JP2009267343A

JP2009267343A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009267343A
Application number: JP2008277866A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 尚佐藤; Yukimasa Ishida; 幸政石田; Yasushi Yamazaki; 泰志山崎
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】少ないコンタクトホールで光電変換素子と電界効果型トランジスタとを電気的接
続することができるとともに、光電変換素子とバイアス線との電気的接続を確実に行なう
ことのできる固体撮像装置およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】固体撮像装置１００の各画素１００ａにおいて、光電変換素子８０と電界効
果型トランジスタ３０とを電気的接続するにあたって、光電変換素子８０の第１電極８１
ａが、第１電極８１ａより下側側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２
ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続している。また、光電変換素子８０の第２
電極８５ａにバイアス線５ａを電気的接続するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン
窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で
第２電極８５ａに重なって電気的接続している。
【選択図】図４

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する固体撮像装置に関するものである。

医療画像診断や非破壊検査等においては、Ｘ線などの放射線を用いて撮像しているが、
放射線の撮影では縮小光学系の実現が難しいことから等倍での撮像が必要とされる。従っ
て、医療画像診断や非破壊検査等には、大面積の撮像面が求められるので、ガラスなどの
基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画素をマトリクス状に構成した固体撮像装置が
用いられる。また、固体撮像装置によって２次元イメージセンサを構成する場合も、大面
積の撮像面が求められるので、ガラスなどの基板に対して各種薄膜を堆積させて複数の画
素がマトリクス状に構成される。

このような固体撮像装置において、複数の画素は各々、入射光量に応じた電荷を発生さ
せる光電変換素子、および光電変換素子の第１電極がドレインに電気的に接続された電界
効果型トランジスタを備えており、電界効果型トランジスタのゲートおよびソースにはゲ
ート線およびソース線が各々電気的接続され、光電変換素子の第２電極にはバイアス線が
電気的接続されている。かかる固体撮像装置においては、基板上の下層側から上層側に向
かって、電界効果型トランジスタ、光電変換素子、絶縁膜およびバイアス線が順に形成さ
れた構造になっているため、基板上に各層を順次形成しながら、光電変換素子の第１電極
と電界効果型トランジスタのドレインとを電気的接続するとともに、光電変換素子の第２
電極とバイアス線とを電気的接続する必要がある。

そこで、前者の接続構造としては、基板上において、光電変換素子および電界効果型ト
ランジスタを覆う絶縁膜に対して、光電変換素子の第２電極に重なる位置、および電界効
果型トランジスタのドレイン電極に重なる位置の各々にコンタクトホールを形成し、絶縁
膜上に形成した接続配線を、コンタクトホールを介して光電変換素子の第２電極、および
電界効果型トランジスタのドレイン電極に電気的接続した構成が提案されている（特許文
献１参照）。

また、後者の接続構造としては、光電変換素子の上層に有機絶縁膜を部分的に形成し、
かかる有機絶縁膜の非形成領域にバイアス線を形成した構成が提案されている（特許文献
２参照）。

特許第３１４４０９１号公報特許第５０４０２号公報

しかしながら、光電変換素子と電界効果型トランジスタとを電気的接続するにあたって
特許文献１に記載の構成を採用すると、光電変換素子の上層側に多数のコンタクトホール
を形成する必要があるため、光電変換素子の形成領域が狭くなってしまい、感度が低下す
るという問題点がある。

また、光電変換素子の第２電極にバイアス線を電気的接続するにあたって特許文献２に
記載の構成を採用すると、光電変換素子の上層に形成した絶縁膜が有機膜であるため、形
成領域を精度よく制御できない。すなわち、有機膜を感光性樹脂で形成した場合、露光、
現像によって、有機膜にコンタクトホールを形成した際、コンタクトホール内に有機膜が
残ることがあり、このような事態が発生すると、第２電極とバイアス線との電気的接続を
好適に行なえないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、少ないコンタクトホールで光電変換素子と電
界効果型トランジスタとを電気的接続することができるとともに、光電変換素子とバイア
ス線との電気的接続を確実に行なうことのできる固体撮像装置およびその製造方法を提供
することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換
素子、および該光電変換素子の第１電極がドレインに電気的に接続された電界効果型トラ
ンジスタを備えた画素がマトリクス状に複数配置された撮像領域と、前記電界効果型トラ
ンジスタのゲートおよびソースに各々電気的接続されたゲート線およびソース線と、前記
光電変換素子の第２電極に電気的接続されたバイアス線とを基板上に有する固体撮像装置
において、前記基板上には、下層側から上層側に向かって、前記電界効果型トランジスタ
、前記光電変換素子、無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜、および前記バイアス線が順に形
成され、前記第１電極は、該第１電極より下層側で電界効果型トランジスタのドレインに
電気的接続し、前記バイアス線は、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介
して前記第２電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明では、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子、および該光電変
換素子の第１電極がドレインに電気的に接続された電界効果型トランジスタを備えた画素
がマトリクス状に複数配置された撮像領域と、前記電界効果型トランジスタのゲートおよ
びソースに電気的接続されたゲート線およびソース線と、前記光電変換素子の第２電極に
電気的接続されたバイアス線とを基板上に有する固体撮像装置の製造方法において、前記
基板に対して、前記電界効果型トランジスタを形成するためのトランジスタ形成工程、前
記光電変換素子を形成するための光電変換素子形成工程、上層側絶縁膜を形成するための
上層側絶縁膜形成工程、および前記バイアス線を形成するためのバイアス線形成工程と、
を順に行なうとともに、前記光電変換素子形成工程において前記光電変換素子の前記第１
電極を形成する際、当該第１電極を前記電界効果型トランジスタのドレインに電気的接続
させ、前記バイアス線形成工程を行なう前に、前記上層側絶縁膜において前記光電変換素
子の前記第２電極と重なる位置にコンタクトホールを形成しておくことを特徴とする。

