に沿ってドレイン領域３６０が配置され
る。個々のドレイン領域３６０は、例えば、半導体基板
１に形成されたｎ⁺ 型不純物添加領域によって構成され
る。１つのドレイン領域３６０と、これに対応する光電
変換素子列との間には、チャネル領域が介在する。この
チャネル領域は、半導体基板１上に電気的絶縁膜を介し
て配置された１本の掃き出しゲート電極３６５によって
平面視上覆われて、掃き出しゲートを構成する。各掃き
出しゲートの動作は、掃き出しゲート電極３６５に供給
される駆動信号φＤ１、φＤ２、φＤ３、またはφＤ４
によって制御される。

【０１４９】図示の固体撮像素子３００では、上側の３
列の光電変換素子列に蓄積された電荷に基づいて、カラ
ー画像用の画素信号が生成される。１列の光電変換素子
列の上方に赤色の色フィルタが配置され、他の１列の光
電変換素子列の上方に緑色の色フィルタが配置され、残
りの１列の光電変換素子列の上方に青色の色フィルタが
配置される。これらの光電変換素子列に対応する各電荷
転送素子４０Ｂは、２相の駆動信号φ１、φ２によって
駆動されて、対応する各光電変換素子１０から読み出し
た電荷を電荷検出回路５０へ転送する。

【０１５０】残りの１列の光電変換素子列に蓄積された
電荷は、白黒画像用の画素信号の生成に使用される。こ
の光電変換素子列の上方には、例えば、カラー撮影に使
用される色フィルタに相当する単色の着色層、または、
この着色層に代わる透明層が配置される。当該光電変換
素子列に対応する電荷転送素子４０Ｂは、２相の駆動信
号φ３，φ４によって駆動されて、対応する各光電変換
素子１０から読み出した電荷を電荷検出回路５０へ転送
する。

【０１５１】リニア・イメージセンサとして使用される
固体撮像素子では、多くの場合、光遮蔽膜が設けられな
い。また、多くの場合、固体撮像素子の上方に集光素子
が配置されない。光遮蔽膜やマイクロレンズは、必要に
応じて設けられる。マイクロレンズに代えて、１列の光
電変換素子列に１個ずつシリンドリカルレンズが配置さ
れることもある。

【０１５２】このため、エリア・イメージセンサとして
使用される固体撮像素子に比べれば、リニア・イメージ
センサとして使用される固体撮像素子では、光電変換素
子の上面と集光素子の下面との距離を短縮させることが
必要となるケースは少ない。

【０１５３】しかしながら、電荷転送素子を構成する転
送電極を例えば図６に示した第２転送電極４５ａ〜４５
ｂと同様の構成にすれば、個々の光電変換素子の上方に
１個ずつマイクロレンズを配置したときに、前述した第
１の実施例による固体撮像素子１００と同様の効果を得
ることができる。

【０１５４】また、製造コストを低減させることが容易
になる。例えば、フォトリソグラフィ技術を利用して重
ね合わせ転送電極構造をなす転送電極を形成するために
は、第１層目の転送電極を作製する工程と第２層目の転
送電極を作製する工程とのそれぞれにおいて別々に、導
電層のパターニングに必要な所定形状のマスクを用意す
ることが必要になる。

【０１５５】これに対して、転送電極を前述した第２転
送電極４５ａ〜４５ｂと同様の構成にすれば、これらの
転送電極の作製に必要なマスクの枚数を１枚減らすこと
ができる。

【０１５６】さらに、図７に示したように層間絶縁膜を
平坦化すれば、その後の工程において下地パターン依存
性を考慮することなく所望の層を形成することができる
他、第１の平坦化膜を省略することもできるので、歩留
まりを向上させやすい。

【０１５７】これらの理由から、製造コストを低減させ
ることが容易になる。同様のことが、第１の実施例によ
る固体撮像素子１００や第２の実施例による固体撮像素
子１５０等、エリア・イメージとして使用される固体撮
像素子についてもいえる。

