JP2010098113A - Ｃｃｄ型固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い感度特性と優れたスミア特性を有しながら、転送効率の低下を抑制することができるＣＣＤ型固体撮像装置およびその製造方法を提供する
【解決手段】ＣＣＤ型固体撮像装置１では、複数の転送電極の各々が、積層されてなる第１転送電極１０４と第２転送電極１０５とから転送電極が構成されている。第１転送電極１０４は、多結晶シリコンからなり、第２転送電極１０５は、金属材料からなる。ここで、金属材料からなる第２転送電極１０５は、遮光性を有する。そして、第２転送電極１０５は、Ｙ軸方向における両外縁が第１転送電極１０４の上で止められ、一方、Ｘ軸方向における両外縁がゲート絶縁膜１０３に接している。絶縁膜１０７上であって、隣接する第２転送電極１０５の互いの間隔に相当するギャップ部分には、遮光膜１１１が形成されている
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に斜め入射光の基板内への侵入抑制技術に関する。

近年、ディジタルスチルカメラ、ディジタルムービカメラや携帯電話機などをはじめとする装置に、ＣＣＤ型固体撮像装置が用いられている。従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成について、図１２を用い説明する。図１２は、従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置における主要部の構成を示す断面図である。
図１２に示すように、従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、シリコン基板９００のウェル領域９００ａに、フォトダイオード９０１および電荷転送チャネル９０２が形成されている。ウェル領域９００ａの上は、ゲート絶縁膜９０３で覆われており、その上であって電荷転送チャネル９０２に相当する領域には、転送電極９０４が形成されている。

また、ゲート絶縁膜９０３の上であってフォトダイオード９０１に相当する領域には、反射防止膜９０６が形成され、転送電極９０４および反射防止膜９０６を覆う状態に絶縁膜９０７が形成されている。さらに、絶縁膜９０７の上であって転送電極９０４の周囲に相当する領域には、遮光膜９０５が形成されている。
絶縁膜９０５および遮光膜９０５は、層間絶縁膜９０８で覆われ、層間絶縁膜９０８上には、カラーフィルタ層９０９およびマイクロレンズ９１０が積層形成されている。

従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置には、マイクロレンズ９１０を通して光が入射し、入射した光は、遮光膜９０５の開口を通り、フォトダイオード９０１へと入射する。そして、フォトダイオード９０１では、光電変換により、入射光の綱領に応じた電気信号を生成する。
ここで、ＣＣＤ型固体撮像装置における感度特性は、遮光膜９０５の開口幅Ｌ_２に影響を受ける。このため、ＣＣＤ型固体撮像装置における感度特性を向上させるためには、Ｘ軸方向における転送電極９０４と遮光膜９０５との距離Ｌ_３をより小さくすることが必要となる。

ただし、図１２に示すように、遮光膜９０５とシリコン基板９００との間には、ゲート絶縁膜９０３と絶縁膜９０７とが介挿されて距離ｔ_３があいているので、斜め入射光がこの間を通過して電荷転送チャネル９０２へと漏れ込む場合がある。電荷転送チャネル９０２に漏れ込む斜め入射光が増大した場合には、スミア特性の悪化を招く。
このような斜め入射光に起因するスミア特性の悪化を防ぐために、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

特許文献１では、ゲート電極を金属膜と多結晶シリコン膜との二層構造とすることで、電荷転送領域への斜め入射光の漏れ込みの抑制を図る、という技術が提案されている。ただし、特許文献１で提案されている技術では、図１２における距離ｔ_３に相当する距離は、余り小さくできず、斜め入射光の漏れ込み抑制という観点では不十分である。
一方、特許文献２では、上記特許文献１と同様に、ゲート電極を金属膜と多結晶シリコン膜との二層構造として、金属膜を遮光膜として機能させるのに加え、ゲート電極の側壁に金属材料からなるサイドウォール膜を設けることで、斜め入射光の漏れ込みの抑制を図る、という技術が提案されている。サイドウォール膜は、ゲート絶縁膜に接する位置まで形成されているので、斜め入射光の漏れ込みを効果的に抑制できる。
特開平０３−１９３６７号公報 特開平０７−９４７００号公報

しかし、特許文献２で提案されている技術では、金属材料からなるサイドウォール膜がゲート絶縁膜に接しており、これに起因して電荷転送時における電荷転送残りが発生し、転送効率の低下という問題を生じる。即ち、ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜と金属材料からなるサイドウォール膜とは、仕事関数の差異を有し、このために電位深さの差を生じ、電荷転送時における電位差による電荷転送残りを生じてしまう。

本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、高い感度特性と優れたスミア特性を有しながら、転送効率の低下を抑制することができるＣＣＤ型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。