本発明では、光電変換素子と電界効果型トランジスタとを電気的接続するにあたって、
光電変換素子の第１電極が、第１電極より下側側に形成された下層側絶縁膜のコンタクト
ホール内でドレイン電極に重なって電気的接続する。従って、上層側絶縁膜には、光電変
換素子と電界効果型トランジスタとを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する
必要がないので、光電変換素子を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素
子を形成することができる。また、光電変換素子の第２電極にバイアス線を電気的接続す
るにあたって、バイアス線は、シリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上層側絶
縁膜のコンタクトホール内で第２電極に重なって電気的接続している。かかる構造によれ
ば、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状態での上層側絶縁膜（
無機絶縁膜）に対するエッチングによりコンタクトホールを形成するので、第２電極と重
なる位置に確実にコンタクトホールを形成することができる。それ故、第２電極上に絶縁
膜が不用意に残ってしまう事態を確実に回避することができるので、第２電極とバイアス
線との電気的接続を好適に行なうことができる。

本発明において、前記第１電極は、少なくとも一部が前記電界効果型トランジスタのド
レイン電極の上面に重なってドレインに電気的接続している構成を採用することができる
。例えば、前記ドレイン電極と前記第１電極との間には下層側絶縁膜が形成され、前記第
１電極は前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホール内で前記ドレイン電極の上面に
重なって電気的接続されている構成を採用することができる。

本発明において、前記下層側絶縁膜は、無機絶縁膜からなることが好ましい。このよう
に構成すると、下層側絶縁膜が有機絶縁膜である場合と比較して下層側絶縁膜にコンタク
トホールを確実に形成できるので、第１電極とドレイン電極との電気的な接続が確実であ
る。

本発明において、前記電界効果型トランジスタは、前記基板の下層側から上層側に向か
って、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ドレイン電極が順に形成され、前記画素は
、前記ゲート絶縁膜、前記下層側絶縁膜および前記上層側絶縁膜のうちの少なくとも一つ
を誘電体膜として備えた蓄積容量を有している構成を採用することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各
層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異な
らしめてある。また、電界効果型トランジスタの場合、その導電型や電流が流れる方向に
よって、ソースとドレインとが入れ替わるが、本発明では、便宜上、光電変換素子が接続
されている側をドレインとし、信号線（データ線）が接続されている側をソースとしてあ
る。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明を適用した固体撮像装置において、画素に蓄積容量が形成されていない
場合の電気的な構成を示すブロック図である。図２（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用
した固体撮像装置において、容量線を用いて画素に蓄積容量が形成されている場合の電気
的な構成を示すブロック図、および容量線を用いずに画素に蓄積容量が形成されている場
合の電気的な構成を示すブロック図である。図３は、本発明を適用した固体撮像装置の外
観を模式的に示す説明図である。

図１に示す固体撮像装置１００は、複数本のゲート線３ａと複数本のソース線６ａとが
互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３ａとソース線６ａとの交差に対応する各
位置に画素１００ａが配置されている。このようにして複数の画素１００ａがマトリクス
状に配置された領域によって撮像領域１００ｃが構成されている。複数の画素１００ａの
各々には、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子８０、およびこの光電変換素
子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、光電変換素
子８０はＰＩＮフォトダイオードあるいはＰＮフォトダイオードからなる。ゲート線３ａ
は電界効果型トランジスタ３０のゲートに電気的接続し、ソース線６ａは電界効果型トラ
ンジスタ３０のソースに電気的接続している。また、電界効果型トランジスタ３０のドレ
インは、光電変換素子８０の第１電極８１ａ（アノード）に電気的接続している。本形態
では、ソース線６ａと並列するように、バイアス線５ａが延在しており、バイアス線５ａ
は、光電変換素子８０の第２電極８５ａ（カソード）に電気的接続している。従って、光
電変換素子８０には逆バイアスが印加される。なお、バイアス線５ａは、ゲート線３ａと
並列するように延在している構成を採用することもできる。