【０１５８】次に、第４の実施例による半導体装置につ
いて説明する。

【０１５９】図１４は、第４の実施例による半導体装置
の断面構造を概略的に示す。同図に示す半導体装置４０
０は、ｐ型半導体基板４０１と、ｐ型半導体基板４０１
の一表面に形成されて第１および第２の活性領域４０
３、４０６を画定するフィールド酸化膜４１０と、活性
領域４０３に配置されたｐチャネルＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタ（以下、このトランジスタを「ｐチャネルＭ
ＯＳＦＥＴ」と略記する。）４２０と、活性領域４０６
に配置されたｎチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ
（以下、このトランジスタを「ｎチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔ」と略記する。）４３０と、フィールド酸化膜４１０
上に配置された複数本の信号線４５０と、これらを覆う
層間絶縁膜４６０とを有する。

【０１６０】第１の活性領域４０３はｎ型ウェル領域に
よって構成され、その中には、ｐ型の第１ドレイン領域
４２１とｐ型の第１ソース領域４２２とが間隔をあけて
形成される。例えばポリシリコンによって形成された第
１ゲート電極４２５が、第１活性領域４０３上に第１ゲ
ート絶縁膜４２７を介して配置される。第１ドレイン領
域４２１、第１ソース領域４２２、第１ゲート絶縁膜４
２７、および第１ゲート電極４２５は、ｐチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４２０を構成する。

【０１６１】第２の活性領域４０６はｐ型ウェル領域に
よって構成され、その中には、ｎ型の第２ドレイン領域
４３１とｎ型の第２ソース領域４３２とが間隔をあけて
形成される。例えばポリシリコンによって形成された第
２ゲート電極４３５が、第２活性領域４０６上に第２ゲ
ート絶縁膜４３７を介して配置される。第２ドレイン領
域４３１、第２ソース領域４３２、第２ゲート絶縁膜４
３７、および第２ゲート電極４３５は、ｎチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４３０を構成する。

【０１６２】第１ドレイン領域４２１と第２ドレイン領
域４３１とは、層間絶縁膜４６０および第１ゲート電極
４２７を貫通して第１ドレイン領域４２１に接する第１
コンタクトプラグＰ１と、層間絶縁膜４６０および第２
ゲート電極４３７を貫通して第２ドレイン領域４３１に
接する第２コンタクトプラグＰ２と、第１上層配線４７
０とによって電気的に接続される。ｐチャネルＭＯＳＦ
ＥＴ４２０とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ４３０とは、相補
型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ４４０を構成する。

【０１６３】第１ソース領域４２２は、層間絶縁膜４６
０および第１ゲート電極４２７を貫通する第３コンタク
トプラグによって第２上層配線４７１に接続され、第２
ソース領域４３２は、層間絶縁膜４６０および第２ゲー
ト電極４３７を貫通する第４コンタクトプラグによって
第３上層配線４７２に接続される。

【０１６４】信号線４５０の各々は、図２に示した第１
転送電極２５ａ、２５ｂと同様に、帯状を呈する主電極
層４５０Ｍと、主電極層４５０Ｍの側面に形成され、肩
が丸まった断面形状を有する副電極層４５０Ｓとを有す
る。各信号線４５０は、それぞれが別々の電気的絶縁膜
ＩＦによって覆われる。

【０１６５】図示の半導体装置４００では、たとえ主電
極層４５０Ｍの各々を０．３μｍ程度の間隔の下に形成
したとしても、隣り合う信号線４５０同士の間隔を容易
に０．２μｍ程度ないしは更に小さくことができ、前記
の間隔を０．１μｍ程度ないしは更に小さくすることも
容易である。比較的低い製造コストの下に集積度を高め
ることが容易である。

【０１６６】以上、実施例による固体撮像素子について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。

【０１６７】特に、電荷転送素子を構成する転送電極の
構成および配置をそれぞれ除いた他の構成は、種々変更
可能である。

【０１６８】例えば、エリア・イメージとして使用され
る固体撮像素子は、多数個の光電変換素子を複数行、複
数列に亘って正方行列状に配置したものであってもよ
い。ここで、「正方行列状」とは、行数と列数とが異な
る場合を含む。

【０１６９】また、エリア・イメージとして使用される
固体撮像素子で垂直電荷転送素子として利用する電荷転
送素子は、１行の光電変換素子行に１本、または３本以
上の転送電極を有するものであってもよい。水平電荷転
送素子として利用する電荷転送素子は、１つの垂直電荷
転送素子あたり２本以上の転送電極を配置することによ
って構成可能である。

