JP2003332559A

JP2003332559A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003332559A
Application number: JP2002134009A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Goto; 浩之後藤; Koichi Mizobuchi; 孝一溝渕; Yoshikazu Miura; 義和三浦
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームや真空紫外領域の光を高感度、高解
像度で直接検出および撮像でき、さらに低コストである
固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】電子ビームまたは光を受けて信号電荷を生
成する信号電荷生成部および信号電荷を転送する信号電
荷転送部とが形成された半導体基板１０と、信号電荷生
成部と信号電荷転送部における半導体基板１０上に形成
された絶縁膜１３とを有し、信号電荷生成部における絶
縁膜１３の膜厚Ｔａは他の部分の膜厚Ｔｂよりも薄く形
成されている構成とする。さらに、信号電荷生成部を除
いて、絶縁膜１３の上層に導電膜１５が形成されている
構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置および
その製造方法に関し、特に電荷結合素子を有する固体撮
像装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームの応用は、電子顕微鏡をはじ
めとする各種分析装置の分野や、昨今においては半導体
装置の製造用フォトマスクの製造および検査装置の分野
において用いられている。さらには０．１μｍ以下のレ
ジストパターンをシリコンウェハ上に直接形成する電子
ビームリソグラフィーの分野に展開されつつある。

【０００３】このように電子ビームの応用分野が広がっ
てきたことに伴い、これらの各分野で電子ビームを撮像
するデバイスに対する要求がありながら、その実用例は
極めて限定されていた。

【０００４】図６は、上述の電子ビームを撮像するデバ
イスの一例の断面図である。ＣＣＤ（電荷結合素子）な
どの撮像デバイス１００上に、光ファイバを束ねた構造
であるファイバオプティックプレート１０１を設け、そ
の上面に電子ビームが入射すると蛍光を発するシンチレ
ータ（蛍光面）１０２を密着させた構造である。シンチ
レータ１０２に電子ビームが入射すると蛍光Ｆが発せら
れ、この蛍光Ｆがファイバオプティックプレート１０１
を構成する各光ファイバ中を伝送して、撮像デバイス１
００に達し、検出される。即ち、電子ビームを一旦光信
号に変換して、検出するものである。

【０００５】一方、ＣＣＤ、ＣＭＯＳエリアセンサまた
はラインセンサなどのシリコン撮像デバイスとしては、
紫外線、可視光、赤外線の波長領域の光に対しては感度
を有するものが多数報告されているが、電子ビームを直
接検出して撮像するデバイスは知られていない。

【０００６】例えば、図７は仮想ゲート構造を持った２
相駆動型ＣＣＤの断面図である。シリコン半導体基板１
１０に埋め込みチャネル（不図示）が形成されており、
その上層に例えば酸化シリコンのゲート絶縁膜１１１が
形成されており、その上層に例えばポリシリコンからな
る第１ゲート電極１１２および第２ゲート電極１１３が
一部重なり合うようにして形成されている。第１および
第２ゲート電極（１１２，１１３）は、第１ゲート電極
１１２の表面に形成された酸化シリコン膜１１２ａによ
り絶縁されている。第１および第２ゲート電極（１１
２，１１３）の上層に全面に酸化シリコンの層間絶縁膜
１１４が形成されている。また、第１および第２ゲート
電極（１１２，１１３）の間隙部において、ゲート絶縁
膜１１１の下層に反転層１１０ａが形成されており、仮
想ゲート領域を構成する。上記のように、第１および第
２ゲート電極（１１２，１１３）と仮想ゲートとから一
つのＣＣＤセル（ピクセル）が構成されており、これら
が信号電荷の転送方向に繰り返し形成されている。上記
の構成においては、仮想ゲート領域が受光部となる。入
射光Ｌは層間絶縁膜１１４を透過してシリコン半導体基
板１１０の表層部分に設けられたｎｐあるいはｐｎｐ接
合ダイオードなどのフォトダイオードに達し、信号電荷
が生成される。生成された信号電荷は、上記の構成のＣ
ＣＤセルの転送方向に転送され、電気信号として取り出
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
図６に示す電子ビームを撮像するデバイスは、解像度が
ファイバオプティックプレート１０１を構成する光ファ
イバ１本の大きさに制限されること、光ファイバからな
るファイバオプティックプレート１０１と撮像デバイス
１００の画素との精度のよいアライメントが困難である
こと、コストが高いことなどの問題点が指摘されてい
る。