複数のゲート線３ａはゲート線駆動回路１１０に接続されており、各画素１００ａの電
界効果型トランジスタ３０は、ゲート線駆動回路１１０から出力されたゲートパルスによ
って順次、オンオフする。複数のソース線６ａは、読出回路１２０に接続されており、電
界効果型トランジスタ３０のオンオフ動作に連動して、各画素１００ａでの入射光量に応
じた電気信号が順次、ソース線６ａを介して読出回路１２０に出力される。読出回路１２
０は、オペアンプとキャパシタとにより構成されるいわゆるチャージセンシングアンプを
備えている。また、バイアス線５ａには定電位が印加される。

固体撮像装置１００は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように構成される場合もある。図２
（ａ）、（ｂ）に示す構成でも、図１を参照して説明した構成と同様、複数の画素１００
ａの各々には、入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子８０、およびこの光電変
換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、光電変
換素子８０はＰＩＮフォトダイオードあるいはＰＮフォトダイオードからなる。ゲート線
３ａは電界効果型トランジスタ３０のゲートに電気的接続し、ソース線６ａは電界効果型
トランジスタ３０のソースに電気的接続している。また、電界効果型トランジスタ３０の
ドレインは、光電変換素子８０の第１電極８１ａに電気的接続している。また、バイアス
線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａに電気的接続している。

また、図２（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００では、複数の画素１００ａの各々
に蓄積容量９０が形成されており、かかる蓄積容量９０を構成するにあたって、図２（ａ
）に示す構成例では、複数の画素１００ａに跨って容量線３ｃが形成されている。かかる
構成を採用した場合、蓄積容量９０の一方の電極は、電界効果型トランジスタ３０のドレ
インに電気的接続されている一方、蓄積容量９０の他方の電極は、容量線３ｃに電気的接
続されている。ここで、容量線３ｃには定電位が印加されており、図２（ｂ）に示す例に
おいて、容量線３ｃはバイアス線５ａに電気的接続されているため、容量線３ｃにはバイ
アス線５ａと同一の電位が印加されている。このようにして、蓄積容量９０と光電変換素
子８０とは並列に電気的接続されている。

なお、図２（ｂ）に示す構成例では、複数の画素１００ａの各々に蓄積容量９０を構成
するにあたって、蓄積容量９０の一方の電極は、光電変換素子８０の第１電極８１ａと同
様、電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続されており、蓄積容量９０の他
方の電極は、光電変換素子８０の第２電極８５ａと同様、バイアス線５ａに電気的接続さ
れている。従って、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に電気的接続されている。

かかる固体撮像装置１００において、図１および図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明し
たゲート線３ａ、ソース線６ａ、バイアス線５ａ、容量線３ｃ、画素１００ａ（光電変換
素子８０、電界効果型トランジスタ３０、蓄積容量９０）は、図３に示す基板１０上に形
成される。ここで、基板１０の略中央領域は、上記の画素１００ａが複数マトリクス状に
配列された撮像領域１００ｃとして利用される。また、図３に示す例では、ゲート線駆動
回路１１０および読出回路１２０は、基板１０上とは別の駆動用ＩＣ（図示せず）などに
形成されており、これらの駆動用ＩＣが実装されたフレキシブル基板１５０が基板１０に
実装されている。

［実施の形態１］
（構成）
図４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ１−Ａ１’
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、図４
（ａ）では、ゲート線３ａおよびそれと同時形成された薄膜などは細い実線で示し、ソー
ス線６ａおよびそれと同時形成された薄膜などは一点鎖線で示し、半導体膜（能動層）は
細くて短い点線で示し、光電変換素子８０の第１電極８１ａは細くて長い点線で示し、光
電変換素子８０の半導体層は太い実線で示し、光電変換素子８０の第２電極８５ａは太く
て長い点線で示してある。

図４（ａ）に示すように、基板１０上には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交
差する方向に延在しており、ゲート線３ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画
素１００ａが形成されている。また、ソース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延
在している。本形態において、ゲート線３ａおよびソース線６ａは、隣接する画素１００
ａで挟まれた領域で延在し、バイアス線５ａは画素１００ａの中央を通るように形成され
ている。

画素１００ａには、ＰＩＮフォトダイオードからなる光電変換素子８０、およびこの光
電変換素子８０に電気的に接続された電界効果型トランジスタ３０が形成されており、ゲ
ート線３ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のゲート電極３ｂが形成され、ソ
ース線６ａの一部によって電界効果型トランジスタ３０のソース電極６ｂが形成されてい
る。電界効果型トランジスタ３０のドレイン電極６ｃは、光電変換素子８０の第１電極８
１ａに電気的接続し、バイアス線５ａは、光電変換素子８０の第２電極８５ａに電気的接
続している。