【０１７０】垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何
相の駆動信号で駆動するかは、１行の光電変換素子行に
対応する転送電極の数、または１つの垂直電荷転送素子
に対応する転送電極の数や、垂直電荷転送素子または水
平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜選定可能で
ある。リニア・イメージセンサとして利用される固体撮
像素子での電荷転送素子についても同様である。

【０１７１】リニア・イメージセンサとして使用される
固体撮像素子での光電変換素子列の数は、その用途に応
じて適宜選定可能である。

【０１７２】転送電極の製造方法は、図３（Ａ）〜図３
（Ｅ）を用いて説明した方法に限定されるものではな
く、主電極層および副電極層それぞれの材料に応じて適
宜選定される。

【０１７３】例えば、図１５（Ａ）〜図１５（Ｅ）は、
主電極層ＥＭをポリシリコンで形成し、副電極層ＥＳを
金属シリサイドで形成する際の製造工程を概念的に示
す。これらの図に示した構成要素のうち、図３（Ａ）〜
図３（Ｅ）に示した構成要素と共通するものについては
図３（Ａ）〜図３（Ｅ）で用いた参照符号と同じ参照符
号を付してその説明を省略する。

【０１７４】まず、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に
示すように、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した工程と同
様の工程を行って第１の導電層１１０をパターニング
し、主電極層ＥＭを形成する。このとき、第１の導電層
１１０上には、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したストッ
パ層１１５に代えて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜
等の第２の電気的絶縁層１１５Ａを堆積させる。第２の
電気的絶縁層１１５Ａは、エッチングストッパとしての
機能を有していてもよいし、有していなくてもよい。主
電極層ＥＭを形成した後に、レジストマスク１２０を除
去する。

【０１７５】図１５（Ｃ）に示すように、副電極層の材
料として用いる第２の導電層１３０を、第２の電気的絶
縁層１１５Ａ上および第１の電気的絶縁層５の露出面上
に堆積させる。

【０１７６】第２の導電層１３０は、例えばコバルト、
クロム、ニッケル、タングステン、チタン、モリブデ
ン、タンタル等、シリサイドとなり得る金属によって形
成される。第２の導電層１３０の膜厚は、隣り合う２つ
の主電極層ＥＭ間の距離の１／２未満にすることが好ま
しい。

【０１７７】第１の導電層１１０をポリシリコンで形成
した場合には、第２の導電層１２５の堆積に先立って、
主電極層ＥＭの表面に形成された自然酸化膜を例えば気
相フッ酸処理によって除去することが好ましい。

【０１７８】この後、第２の導電層１３０に短時間アニ
ール装置（ＲＴＡ）等を用いて熱処理を施す。この熱処
理は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中
で行う。熱処理条件は、第２の導電層１３０を何によっ
て形成したかに応じて適宜選定される。

【０１７９】上記の熱処理によって、主電極層ＥＭと第
２の導電層１３０とが直接接している領域上においての
み、主電極層ＥＭ側から熱処理条件に応じた範囲に亘っ
て第２の導電層１３０がシリサイドになる。他の箇所に
おいては第２の導電層１３０はシリサイドにならない。
いわゆるサリサイド（セルフアラインシリサイド）であ
る。

【０１８０】図１５（Ｄ）に示すように、シリサイドに
ならなかった第２の導電層１３０をアンモニア、過酸化
水素等を用いて除去し、各主電極層ＥＭの側面上にの
み、シリサイド化された第２の導電層１３０を残す。シ
リサイド化された第２の導電層１３０が副電極層ＥＳと
なる。主電極層ＥＭと副電極層ＥＳとを有する転送電極
が得られる。

【０１８１】図１５（Ｅ）に示すように、第２の電気的
絶縁層１１５Ａを除去する。例えば、第２の電気的絶縁
層１１５Ａとしてシリコン窒化膜を用いた場合には、熱
リン酸によって当該第２の電気的絶縁層１１５Ａを除去
することができる。

【０１８２】副電極層ＥＳを形成した後、必要に応じ
て、副電極層ＥＳに短時間アニール装置等を用いて熱処
理を施し、その導電性を向上させる。この熱処理は、窒
素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行い、
その条件は、副電極層ＥＳの組成に応じて適宜選定され
る。当該熱処理は、図１５（Ｅ）に示した工程を行う前
に実施することもできるし、図１５（Ｅ）に示した工程
を行った後に実施することもできる。