【０００８】また、上記の図７に示すようなシリコン撮
像デバイスは、上述のように電子ビームに対する感度が
ない。これは、例えば図７において説明すると、層間絶
縁膜１１４は、多層配線間の絶縁膜や配線パッシベーシ
ョン膜として、膜厚が総計で２μｍ程度の酸化シリコン
膜の堆積が必要となり、この厚い酸化シリコン膜を電子
ビームが透過し、シリコン半導体基板１１０中のフォト
ダイオードに達することが困難であるためである。さら
に、電子ビーム照射により酸化シリコン膜がチャージア
ップしてしまうため、電子ビームを直接検出して撮像す
ることが困難となっている。

【０００９】電子ビーム以外にも、真空紫外領域の光
（１００〜２００ｎｍの波長範囲の光）についても、こ
れを撮像するデバイスに対する要求がありながら、十分
な感度を持つ固体撮像装置が知られておらず、その開発
が望まれていた。

【００１０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明は、電子ビームや真空紫外領域の光を
高感度、高解像度で直接検出および撮像でき、さらに低
コストである固体撮像装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、電子ビームまたは光を受
けて信号電荷を生成する信号電荷生成部および前記信号
電荷を転送する信号電荷転送部とが形成された半導体基
板と、前記信号電荷生成部と前記信号電荷転送部におけ
る前記半導体基板上に形成された絶縁膜とを有し、前記
信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚は他の部分よ
りも薄く形成されている。

【００１２】上記の本発明の固体撮像装置は、好適に
は、前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚は、
前記信号電荷生成部に入射する電子ビームまたは光のエ
ネルギーに応じて設定されている。

【００１３】上記の本発明の固体撮像装置は、好適に
は、前記信号電荷生成部を除いて、前記絶縁膜の上層に
導電膜が形成されている。さらに好適には、前記導電膜
は、前記信号電荷生成部の一部においても形成されてい
る。また、さらに好適には、前記導電膜は、前記半導体
基板あるいは他の配線に接続されている。また、好適に
は、前記絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記信号電荷
生成部における前記絶縁膜の膜厚が１０〜４００ｎｍで
ある。

【００１４】上記の本発明の固体撮像装置は、好適に
は、前記絶縁膜が、少なくとも第１絶縁膜と、前記第１
絶縁膜の上層に形成され、前記第１絶縁膜とは異なるエ
ッチング速度をとることができる第２絶縁膜との積層体
を含み、前記信号電荷生成部において、前記第１絶縁膜
が露出するまで前記第２絶縁膜が除去されている。ま
た、好適には、前記第１絶縁膜が酸化シリコン膜であ
り、前記信号電荷生成部における前記第１絶縁膜の膜厚
が１０〜４００ｎｍである。

【００１５】上記の本発明の固体撮像装置によれば、電
子ビームまたは光を受けて信号電荷を生成する信号電荷
生成部と、信号電荷を転送する信号電荷転送部とが形成
された半導体基板上に絶縁膜が形成され、信号電荷生成
部における絶縁膜の膜厚は他の部分よりも薄く形成され
ている。従って、信号電荷生成部において他の部分より
も薄く形成されている絶縁膜を電子ビームが透過し、半
導体基板中の信号電荷生成部に達することができる。ま
た、真空紫外領域の光に対しても絶縁膜を透過する光量
が高まり、十分な感度を持つ。さらに、信号電荷生成部
を除いて絶縁膜の上層に導電膜が形成されて構成では、
電子ビームの照射によりチャージアップしても速やかに
除電することができる。