かかる画素１００ａの断面構成等を、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４（
ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００において、基板１０の基体は、石英基板や耐熱性
のガラス基板などの絶縁基板からなり、その表面には、ボトムゲート構造の電界効果型ト
ランジスタ３０が形成されている。電界効果型トランジスタ３０では、ゲート線３ａの一
部からなるゲート電極３ｂ、ゲート絶縁膜２１、電界効果型トランジスタ３０の能動層を
構成するアモルファスシリコン膜からなる半導体層１ａ、高濃度Ｎ型不純物がドープされ
たアモルファスシリコン膜からなるコンタクト層４ａ、４ｂがこの順に積層されている。
半導体層１ａのうち、ソース側の端部には、コンタクト層４ａを介してソース線６ａがソ
ース電極６ｂとして重なっており、ドレイン側の端部には、コンタクト層４ｂを介してド
レイン電極６ｃが重なっている。ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃは同時形成された
導電膜からなる。

ソース線６ａおよびドレイン電極６ｃの表面側にはシリコン窒化膜などからなる下層側
絶縁膜２２が形成されている。下層側絶縁膜２２の上層には、光電変換素子８０の第１電
極８１ａが形成されており、かかる第１電極８１ａは下層側絶縁膜２２に形成されたコン
タクトホール２２ａの内部でドレイン電極６ｃの上面に接して電気的接続している。この
ようにして、第１電極８１ａは、第１電極８１ａより下層側で電界効果型トランジスタ３
０のドレインに電気的接続している。

第１電極８１ａの上層には、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ（真性半
導体膜）、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａが積層され、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａの上層には
第２電極８５ａが積層されている。かかる第１電極８１ａ、高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、
Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａ、および第２電極８５ａによって、光電
変換素子８０はＰＩＮフォトダイオードとして構成されている。

光電変換素子８０の上層側には、撮像領域１００ｃの全面にシリコン窒化膜などの無機
絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３が形成されており、かかる上層側絶縁膜２３の上層には
バイアス線５ａが形成されている。ここで、上層側絶縁膜２３には、第２電極８５ａと重
なる位置にコンタクトホール２３ａが形成されている。このため、バイアス線５ａは、コ
ンタクトホール２３ａの内部で第２電極８５ａに重なって第２電極８５ａに電気的接続さ
れている。また、バイアス線５ａの上層側には表面保護層２４が形成されている。なお、
固体撮像装置１００をＸ線などの放射線を用いた医療画像診断や非破壊検査等に用いる場
合、表面保護層２４自身によって、あるいは表面保護層２４の上層に、リン光体などによ
って放射線ビームを可視光に変換する変換層が構成される。

（製造方法）
図５および図６を参照して、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方
法を説明しながら、本形態の固体撮像装置１００の構成を詳述する。図５および図６は、
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の製造方法を示す工程断面図であり、図
４（ｂ）に示す断面に対応する。

本形態の固体撮像装置１００を製造するには、以下に説明するように、電界効果型トラ
ンジスタ３０を形成するためのトランジスタ形成工程（図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す工
程）、光電変換素子８０を形成するための光電変換素子形成工程（図５（ｆ）〜図６（ｂ
）に示す工程）、上層側絶縁膜２３を形成するための上層側絶縁膜形成工程（図６（ｃ）
に示す工程）、およびバイアス線５ａを形成するためのバイアス線形成工程（図６（ｄ）
に示す工程）を順に行なうとともに、光電変換素子形成工程において光電変換素子８０の
第１電極８１ａを形成する際、第１電極８１ａを電界効果型トランジスタ３０のドレイン
に電気的接続させ、バイアス線形成工程を行なう前に、上層側絶縁膜２３において光電変
換素子８０の第２電極８５ａと重なる位置にコンタクトホール２３ａを形成しておく。

より具体的には、トランジスタ形成工程では、まず、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン
膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニウム膜とからなる積層膜を形成した後、パターニ
ングし、図５（ａ）に示すように、ゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ）を形成する。かかる
パターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状態
で積層膜をエッチングする。次に、厚さが５００ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなるゲー
ト絶縁膜２１を形成する。次に、厚さが１２０ｎｍ程度のアモルファスシリコン膜からな
る半導体膜、および厚さが５０ｎｍ程度の高濃度Ｎ型の不純物をドープしたアモルファス
シリコン膜からなるコンタクト層を形成した後、半導体膜およびコンタクト層をパターニ
ングし、図５（ｂ）に示すように、島状の半導体膜１ａ、および島状のコンタクト層４を
形成する。かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマス
クを形成した状態で半導体膜およびコンタクト層をエッチングする。次に、厚さが５０ｎ
ｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程
度のモリブデン膜とからなる積層膜を形成した後、パターニングし、図５（ｃ）に示すよ
うに、ソース電極６ｂ（ソース線６ａ）、およびドレイン電極６ｃを形成する。かかるパ
ターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状態で
積層膜をエッチングする。次に、図５（ｄ）に示すように、ソース電極６ｂ（ソース線６
ａ）、およびドレイン電極６ｃに対して自己整合的にコンタクト層４をパターニングし、
コンタクト層４ａ、４ｂに分割する。このようにして、電界効果型トランジスタ３０を形
成する。