そこで、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、次の構成を採用する。
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、半導体基板の主面に沿った方向において、光電変換機能を有する受光部と、受光部で生成された電荷を半導体基板における主面の一方向に向けて転送する電荷転送部とが、隣接形成されてなるものである。そして、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、電荷転送部が、半導体基板の内方において、半導体基板における主面の上記一方向に向けて延伸形成された転送チャネルと、転送チャネルに対して絶縁膜を介し、且つ、互いに間隔をあけて配された複数の転送電極とを有する。

また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、複数の転送電極の各々が、互いに構成材料が異なる第１転送電極要素と第２転送電極要素とが、絶縁膜側から順に積層された構成を有し、この内の第２転送電極要素が、遮光性を有するとともに、転送チャネルの延伸方向側の外縁が第１転送電極要素の上にあり、転送チャネルの延伸方向とは交差する側の外縁が絶縁膜に接する状態にある。

また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法は、次のステップを含む。
（ａ） 半導体基板に対し、光電変換機能を有する受光部を形成するステップ
（ｂ） 半導体基板の主面に沿った方向において、受光部に隣接させ、半導体基板における主面の一方向に向けて延伸する転送チャネルを形成するステップ
（ｃ） 半導体基板の主面上に絶縁膜を形成するステップ
（ｄ） 転送チャネルに対して絶縁膜を介し、且つ、転送チャネルの延伸方向において互いに間隔をあけて複数の第１転送電極要素を形成するステップ
（ｅ） 第１転送電極要素の各々の上に、当該第１転送電極要素とは異なる材料からなる第２転送電極要素を形成するステップ
ここで、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法では、第２転送電極要素を形成するステップにおいて、遮光性を有するとともに、転送チャネルの延伸方向側の外縁が第１転送電極要素の上にあり、転送チャネルの延伸方向とは交差する側の外縁が絶縁膜に接する状態に、第２転送電極要素を形成することを特徴とする。

上記のように、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、転送電極を、第１転送電極要素と第２転送電極要素との積層構造とし、上層側の第２転送電極要素が遮光性を有する、という構成を採用している。また、第２転送電極要素は、転送チャネルの延伸方向とは交差する側の外縁が絶縁膜に接する状態にある。よって、転送チャネルの近傍領域においては、絶縁膜を介した位置まで遮光性を有する第２転送電極要素が配されているので、転送チャネルなどへの斜め入射光の漏れ込みが抑制され、高いスミア特性を有する。

また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、第２転送電極要素における転送チャネルの延伸方向側の外縁を、絶縁膜に接触させることなく、第１転送電極要素の上で止めている。このため、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、第１転送電極要素だけが、絶縁膜を介して転送チャネルに対向関係を有し、上記特許文献２で提案されている技術に比べて、電荷転送残りに起因する転送効率の低下を生じることはない。即ち、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、第１転送電極要素と第２転送電極要素とが、互いに異なる材料から構成されているので、仕事関数の差を有するが、絶縁膜を介して転送チャネルと直接対向するのは第１転送電極要素だけであるので、電位深さの差異を生じることがない。よって、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、電荷転送時における電位深さの変動を生じることがなく、高い転送効率を得ることができる。

なお、上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、転送チャネルの延伸方向において、隣接する転送電極と転送電極との間に間隔があいているが、転送電極を覆うように第２絶縁膜を形成しておき、第２絶縁膜上における転送電極間のギャップに相当する部分に遮光膜を形成しておくこともできる。このような構成を採用する場合には、遮光膜によって、転送チャネルの延伸方向における転送電極と転送電極との間からの光の漏れ込みが抑制され、より優れたスミア特性を有する。

また、本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法では、上記ステップを実行することにより、上記本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置を確実に実現することができる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かり易く説明するために用いる一例であって、本発明は、本質的な特徴部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
［実施の形態１］
１．全体構成
本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１は、シリコン基板１０の主面に沿った方向（図１の紙面に沿った方向）において、マトリクス状に配された複数の撮像画素部１１と、Ｙ軸方向に延伸配置された垂直ＣＣＤ部１２と、Ｘ軸方向に延伸配置された水平ＣＣＤ部１３と、これに続くアンプ部１４などが形成されてなる。このように、本実施の形態では、その一例として、インターライン（ＩＴ）−ＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する。

撮像画素部１１では、光電変換により、入射光量に応じた電荷を生成する。
垂直ＣＣＤ部１２は、各列の撮像画素部１１に対して隣接形成されており、撮像画素部１１で生成された信号電荷を受け、Ｙ軸方向下方へと転送する機能を有する。垂直ＣＣＤ部１２における信号電荷は、並列的に順次水平ＣＣＤ部１３へ移され、アンプ部１４を介し出力される。