【００１６】また、上記の目的を達成するため、本発明
の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に電子ビーム
または光を受けて信号電荷を生成する信号電荷生成部お
よび前記信号電荷を転送する信号電荷転送部とを形成す
る工程と、前記信号電荷生成部と前記信号電荷転送部に
おける前記半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚が他の部
分よりも薄くなるように、前記絶縁膜を薄膜化する工程
とを有する。

【００１７】前記本発明の固体撮像装置の製造方法は、
好適には、前記絶縁膜を薄膜化する工程の後に、前記信
号電荷生成部を除く領域において、前記絶縁膜の上層に
導電膜を形成する工程をさらに有する。

【００１８】前記本発明の固体撮像装置の製造方法は、
好適には、前記絶縁膜を形成する工程が、少なくとも第
１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜の上層に前
記第１絶縁膜とは異なるエッチング速度をとることがで
きる第２絶縁膜を形成する工程とを含み、前記信号電荷
生成部において前記絶縁膜を薄膜化する工程において
は、前記信号電荷生成部において、前記第１絶縁膜に対
して前記第２絶縁膜を選択的に除去する条件のエッチン
グにより、前記第１絶縁膜が露出するまで前記第２絶縁
膜を除去する。

【００１９】上記の本発明の固体撮像装置の製造方法で
は、半導体基板に電子ビームまたは光を受けて信号電荷
を生成する信号電荷生成部および信号電荷を転送する信
号電荷転送部とを形成する。次に、信号電荷生成部と信
号電荷転送部における半導体基板上に、絶縁膜を形成す
る。次に、信号電荷生成部における絶縁膜の膜厚が他の
部分よりも薄くなるように、絶縁膜を薄膜化する。上記
の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板上の絶
縁膜として、信号電荷生成部において他の部分よりも薄
く形成し、この絶縁膜を電子ビームや真空紫外領域の光
が透過する量を増加させ、感度を高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態にか
かる固体撮像装置とその製造方法について、図面を参照
して説明する。本発明の固体撮像装置としては、仮想ゲ
ート型ＣＣＤをはじめとして、インターライン方式ＣＣ
Ｄや、ＣＭＯＳラインセンサおよびエリアセンサなど、
表面照射型撮像装置に対してその方式に関わらず適用で
きる。以下においては、単相駆動方式の仮想ゲート型Ｃ
ＣＤについて説明するが、これに限定されるものではな
い。

【００２１】第１実施形態図１（ａ）は本実施形態に係る固体撮像装置の平面図、
図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図、
図１（ｃ）は図１（ａ）中のＢ−Ｂ’における断面図で
ある。シリコン半導体基板１０に埋め込みチャネル（不
図示）が形成されており、その上層に例えば酸化シリコ
ンのゲート絶縁膜１１が形成されており、その上層に例
えばポリシリコンからなるゲート電極１２が一の方向に
延伸するように形成されている。ゲート電極１２の上層
に全面に酸化シリコンからなる第１層間絶縁膜１３ａが
形成されており、その上層にゲート電極１２と直交する
方向に延伸するように、ポリシリコンあるいは金属など
の導電層からなる上層配線１６が形成されている。さら
に、上層配線１６の上層に全面に酸化シリコンの第２層
間絶縁膜１３ｂが形成されている。上層配線１６が設け
られている部分は、十分な耐圧が得られるような膜厚の
絶縁膜とする。第１層間絶縁膜１３ａおよび第２層間絶
縁膜１３ｂなどの多層配線間の絶縁膜や配線パッシベー
ション膜をまとめて単に層間絶縁膜１３と称する。層間
絶縁膜１３の膜厚は総計で２μｍ程度となる。

【００２２】２本のゲート電極１１と２本の上層配線１
６で囲まれた領域におけるシリコン半導体基板１０の表
層部分が信号電荷生成部となり、電子ビームや真空紫外
領域の光などが層間絶縁膜１３を透過して信号電荷生成
部に達すると信号電荷が生成される。