【０１８３】第２の電気的絶縁膜１１５Ａを省略すれ
ば、主電極層ＥＭ上にも金属シリサイド層を形成するこ
とができる。

【０１８４】なお、金属シリサイドによって構成された
副電極層ＥＳは、サリサイド技術を利用して形成する他
に、図３に示した第２の導電層１２５として金属シリサ
イド相を堆積することによっても形成することができ
る。

【０１８５】実施例による固体撮像素子ではパッシベー
ション膜が配置されているが、パッシベーション膜を省
略することも可能である。

【０１８６】図２、図３（Ａ）〜図３（Ｅ）、および図
１５（Ａ）〜図１５（Ｅ）を用いて説明した転送電極の
構成および配置は、固体撮像素子以外の種々の半導体装
置においても、信号線の構成および配置として適用する
ことができる。この構成および配置を利用して信号線を
形成すれば、半導体装置の集積度を向上させることが可
能になる。

【０１８７】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。

【０１８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的低い製造コストの下に、小さなピッチで複数の信
号線を半導体基板上に形成することが容易になる。比較
的低い製造コストの下に半導体装置の集積度を向上させ
ることが可能になる。

【０１８９】また、この信号線を電荷転送素子の転送電
極として利用すれば、個々の光電変換素子の上方にマイ
クロレンズが１つずつ配置されたＣＣＤ型の固体撮像素
子でのマイクロレンズと光電変換素子との距離を比較的
低い製造コストの下に短くすることが容易になる。ＣＣ
Ｄ型の固体撮像素子の感度の低下を抑制しつつ、解像度
を向上させることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による固体撮像素子での光電変換
素子、第１の電荷転送素子、読出しゲート、第２の電荷
転送素子および電荷検出回路の平面配置を示す概略図で
ある。

【図２】図１に示したII−II線に沿った断面での第１転
送電極の構成および配置を示す概略図である。

【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、それぞれ、第１転
送電極の製造工程の一例を示す概念図である。

【図４】図１に示したIV−IV線に沿った断面を示す概略
図である。

【図５】図１に示したII−II線に沿った断面を示す概略
図である。

【図６】第２転送電極の構成および配置を図２に示した
第１転送電極の構成および配置と同様にした水平電荷転
送素子の一例を示す概略図である。

【図７】第２の実施例による固体撮像素子の断面構造を
示す概略図である。

【図８】層間絶縁膜の平坦化に伴う効果を検証するため
に用いた固体撮像素子での光電変換素子、垂直電荷転送
素子、読出しゲート、水平電荷転送素子、および電荷検
出回路の平面配置を示す概略図である。

【図９】図８に示したIX−IX線に沿った断面を示す概略
図である。

【図１０】図８に示した固体撮像素子での赤色画素、緑
色画素、および青色画素それぞれの感度を、対照品での
赤色画素、緑色画素、および青色画素それぞれの感度を
１としたときの相対値で示すグラフである。

【図１１】図８に示した固体撮像素子での赤色画素、緑
色画素、および青色画素それぞれの水平シェーディング
率を、対照品での赤色画素、緑色画素、および青色画素
それぞれの水平シェーディング率を１としたときの相対
値で示すグラフである。