次に、下層側絶縁膜形成工程において、図５（ｅ）に示すように、厚さが５００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜からなる下層側絶縁膜２２を形成した後、下層側絶縁膜２２において
ドレイン電極６ｃの一部と重なる領域にコンタクトホール２２ａを形成する。かかるコン
タクトホール２２ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを
形成した状態で下層側絶縁膜２２をエッチングする。

次に、光電変換素子形成工程では、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２５
０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜とからなる積層膜を
形成した後、パターニングし、図５（ｆ）に示すように、光電変換素子８０の第１電極８
１ａを形成する。かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジス
トマスクを形成した状態で積層膜をエッチングする。その結果、第１電極８１ａは、下層
側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続する
。次に、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜を順次、形成し
た後、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜をパターニングし
、図６（ａ）に示すように、第１電極８１ａの上に、第１電極８１ａより小さな高濃度Ｐ
型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、および高濃度Ｎ型半導体膜８４ａを形成する。
かかるパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成し
た状態で高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度Ｎ型半導体膜をエッチングす
る。次に、厚さが５０ｎｍ程度のＩＴＯ膜などの透光性導電膜を形成した後、透光性導電
膜をパターニングし、図６（ｂ）に示すように、高濃度Ｎ型半導体膜８４ａの上層に、高
濃度Ｎ型半導体膜８４ａより小さな光電変換素子８０の第２電極８５ａを形成する。かか
るパターニングの際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した状
態で透光性導電膜をエッチングする。このようにして、ＰＩＮフォトダイオードからなる
光電変換素子８０を形成する。なお、高濃度Ｐ型半導体膜、Ｉ型半導体膜、および高濃度
Ｎ型半導体膜を順次、形成した後、ＩＴＯ膜を形成し、これらの膜を共通のマスクでパタ
ーニングしてもよい。

次に、上層側絶縁膜形成工程において、図６（ｃ）に示すように、厚さが５００ｎｍ程
度のシリコン窒化膜からなる上層側絶縁膜２３を形成した後、上層側絶縁膜２３において
第２電極８５ａの一部と重なる領域にコンタクトホール２３ａを形成する。かかるコンタ
クトホール２３ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形
成した状態で上層側絶縁膜２３をエッチングする。

次に、バイアス線形成工程において、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜と、厚さが２
５０ｎｍ程度のアルミニウム膜と、厚さが５０ｎｍ程度のモリブデン膜とからなる積層膜
を形成した後、パターニングし、図６（ｄ）に示すように、バイアス線５ａを形成する。
かかるバイアス線５ａの形成の際には、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスク
を形成した状態で積層膜をエッチングする。その結果、バイアス線５ａは、上層側絶縁膜
２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって電気的接続する。

しかる後には、図４（ｂ）に示すように、表面保護層形成工程において、厚さが５００
ｎｍ程度のシリコン窒化膜からなる表面保護層２４を形成する。このようにして、固体撮
像装置１００を形成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０と
を電気的接続するにあたって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａよ
り下側側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃ
に重なって電気的接続する。従って、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と電界効
果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要がない
ので、上層側絶縁膜２３に形成すべきコンタクトホールの数が少なくてよい分、光電変換
素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素子８０を形成すること
ができる。

また、本形態では、光電変換素子８０の第２電極８５ａにバイアス線５ａを電気的接続
するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上
層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって電気的接続して
いる。かかる構造によれば、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストマスクを形成した
状態での上層側絶縁膜２３（無機絶縁膜）に対するエッチングによりコンタクトホール２
３ａを形成するので、第２電極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形
成することができる。それ故、第２電極８５ａ上に絶縁膜が不用意に残ってしまう事態を
確実に回避することができるので、第２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好
適に行なうことができる。

［実施の形態２］
図７（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ２−Ａ２’
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形
態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付
してそれらの説明を省略する。

図７（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、基板１０上
には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３
ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソ
ース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。また、本形態でも、実施の
形態１と同様、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するにあ
たって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａより下側側に形成された
下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続
している。また、本形態でも、実施の形態１と同様、光電変換素子８０の第２電極８５ａ
にバイアス線５ａを電気的接続するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜など
といった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８
５ａに重なって電気的接続している。

図７（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、図２（ａ）を参照して説明したよう
に、容量線３ｃを用いて、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成
した例である。従って、本形態では、ゲート線３ａと並列するように容量線３ｃが延在し
ており、本形態において、容量線３ｃは、画素１００ａの中央を通るように形成されてい
る。ここで、容量線３ｃは、ゲート絶縁膜２１の下層側にゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ
）と同時形成された導電膜であり、光電変換素子８０の第１電極８１ａの下層側を通って
いる。このため、容量線３ｃと第１電極８１ａとの間には、ゲート絶縁膜２１および下層
側絶縁膜２２が介在し、容量線３ｃと第１電極８１ａとは、ゲート絶縁膜２１および下層
側絶縁膜２２を介して対向している。従って、画素１００ａには、容量線３ｃを下電極と
し、ゲート絶縁膜２１および下層側絶縁膜２２を誘電体膜とし、第１電極８１ａを上電極
として蓄積容量９０が形成されている。