【００２３】また、上記の２本のゲート電極１１と２本
の上層配線１６で囲まれた領域は、仮想ゲート領域とな
り、ゲート電極１２と仮想ゲートとから一つのＣＣＤセ
ルが構成される。例えば上層配線１６の下方のシリコン
半導体基板１０中に、信号電荷の転送方向を区分するチ
ャネルストップ（不図示）が設けられている。この転送
方向に上記のＣＣＤセルが繰り返し形成されて、信号電
荷転送部が構成される。上記のように、シリコン半導体
基板１０中に信号電荷生成部と信号電荷転送部が構成さ
れており、信号電荷生成部において生成された信号電荷
は、信号電荷転送部により転送され、電気信号として取
り出される。

【００２４】上記の信号電荷生成部に相当する領域にお
いて、層間絶縁膜１３の途中までの深さの凹部Ｄが設け
られている。凹部Ｄ内の層間絶縁膜１３の膜厚Ｔａは、
他の部分における層間絶縁膜１３の膜厚Ｔｂよりも薄く
形成されている。膜厚Ｔａは信号電荷生成部に入射する
電子ビームまたは光のエネルギーに応じて設定されてお
り、例えば１０〜４００ｎｍの範囲で決められた膜厚に
制御されている。他の部分における層間絶縁膜１３の膜
厚Ｔｂは、例えば２μｍ程度となっている。

【００２５】例えば電子ビームを入射させる場合、信号
電荷生成部における層間絶縁膜１３の膜厚Ｔａとして
は、電子ビーム自体が透過可能であり、さらに適度にエ
ネルギーが減衰されるように設定する。電子ビームのエ
ネルギーが高すぎる場合、シリコン結晶と電子の衝突に
よるインパクトイオン化によりホール・電子対が発生
し、電子が過度に増倍する他、ホットキャリアの発生に
よりＣＣＤあるいはトランジスタの転送ゲートなどに酸
化膜トラップとして閾値を変化させ、転送ゲートが機能
しなくなる問題を発生させることがあるからである。下
記の実施例１の結果を参照して、膜厚Ｔａとしては、例
えば１０〜４００ｎｍの範囲で決められた膜厚に制御さ
れる。また、真空紫外領域の光を入射させる場合にも、
層間絶縁膜１３が厚すぎると透過する量が減少し、感度
が低くなってしまうが、信号電荷生成部における層間絶
縁膜１３の膜厚Ｔａを他の領域より薄くすることで、真
空紫外領域の光に対する感度を高めることができる。

【００２６】また、上記の信号電荷生成部に相当する凹
部Ｄを除いて全面に、層間絶縁膜１３の上層にアルミニ
ウムなどからなる導電膜１５が形成されている。この導
電膜１５は、例えばシリコン半導体基板１０あるいはそ
の他の内部回路に接続され、バイアスあるいはクロック
が印加される、あるいはシリコン半導体基板１０と同電
位とされる。あるいは、例えばワイヤボンディングやＴ
ＡＢなどにより固体撮像装置外部に接続され、外部から
バイアスあるいはクロックが印加される、接地される、
あるいは、シリコン半導体基板１０と同電位とされる。
あるいは、上記の内容を組み合わせて、固体撮像装置内
部でシリコン半導体基板１０に接続され、かつ外部でも
接地される構成としてもよい。また、いずれにも接続さ
れない構成でもよい。

【００２７】上記の導電膜１５としては、最上層配線を
兼用して形成してもよい。この場合、最上層の配線形成
工程で、導電膜が予め信号電荷生成部に残らないように
し、信号電荷生成部の周囲に残されるように形成する。
その後、信号電荷生成部の絶縁膜を除去する工程を行う
ことで、本発明の構造の固体撮像装置を得ることができ
る。但し、この方法では、最上層の配線の上にパッシベ
ーション膜を堆積できないので、腐食性に強い材料から
導電膜を形成する必要があり、例えばタングステンなど
を用いる。