【図１２】図８に示した固体撮像素子の感度と撮像光学
系のＦ値との関係を、Ｆ値が８のときの感度を１とした
ときの相対値で示すグラフである。

【図１３】第３の実施による固体撮像素子での光電変換
素子、電荷転送素子、読出しゲート、電荷検出回路、お
よび掃き出しドレインの平面配置を示す概略図である。

【図１４】第４の実施例による半導体装置での信号線の
構成および配置を概略的に示す断面図である。

【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｅ）は、それぞれ、
転送電極の主電極層をポリシリコンで形成し、副電極層
を金属シリサイドで形成する際の製造工程の一例を示す
概念図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、 １０…光電変換素子、 ２０…第１
の電荷転送素子、 ２３…第１の電荷転送チャネル（垂
直電荷転送チャネル）、 ２５ａ〜２５ｅ…第１転送電
極、 ２５ａＭ、２５ｂＭ、ＥＭ…主電極層、 ２５ａ
Ｓ、２５ｂＳ、ＥＳ…副電極層、 ３０…読出しゲー
ト、 ４０、４０Ａ…第２の電荷転送素子、 ４０Ｂ…
電荷転送素子、 ４３…第２の電荷転送素子（水平電荷
転送素子）、 ４５ａ〜４５ｂ…第２転送電極、 ５０
…電荷検出回路、 ６５…光遮蔽膜、 ７０、７０Ａ…
層間絶縁膜、 ７５…パッシベーション膜、 ８０…第
１の平坦化膜、 ９５…マイクロレンズ、 １００、１
５０、２００、３００…固体撮像素子、 １１０…第１
の導電層、 １２５、１３０…第２の導電。