ここで、容量線３ｃは、図２（ａ）に示すように、撮像領域１００ｃの外側でバイアス
線５ａに電気的接続されているため、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に電気的
接続されている。かかる接続を行なうにあたって、本形態では、図７（ｂ）の右側端部に
示すように、容量線３ｃとバイアス線５ａとの間に介在するゲート絶縁膜２１、下層側絶
縁膜２２および上層側絶縁膜２３にコンタクトホール２３ｅが形成され、かかるコンタク
トホール２３ｅを介して容量線３ｃとバイアス線５ａとを電気的接続した構造が採用され
ている。

かかる構成の固体撮像装置１００を製造するにあたっては、図５（ａ）に示す工程でゲ
ート線３ａを形成する際、容量線３ｃを同時形成すればよい。また、図６（ｃ）に示す工
程では、コンタクトホール２３ａを形成する際、あるいは別の工程で、コンタクトホール
２３ｅを形成すればよい。

以上説明したように、本形態では、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８
１ａより下側側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電
極６ｃに重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と
電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要
がないので、光電変換素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素
子８０を形成することができる。また、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった
無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重
なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３に有機絶縁膜を用いた場合と違って、
第２電極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形成することができるの
で、第２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、
実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２がシリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からな
るため、ゲート絶縁膜２１および下層側絶縁膜２２を誘電体膜として利用して蓄積容量９
０を形成することができる。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２および上層側絶縁膜２３の双方がシリコン窒化膜
などといった無機絶縁膜からなるため、ゲート絶縁膜２１、下層側絶縁膜２２、および上
層側絶縁膜２３を貫通するコンタクトホール２３ｅを確実に形成することができるので、
容量線３ｃとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができる。

［実施の形態２の変形例］
図８（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２の変形例に係る固体撮像装置１００
の画素１００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ３
−Ａ３’線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。な
お、本形態の基本的な構成は、実施の形態１、２と同様であるため、共通する部分には同
一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図８（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、実施の形態２と同様、容量線を用い
て、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成した例であるが、本形
態において、容量線６ｅは、ソース線６ａと同時形成されてなる。従って、本形態におい
て、容量線６ｅはソース線６ａと並列して、画素１００ａの中央を通るように形成されて
いる。

かかる容量線６ａを構成するにあたって、実施の形態２では、ゲート絶縁膜２１の下層
側にゲート電極３ｂ（ゲート線３ａ）と同時形成したが、本形態において、容量線６ｅは
、ゲート絶縁膜２１と下層側絶縁膜２２との層間において、光電変換素子８０の第１電極
８１ａの下層側を通る位置に、ソース電極６ｂ（ソース線６ａ線）およびドレイン電極６
ｃと同時形成してある。このため、容量線６ｅと第１電極８１ａとの間には下層側絶縁膜
２２が介在し、容量線６ｅと第１電極８１ａとは、下層側絶縁膜２２を介して対向してい
る。従って、画素１００ａには、容量線６ｅを下電極とし、下層側絶縁膜２２を誘電体膜
とし、第１電極８１ａを上電極として蓄積容量９０が形成されている。

また、本形態でも、実施の形態２と同様、容量線６ｅは、撮像領域１００ｃの外側でバ
イアス線５ａに電気的接続されているため、蓄積容量９０と光電変換素子８０とは並列に
電気的接続されている。かかる接続を行なうにあたって、本形態では、図８（ｂ）の右側
端部に示すように、容量線６ｅとバイアス線５ａとの間に介在する下層側絶縁膜２２およ
び上層側絶縁膜２３にコンタクトホール２３ｆが形成され、かかるコンタクトホール２３
ｆを介して容量線６ｅとバイアス線５ａとを電気的接続した構造が採用されている。

かかる構成の固体撮像装置１００を製造するにあたっては、図５（ｃ）に示す工程でソ
ース線６ａを形成する際、容量線６ｅを同時形成すればよい。また、図５（ｅ）に示す工
程や図６（ｃ）に示す工程を利用してコンタクトホール２３ｆを形成すればよい。

このように構成した場合も、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａよ
り下側側に形成された下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃ
に重なって電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３には、光電変換素子８０と電界効
果型トランジスタ３０とを電気的接続するためのコンタクトホールを形成する必要がない
ので、光電変換素子８０を広い領域に形成することができ、感度の高い光電変換素子８０
を形成することができる。また、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜などといった無機絶
縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８５ａに重なって
電気的接続しているため、上層側絶縁膜２３に有機絶縁膜を用いた場合と違って、第２電
極８５ａと重なる位置に確実にコンタクトホール２３ａを形成することができるので、第
２電極８５ａとバイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、実施の
形態１、２と同様な効果を奏する。