【００２８】上記の本実施形態の固体撮像装置は、信号
電荷生成部に相当する領域において、層間絶縁膜１３の
途中までの深さの凹部Ｄが設けられており、信号電荷生
成部における層間絶縁膜１３が薄膜化されているため、
他の部分よりも薄く形成されている絶縁膜を電子ビーム
が透過し、シリコン半導体基板１０中の信号電荷生成部
に達することができる。また、真空紫外領域の光に対し
ても絶縁膜における透過率が高まり、十分な感度を持
つ。さらに、信号電荷生成部を除いて絶縁膜の上層に導
電膜が形成されて構成では、電子ビームの照射によりチ
ャージアップしても速やかに除電することができる。導
電膜がグラウンドや所定のバイアス、あるいはクロック
などの他の配線に接続されている構成では、さらに除電
効果を促進できる。上記の本実施形態の固体撮像装置
は、電子ビームや真空紫外領域の光を高感度、高解像度
で直接検出および撮像できる。

【００２９】次に、上記の本実施形態の固体撮像装置の
製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すよ
うに、シリコン半導体基板１０に、ゲート絶縁膜１１を
形成してチャネルストップなどを形成し、ゲート絶縁膜
１１上に例えばポリシリコンを堆積させ、ゲートパター
ンに加工してゲート電極１２を形成する。ゲート電極１
２をマスクとして不純物を注入するなどにより、シリコ
ン半導体基板１０中に信号電荷生成部および信号電荷転
送部となるＣＣＤセルを形成する。例えばＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
などにより酸化シリコンを堆積させ、ゲート電極１２の
上層に全面に層間絶縁膜１３を形成する。この説明では
上層配線などの形成を省略しており、多層配線間の絶縁
膜や配線パッシベーション膜をまとめて層間絶縁膜１３
とする。

【００３０】次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、信号電荷生成部に相当する領
域を開口するパターンのレジスト膜１４を形成する。次
に、レジスト膜１４をマスクとして反応性イオンエッチ
ングなどのエッチングを行い、層間絶縁膜１３の途中ま
での深さの凹部Ｄを形成する。このとき、信号電荷生成
部において残される層間絶縁膜１３の膜厚が所望の値と
なるように、エッチングを制御する。

【００３１】次に、図２（ｃ）に示すように、レジスト
膜１４を除去した後、例えばスパッタリング法によりア
ルミニウムなどを堆積させ、導電膜１５を形成し、凹部
Ｄの内部（凹部Ｄの底部および側面）を開口するパター
ンのレジスト膜を形成し、凹部Ｄの内部の導電膜１５を
エッチングにより除去する。以上で、図１に示す固体撮
像装置を製造することができる。

【００３２】上記の本実施形態の固体撮像装置の製造方
法によれば、シリコン半導体基板上の層間絶縁膜とし
て、信号電荷生成部において他の部分よりも薄く形成す
ることにより、この層間絶縁膜を電子ビームや真空紫外
領域の光が透過する量を増加させ、感度を高めることが
できる。

【００３３】第２実施形態図３は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
実質的に第１実施形態に係る固体撮像装置と同様の構成
であり、層間絶縁膜が下層側から第１酸化シリコン膜１
３ｃ、窒化シリコン膜１３ｄ、第２酸化シリコン膜１３
ｅの３層構成となっており、信号電荷生成部における凹
部として、第１酸化シリコン膜１３ｃが露出するまで第
２酸化シリコン膜１３ｅおよび窒化シリコン膜１３ｄが
除去されていることが異なる。窒化シリコンに対して酸
化シリコンを選択的にエッチングする条件を使用して、
第２酸化シリコン膜１３ｅをエッチングする。このと
き、窒化シリコン膜１３ｄが第２酸化シリコン膜１３ｅ
をエッチングするときのエッチングストッパとなる。次
に、酸化シリコンに対して窒化シリコンを選択的にエッ
チングする条件を使用して、窒化シリコン膜１３ｄをエ
ッチングする。このようにして、凹部Ｄの底部に第１酸
化シリコン膜１３ｃのみを制御よく残すことができる。