フロントページの続き (72)発明者 小川 和明 宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者 蜂谷 透 宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者 安海 貞二 宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA10 CA02 CA32 DA18 DD04 DD09 DD12 FA06 FA07 GB04 GC07 GD04 GD07 5C024 CX37 CX41 CY47 EX43 EX52 GY01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列
   状に配置された多数個の光電変換素子と、 １列の光電変換素子列に１つずつ対応して前記半導体基
   板の一表面に形成され、各々が、対応する光電変換素子
   列に沿って延在する第１電荷転送チャネルと、 １行の光電変換素子行に少なくとも１本ずつ対応して前
   記半導体基板の一表面上に電気的絶縁膜を介して配置さ
   れ、各々が、(i) 前記第１電荷転送チャネルの各々と平
   面視上交差して配置された第１主電極層と、(ii)該第１
   主電極層の側面上に形成された第１副電極層とを有し、
   隣り合うもの同士が互いに間隔をあけて配置された複数
   本の第１転送電極と、 前記半導体基板の一表面に形成され、前記第１電荷転送
   チャネルの各々と電気的に接続可能な第２電荷転送チャ
   ネルと、 前記半導体基板の一表面上に電気的絶縁膜を介して配置
   され、各々が前記第１電荷転送チャネルの各々と平面視
   上交差する第２転送電極とを備えた固体撮像素子。
2. 【請求項２】 さらに、 前記第１転送電極の各々および前記第２転送電極の各々
   から電気的に分離されて該第１転送電極の各々および該
   第２転送電極の各々を平面視上覆い、前記光電変換素子
   それぞれの上方に開口部を１つずつ有する光遮蔽膜と、 シリコン酸化物系材料によって形成されて前記光遮蔽膜
   と前記開口部の各々とを平面視上覆い、平坦な上面を有
   する層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを
   備えた請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記第２転送電極の各々が、(i) 前記第
   ２電荷転送チャネルと平面視上交差して配置された第２
   主電極層と、(ii)該第２主電極層の側面上に形成された
   第２副電極層とを有する請求項１または請求項２に記載
   の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 隣り合う第１転送電極同士が、幅０．１
   μｍ以下の間隔をあけて配置される請求項１〜請求項３
   のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
5. 【請求項５】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に少なくとも１列に配置された
   多数個の光電変換素子と、 １列の光電変換素子列に１つずつ対応して前記半導体基
   板の一表面に形成され、各々が、対応する光電変換素子
   列に沿って延在する電荷転送チャネルと、 １つの電荷転送チャネルに１群ずつ対応して前記半導体
   基板の一表面上に電気的絶縁膜を介して配置され、各群
   が、互いに間隔をあけて配置された複数本の転送電極に
   よって構成されると共に、該転送電極の各々が、(i) 対
   応する電荷転送チャネルと平面視上交差して配置された
   主電極層と、(ii)該主電極層の側面上に形成された副電
   極層とを有する転送電極群とを備えた固体撮像素子。
6. 【請求項６】 さらに、 シリコン酸化物系材料によって形成されて前記転送電極
   群の全てを平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶縁
   膜と、 前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを
   備えた請求項５に記載の固体撮像素子。
7. 【請求項７】 隣り合う転送電極同士が、幅０．１μｍ
   以下の間隔をあけて配置される請求項５または請求項６
   に記載の固体撮像素子。
8. 【請求項８】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列
   状に配置された多数個の光電変換素子と、 １列の光電変換素子列に１つずつ対応して配置され、各
   々が、対応する光電変換素子の各々からの電荷の読み出
   し、および該電荷の転送を行うことができる第１の電荷
   転送素子と、 前記第１の電荷転送素子の各々と電気的に接続可能な第
   ２の電荷転送素子と、 前記第１の電荷転送素子の全て、および前記第２の電荷
   転送素子から電気的に分離されて該第１の電荷転送素子
   の各々および該第２の電荷転送素子を平面視上覆い、前
   記光電変換素子それぞれの上方に開口部を１つずつ有す
   る光遮蔽膜と、 シリコン酸化物系材料によって形成されて前記光遮蔽膜
   および前記開口部を平面視上覆い、平坦な上面を有する
   層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを
   備えた固体撮像素子。
9. 【請求項９】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に少なくとも１列に配置された
   多数個の光電変換素子と、 １列の光電変換素子列に１つずつ対応して配置された電
   荷転送素子と、 シリコン酸化物系材料によって形成されて前記電荷転送
   素子の全てを平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶
   縁膜と、 前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを
   備えた固体撮像素子。
10. 【請求項１０】 (I) 半導体基板と、(II)前記半導体基
    板の一表面に少なくとも１列に配置された多数個の光電
    変換素子と、(III) １列の光電変換素子列に１つずつ対
    応して配置され、各々が、(i) 前記半導体基板の一表面
    に形成されて、対応する光電変換素子列に沿って延在す
    る電荷転送チャネルと、(ii)前記半導体基板の一表面上
    に電気的絶縁膜を介し配置されて、前記電荷転送チャネ
    ルと平面視上交差する複数本の転送電極とを有する電荷
    転送素子とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
    （Ａ）前記半導体基板の一表面に、所定数の前記電荷転
    送チャネルを形成する工程と、（Ｂ）前記半導体基板の
    一表面に前記電気的絶縁膜を形成し、その上に第１の導
    電層を形成する工程と、（Ｃ）前記第１の導電層をパタ
    ーニングして、隣り合うもの同士が互いに間隔をあけて
    配置され、各々が別々の転送電極の一部を構成する複数
    の主電極層を形成する工程と、（Ｄ）前記主電極層の各
    々を覆う第２の導電層を形成する工程と、（Ｅ）前記第
    ２の導電層をパターニングして、前記主電極層それぞれ
    の側面上に副電極層を形成する工程と、（Ｆ）前記半導
    体基板の一表面に、前記電荷転送チャネルの１本に１列
    ずつ対応させて光電変換素子列を形成する工程とを含む
    固体撮像素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 さらに、（Ｇ）前記電荷転送素子の全
    てと前記光電変換素子の各々とを平面視上覆い、平坦な
    上面を有する層間絶縁膜をシリコン酸化物系材料を用い
    て形成する工程と、（Ｈ）前記層間絶縁膜上にパッシベ
    ーション膜を形成する工程とを含む請求項１０に記載の
    固体撮像素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 さらに、（Ｉ）前記工程（Ｆ）に続い
    て、前記転送電極の各々から電気的に分離されて該転送
    電極の各々を平面視上覆い、前記光電変換素子それぞれ
    の上方に開口部を１つずつ有する光遮蔽膜を形成する工
    程を含む請求項１０または請求項１１に記載の固体撮像
    素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に形成された電気的絶縁膜と、 前記電気的絶縁膜上に配置され、各々が、(i) 主導電層
    と、(ii)該主導電層の側面上に形成された副導電層とを
    有し、隣り合うもの同士が互いに間隔をあけて配置され
    た複数本の信号線とを備えた半導体装置。
14. 【請求項１４】 複数本の信号線を備えた半導体装置の
    製造方法であって、（Ａ）半導体基板の一表面に電気的
    絶縁膜を形成する工程と、（Ｂ）前記電気的絶縁膜上に
    第１の導電層を形成する工程と、（Ｃ）前記第１の導電
    層をパターニングして、信号線を構成する主導電層を複
    数箇所に形成する工程と、（Ｄ）前記主導電層の各々を
    覆う第２の導電層を形成する工程と、（Ｅ）前記第２の
    導電層をパターニングして、前記主導電層それぞれの側
    面上に副導電層を形成する工程とを含む半導体装置の製
    造方法。