また、本形態では、下層側絶縁膜２２もシリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からな
るため、蓄積容量９０の誘電体膜が下層側絶縁膜２２のみであり、ゲート絶縁膜２１を含
まない。このため、蓄積容量９０の単位面積当たりの静電容量が実施の形態２よりも大き
いという利点がある。

また、下層側絶縁膜２２および上層側絶縁膜２３の双方がシリコン窒化膜などといった
無機絶縁膜からなるため、ゲート絶縁膜２１、下層側絶縁膜２２、および上層側絶縁膜２
３を貫通するコンタクトホール２３ｆを確実に形成することができるので、容量線６ｅと
バイアス線５ａとの電気的接続を好適に行なうことができるなど、実施の形態２と同様な
効果を奏する。しかも、容量線６ｅとバイアス線５ａとの電気的接続を行なうにあたって
、下層側絶縁膜２２においてコンタクトホール２２ａと同時形成した穴と、上層側絶縁膜
２３においてコンタクトホール２３ａと同時形成した穴とを連通させてコンタクトホール
２３ｆを形成すればよいので、コンタクトホール２３ｆを容易に形成することができると
いう利点がある。

［実施の形態３］
図９（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置１００の画素１
００ａ１つ分の平面図、および断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ４−Ａ４’
線に相当する位置で固体撮像装置１００を切断したときの断面図に相当する。なお、本形
態の基本的な構成は、実施の形態１、２と同様であるため、共通する部分には同一の符号
を付してそれらの説明を省略する。

図９（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００でも、実施の形態１と同様、基板１０上
には、ゲート線３ａとソース線６ａとが互いに交差する方向に延在しており、ゲート線３
ａとソース線６ａとの交差に対応する各位置に画素１００ａが形成されている。また、ソ
ース線６ａと並列するようにバイアス線５ａが延在している。また、本形態でも、実施の
形態１と同様、光電変換素子８０と電界効果型トランジスタ３０とを電気的接続するにあ
たって、光電変換素子８０の第１電極８１ａが、第１電極８１ａより下側側に形成された
下層側絶縁膜２２のコンタクトホール２２ａ内でドレイン電極６ｃに重なって電気的接続
している。また、本形態でも、実施の形態１と同様、光電変換素子８０の第２電極８５ａ
にバイアス線５ａを電気的接続するにあたって、バイアス線５ａは、シリコン窒化膜など
といった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３のコンタクトホール２３ａ内で第２電極８
５ａに重なって電気的接続している。

図９（ａ）、（ｂ）に示す固体撮像装置１００は、図２（ｂ）を参照して説明したよう
に、光電変換素子８０と並列に電気的接続する蓄積容量９０を形成した例であるが、実施
の形態２およびその変形例と違って、容量線３ｃ、６ｅを用いていない。すなわち、本形
態では、第１電極８１ａの形成領域のうち、光電変換素子８０（ＰＩＮフォトダイオード
）を構成する高濃度Ｐ型半導体膜８２ａ、Ｉ型半導体膜８３ａ、高濃度Ｎ型半導体膜８４
ａ、および第２電極８５ａの端部から張り出した領域と重なる領域まで、バイアス線５ａ
の一部を張り出させてある。このため、バイアス線５ａの張り出し領域５ｂと第１電極８
１ａの端部との間には、上層側絶縁膜２３が介在し、バイアス線５ａの張り出し領域５ｂ
と第１電極８１ａの端部とは上層側絶縁膜２３を介して対向している。従って、画素１０
０ａには、第１電極８１ａの端部を下電極とし、上層側絶縁膜２３を誘電体膜とし、バイ
アス線５ａの張り出し領域を上電極として蓄積容量９０が形成されており、かかる蓄積容
量９０は光電変換素子８０に並列に電気的接続されている。

かかる構成の固体撮像装置１００は、実施の形態１と同様な工程で製造することができ
るので、説明を省略する。

また、シリコン窒化膜などといった無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜２３を誘電体膜と
し、第１電極８１ａの端部を下電極とし、バイアス線５ａの張り出し領域を上電極として
蓄積容量９０が形成されているため、容量線を用いなくても、実施の形態１と略同様な構
造で蓄積容量９０を積極的に形成できるという利点がある。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、光電変換素子８０としてＰＩＮフォトダイオードを用いたが、Ｐ
Ｎフォトダイオードを用いてもよい。

また、電界効果型トランジスタ３０として、アモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴを
例に説明したが、ポリシリコン膜や単結晶シリコン層を用いたＴＦＴを、電界効果型トラ
ンジスタ３０として用いてもよい。