【００３４】上記の本実施形態の固体撮像装置の製造方
法について説明する。まず、第１実施形態と同様に、図
４（ａ）に示すように、シリコン半導体基板１０中に信
号電荷生成部および信号電荷転送部となるＣＣＤセルを
形成し、例えばＣＶＤ法などにより酸化シリコンを堆積
させて第１酸化シリコン膜１３ｃを形成し、次に、ＣＶ
Ｄ法などにより窒化シリコンを２０〜３０ｎｍの膜厚で
堆積させて窒化シリコン膜１３ｄを形成し、次に、ＣＶ
Ｄ法などにより酸化シリコンを堆積させて第２酸化シリ
コン膜１３ｅを形成し、３層構成の層間絶縁膜を形成す
る。

【００３５】次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー工程により、信号電荷生成部に相当する領
域を開口するパターンのレジスト膜１４を形成する。次
に、レジスト膜１４をマスクとして、窒化シリコン対し
て酸化シリコンを選択的に除去する条件のエッチングに
より、窒化シリコン膜１３ｄの表面が露出するまで第２
酸化シリコン膜１３ｅを除去する。さらに酸化シリコン
に対して窒化シリコンを選択的に除去する条件のエッチ
ングにより、第１酸化シリコン膜１３ｃの表面が露出す
るまで窒化シリコン膜１３ｄを除去し、凹部Ｄを形成す
る。この結果、信号電荷生成部においては第１酸化シリ
コン膜１３ｃのみが残されることになる。この第１酸化
シリコン膜１３ｃの形成工程では、膜厚が所望の値とな
るように、膜厚を制御して形成する。

【００３６】次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト
膜１４を除去した後、例えばスパッタリング法によりア
ルミニウムなどを堆積させ、導電膜１５を形成し、凹部
Ｄ底部を開口するパターンのレジスト膜を形成し、凹部
Ｄ底部の導電膜１５をエッチングにより除去する。第１
実施形態においては凹部の内側の側面の導電膜も除去し
ているが、本実施形態のように残していてもよい。以上
で、図３に示す固体撮像装置を製造することができる。

【００３７】上記の本実施形態の固体撮像装置は、第１
実施形態と同様に、電子ビームや真空紫外領域の光を高
感度、高解像度で直接検出および撮像できる。

【００３８】第３実施形態図５（ａ）は本実施形態に係る固体撮像装置の平面図で
あり、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＡ−Ａ’における断
面図である。図面上は２つの信号電荷生成部について示
している。実質的に第１実施形態に係る固体撮像装置と
同様の構成であり、信号電荷生成部である凹部Ｄの底面
の一部において、導電膜１５に接続するように格子状の
配線１５ａを設けていることが異なる。上記のような構
成では、電子ビームに対する感度が若干下がる可能性が
あるが、電子ビームのエネルギーが高い場合や画素、即
ち信号電荷生成部の面積が大きい場合など、電子ビーム
の照射によってより帯電しやすい状況に有効である。格
子状の配線１５ａの本数、太さ、縦方向と横方向の本数
などは使用状況を考慮して適切に配置を行う。

【００３９】上記の本実施形態の固体撮像装置は、第１
実施形態と同様に、電子ビームや真空紫外領域の光を高
感度、高解像度で直接検出および撮像できる。

【００４０】（実施例１）第１実施形態に示す固体撮像
装置において、層間絶縁膜である酸化シリコン膜を透過
してシリコン半導体基板に電子ビームを照射すると想定
して、電子ビームの初期エネルギー（Ｅ₀ ）を変えたと
きに、酸化シリコン膜を透過して最終エネルギーが１０
ｅＶとなるような酸化シリコン膜の膜厚（Ｔ）をシミュ
レーションにより求めた。結果を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１に示すように、酸化シリコン膜を透過
して最終エネルギーが１０ｅＶとなる酸化シリコン膜の
膜厚は電子ビームの初期エネルギーに依存しており、電
子ビームの初期エネルギーを５００ｅＶから５０００ｅ
Ｖまで変化させると最終エネルギーが１０ｅＶとなる膜
厚も変化した。従って、信号電荷生成部における酸化シ
リコン膜の膜厚としては、入射する電子ビームのエネル
ギーに応じて設定し、例えば１０〜４００ｎｍの範囲で
決められた膜厚とすることが必要であることが確認され
た。暗電流防止のために、信号電荷生成部にＰＮＰダイ
オードが採用される場合もあるが、この場合にはシリコ
ン表面よりやや深い位置に電子が到達しないと検出され
ない。そこで、このような場合には、検出可能領域（空
乏層）に達するまでの電子ビームエネルギーを考慮し、
表１よりも薄い酸化シリコンの膜厚とする必要がある。

【００４３】（実施例２）第１実施形態に示す固体撮像
装置において、層間絶縁膜である酸化シリコン膜を透過
してシリコン半導体基板に真空紫外領域の光を照射する
ことを想定して、真空紫外領域の光の波長（λ）を変え
たときに、酸化シリコン膜を９９．６％透過する酸化シ
リコン膜の膜厚（Ｔ）を求めた。結果を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】真空紫外領域の光は、酸化シリコン膜の膜
厚によって透過率が低下してしまい、１６３ｎｍの波長
では、９９．６％透過するためには、酸化シリコン膜の
膜厚を２００ｎｍ程度にしなければならないため、本実
施形態の固体撮像装置にように層間絶縁膜の膜厚を薄く
することで真空紫外領域の光を撮像できるようになるこ
とがわかった。

【００４６】（実施例３）第１実施形態に示す固体撮像
装置の信号電荷生成部において、酸化シリコン膜の膜厚
を５５〜２４０ｎｍの範囲で種々に変更した本発明構造
の信号電荷生成部と、膜厚２０００ｎｍの酸化シリコン
膜からなる層間絶縁膜を有する従来構造の信号電荷生成
部とを形成し、量信号電荷生成部に１５７ｎｍの波長の
Ｆ₂ レーザ光を照射し、出力値（感度）の比較を行っ
た。結果を表３および表４に示す。表中、Ｔは酸化シリ
コン膜厚を示し、感度を示す出力値は相対値であり、表
３はＦ₂ レーザ光の出力は、０．５ｍＪ／ｃｍ² ／パル
スとしたときの結果を、表４は１．０ｍＪ／ｃｍ² ／パ
ルスとしたときの結果を示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】表３および表４から、真空紫外領域の光
（１５７ｎｍ）に対して感度を向上させるため、層間絶
縁膜を構成する酸化シリコン膜の膜厚として、信号電荷
生成部において他の領域よりも薄く形成することが効果
的であることが確認された。

【００５０】本発明は、上記の実施形態に限定されな
い。例えば、ＣＣＤ転送部としては、仮想ゲート構造を
有さなくてもよく、単相駆動方式の他、二相以上の駆動
方式でもよい。層間絶縁膜の構成は、単層構成でも多層
構成でもよい。シリコン半導体基板中の構成は特に限定
されなく、信号電荷生成部と、この信号を転送するＣＣ
Ｄなどの転送部とを有する構成であればよい。また、仮
想ゲート型ＣＣＤの他、インターライン方式ＣＣＤや、
ＣＭＯＳラインセンサおよびエリアセンサなど、表面照
射型撮像装置に対して適用できる。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置によれば、信号電
荷生成部において他の部分よりも薄く形成されている絶
縁膜を電子ビームが透過し、半導体基板中の信号電荷生
成部に達することができる。また、真空紫外領域の光に
対しても絶縁膜を透過する光量が高まり、十分な感度を
持つ。さらに、信号電荷生成部を除いて絶縁膜の上層に
導電膜が形成されて構成では、電子ビームの照射により
チャージアップしても速やかに除電することができる。

【００５２】また、本発明の固体撮像装置の製造方法に
よれば、半導体基板上の絶縁膜として、信号電荷生成部
において他の部分よりも薄く形成し、この絶縁膜を電子
ビームや真空紫外領域の光が透過する量を増加させ、感
度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は第１実施形態に係る固体撮像装置
の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ’におけ
る断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＢ−Ｂ’におけ
る断面図である。

【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態に係る固体
撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。

【図３】図３は第２実施形態に係る固体撮像装置の断面
図である。

【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態に係る固体
撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。

【図５】図５（ａ）は第３実施形態に係る固体撮像装置
の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＡ−Ａ’
における断面図である。