上記実施の形態では、ドレイン電極６ｃと第１電極８１ａを別々に形成したが、第１電
極８１ａをドレイン電極と兼用してもよい。

上記実施の形態では、第１電極８１ａを蓄積容量９０の電極として用いたが、ドレイン
電極６ｃの延長部分を、蓄積容量９０において第１電極８１ａに電気的接続する電極とし
て用いてもよい。

上記実施の形態３では、バイアス線５ａの一部を蓄積容量９０の電極として用いたが、
第２電極８５ａの一部、あるいは第２電極８５ａと同時形成された導電膜を蓄積容量９０
の電極として用いてもよい。

なお、上記形態では、光電変換素子８０のアノードが電界効果型トランジスタ３０のド
レインに電気的接続し、光電変換素子８０のカソードがバイアス線５ａに電気的接続して
いる例を説明したが、光電変換素子８０に逆バイアスが印加される構成であれば、光電変
換素子８０のカソードが電界効果型トランジスタ３０のドレインに電気的接続し、光電変
換素子８０のアノードがバイアス線５ａに電気的接続している構成であってもよい。

本発明を適用した固体撮像装置において、画素に蓄積容量が形成されていない場合の電気的な構成を示すブロック図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した固体撮像装置において、容量線を用いて画素に蓄積容量が形成されている場合の電気的な構成を示すブロック図、および容量線を用いずに画素に蓄積容量が形成されている場合の電気的な構成を示すブロック図である。本発明を適用した固体撮像装置の外観を模式的に示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。図４に示す固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。図４に示す固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２の変形例に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の画素１つ分の平面図、および断面図である。

符号の説明

３ａ…ゲート線、３ｃ，６ｅ…容量線、５ａ…バイアス線、６ａ…ソース線、１０…基
板、２２…下層側絶縁膜、２２ａ…下層側絶縁膜のコンタクトホール、２３…上層側絶縁
膜、２３ａ…上層側絶縁膜のコンタクトホール、３０…電界効果型トランジスタ、８０…
光電変換素子、８１ａ…光電変換素子の第１電極、８５ａ…光電変換素子の第２電極、９
０…蓄積容量、１００…固体撮像装置、１００ａ…画素、１００ｃ…撮像領域。

Claims

入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子、および該光電変換素子の第１電極が
ドレインに電気的に接続された電界効果型トランジスタを備えた画素がマトリクス状に複
数配置された撮像領域と、前記電界効果型トランジスタのゲートおよびソースに各々電気
的接続されたゲート線およびソース線と、前記光電変換素子の第２電極に電気的接続され
たバイアス線とを基板上に有する固体撮像装置において、
前記基板上には、下層側から上層側に向かって、前記電界効果型トランジスタ、前記光
電変換素子、無機絶縁膜からなる上層側絶縁膜、および前記バイアス線が順に形成され、
前記第１電極は、該第１電極より下層側で電界効果型トランジスタのドレインに電気的
接続し、
前記バイアス線は、前記上層側絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記第２
電極に電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
前記第１電極は、少なくとも一部が前記電界効果型トランジスタのドレイン電極の上面
に重なってドレインに電気的接続していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装
置。
前記ドレイン電極と前記第１電極との間には下層側絶縁膜が形成され、
前記第１電極は前記下層側絶縁膜に形成されたコンタクトホール内で前記ドレイン電極
の上面に重なって電気的接続されていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置
。
前記下層側絶縁膜は、無機絶縁膜からなることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像
装置。
前記電界効果型トランジスタは、前記基板の下層側から上層側に向かって、ゲート電極
、ゲート絶縁膜、半導体層、ドレイン電極が順に形成され、
前記画素は、前記ゲート絶縁膜、前記下層側絶縁膜および前記上層側絶縁膜のうちの少
なくとも一つを誘電体膜として備えた蓄積容量を有していることを特徴とする請求項３ま
たは４に記載の固体撮像装置。
入射光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子、および該光電変換素子の第１電極が
ドレインに電気的に接続された電界効果型トランジスタを備えた画素がマトリクス状に複
数配置された撮像領域と、前記電界効果型トランジスタのゲートおよびソースに各々電気
的接続されたゲート線およびソース線と、前記光電変換素子の第２電極に電気的接続され
たバイアス線とを基板上に有する固体撮像装置の製造方法において、
前記基板に対して、前記電界効果型トランジスタを形成するためのトランジスタ形成工
程、前記光電変換素子を形成するための光電変換素子形成工程、上層側絶縁膜を形成する
ための上層側絶縁膜形成工程、および前記バイアス線を形成するためのバイアス線形成工
程と、を順に行なうとともに、
前記光電変換素子形成工程において前記光電変換素子の前記第１電極を形成する際、当
該第１電極を前記電界効果型トランジスタのドレインに電気的接続させ、
前記バイアス線形成工程を行なう前に、前記上層側絶縁膜において前記光電変換素子の
前記第２電極と重なる位置にコンタクトホールを形成しておくことを特徴とする固体撮像
装置の製造方法。