【図６】図６は第１従来例に係る固体撮像装置の断面図
である。

【図７】図７は第２従来例に係る固体撮像装置の断面図
である。

【符号の説明】

１０…シリコン半導体基板、１１…ゲート絶縁膜、１２
…ゲート電極、１３…層間絶縁膜、１３ａ…第１層間絶
縁膜、１３ｂ…第２層間絶縁膜、１３ｃ…第１酸化シリ
コン膜、１３ｄ…窒化シリコン膜、１３ｅ…第２酸化シ
リコン、１４…レジスト膜、１５…導電膜、１５ａ…配
線、１６…上層配線、１００…撮像デバイス、１０１…
ファイバオプティックプレート、１０２…シンチレー
タ、１１０…シリコン、１１０ａ…反転層、１１１…ゲ
ート絶縁膜、１１２…第１ゲート電極、１１２ａ…酸化
シリコン膜、１１３…第２ゲート電極、１１４…層間絶
縁膜、Ｄ…凹部、ＥＢ…電子ビーム、Ｌ…入射光、Ｆ…
蛍光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦義和茨城県稲敷郡美浦村木原2350番地日本テキサス・インスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 FF05 GG21 JJ05 JJ37 4M118 AB01 AB10 BA10 CA12 CA13 CA32 CB11 FA02 FA06 5C024 AX16 GX07 GY01 GY31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームまたは光を受けて信号電荷を生
成する信号電荷生成部および前記信号電荷を転送する信
号電荷転送部とが形成された半導体基板と、前記信号電荷生成部と前記信号電荷転送部における前記
半導体基板上に形成された絶縁膜とを有し、前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚は他の部
分よりも薄く形成されている固体撮像装置。
【請求項２】前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の
膜厚は、前記信号電荷生成部に入射する電子ビームまた
は光のエネルギーに応じて設定されている請求項１に記
載の固体撮像装置。
【請求項３】前記信号電荷生成部を除いて、前記絶縁膜
の上層に導電膜が形成されている請求項１または２に記
載の固体撮像装置。
【請求項４】前記導電膜は、前記信号電荷生成部の一部
においても形成されている請求項３に記載の固体撮像装
置。
【請求項５】前記導電膜は、前記半導体基板あるいは他
の配線に接続されている請求項３に記載の固体撮像装
置。
【請求項６】前記絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚が１０〜
４００ｎｍである請求項１〜５のいずれかに記載の固体
撮像装置。
【請求項７】前記絶縁膜が、少なくとも第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上層に形成され、前記第１絶縁膜とは
異なるエッチング速度をとることができる第２絶縁膜と
の積層体を含み、前記信号電荷生成部において、前記第１絶縁膜が露出す
るまで前記第２絶縁膜が除去されている請求項１〜５の
いずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】前記第１絶縁膜が酸化シリコン膜であり、前記信号電荷生成部における前記第１絶縁膜の膜厚が１
０〜４００ｎｍである請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】半導体基板に電子ビームまたは光を受けて
信号電荷を生成する信号電荷生成部および前記信号電荷
を転送する信号電荷転送部とを形成する工程と、前記信号電荷生成部と前記信号電荷転送部における前記
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、前記信号電荷生成部における前記絶縁膜の膜厚が他の部
分よりも薄くなるように、前記絶縁膜を薄膜化する工程
とを有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】前記絶縁膜を薄膜化する工程の後に、前
記信号電荷生成部を除く領域において、前記絶縁膜の上
層に導電膜を形成する工程をさらに有する請求項９に記
載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】前記絶縁膜を形成する工程が、少なくと
も第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜の上層
に前記第１絶縁膜とは異なるエッチング速度をとること
ができる第２絶縁膜を形成する工程とを含み、前記信号電荷生成部において前記絶縁膜を薄膜化する工
程においては、前記信号電荷生成部において、前記第１
絶縁膜に対して前記第２絶縁膜を選択的に除去する条件
のエッチングにより、前記第１絶縁膜が露出するまで前
記第２絶縁膜を除去する請求項９または１０に記載の固
体撮像装置の製造方法。