２．ＣＣＤ型固体撮像装置１の主要構成詳細
ＣＣＤ型固体撮像装置１の主要構成詳細について、図２および図３を用い説明する。なお、図２と図３との対応は、図３におけるＡ−Ａ’断面を図２（ａ）に示し、図３におけるＢ−Ｂ’断面を図２（ｂ）に示す。ただし、図３では、ＣＣＤ型固体撮像装置１の構成要素の内の一部だけを抜き出して描いている。

図２（ａ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、シリコン基板１０のウェル領域１０ａに、フォトダイオード１０１および電荷転送チャネル１０２が形成されている。フォトダイオード１０１は、撮像画素部１１の各々に対応して形成されており、光電変換機能を有する。電荷転送チャネル１０２は、Ｘ軸方向において、フォトダイオード１０１に隣接した位置に形成されており、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の主面に沿った方向の一方向（Ｙ軸方向）に延伸形成されている。

電荷転送チャネル１０２およびウェル領域１０ａの上は、ゲート絶縁膜１０３で覆われており、その上であって電荷転送チャネル９０２に相当する領域には、第１転送電極１０４と第２転送電極１０５とが順に積層形成されている。第１転送電極１０４と第２転送電極１０５とは、互いに構成材料が異なっており、具体的には、第１転送電極１０４が、多結晶シリコンからなり、第２転送電極１０５が、金属材料（例えば、タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、チタンナイトライド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド）からなる。

ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第１転送電極１０４と第２転送電極１０５との組み合わせをもって、電荷転送チャネルに対する転送電極として機能する。
また、図２（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１０３上のフォトダイオード１０１上方に相当する領域には、反射防止膜１０６が形成され、第２転送電極１０４および反射防止膜１０６を覆う状態に絶縁膜１０７が形成されている。さらに、図３に示すように、絶縁膜１０７上の第２転送電極１０５間のギャップ部分（図２（ｂ）のｇ_１部分）に相当する領域には、遮光膜１１１が形成されている。

絶縁膜１０７および遮光膜１１１は、層間絶縁膜１０８で覆われ、層間絶縁膜１０８上には、カラーフィルタ層１０９およびマイクロレンズ１１０が積層形成されている。
図２（ａ）に示すように、第２転送電極１０５は、電荷転送チャネル１０２の延伸方向とは直交する方向（Ｘ軸方向）において、その外縁１０５ａがゲート絶縁膜１０３に接している。一方、図２（ｂ）に示すように、電荷転送チャネル１０２の延伸方向においては、第２転送電極１０５の外縁１０５ｂが第１転送電極１０４のＺ軸方向上面で止められており、外縁１０５ｂはゲート絶縁膜１０３に接していない。即ち、図２（ｂ）に示すように、第２転送電極１０５は、第１転送電極１０４に対して、Ｙ軸方向において、間隙ｇ_２をあけて形成されている。

３．優位性
ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第１転送電極１０４と第２転送電極１０５との積層構造をもって転送電極を構成し、上層側の第２転送電極１０５が上記のような材料から構成されて遮光性を有する。また、図２（ａ）に示すように、第２転送電極１０５は、電荷転送チャネル１０３の延伸方向とは交差する側の外縁１０５ａが絶縁膜に接する状態にあり、当該部分における第２転送電極１０５とウェル領域１０ａとの間隙（ゲート絶縁膜１０３の厚み）ｔ１となっている。よって、電荷転送チャネル１０２の近傍領域においては、図１２に示す従来技術に係る該当箇所の間隙が間隙ｔ_３であるのに対して、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、間隙ｔ_１まで薄くなっており、電荷転送チャネル１０２などへの斜め入射光の漏れ込みが抑制され、高いスミア特性を有する。例えば、５０［ｎｍ］程度は薄くすることができる。

なお、図１２に示す従来技術では、シリコン基板から遮光膜までの高さが約４００［ｎｍ］であったが、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、図２（ａ）に示すように、約２５０［ｎｍ］まで低くすることができる。よって、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、斜め入射光に対する蹴られ成分を約１／２に抑制することができる。

また、図２（ｂ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第２転送電極１０５における電荷転送チャネル１０２の延伸方向（Ｙ軸方向）側の外縁１０５ｂを、ゲート絶縁膜１０３に接触させることなく、第１転送電極１０４の上で止めている。このため、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第１転送電極１０４だけが、ゲート絶縁膜１０３を介して電荷転送チャネル１０２に対向関係を有し、上記特許文献２で提案されている技術に比べて、電荷転送残りに起因する転送効率の低下を生じることはない。

即ち、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第１転送電極１０４が、例えば、多結晶シリコンから構成され、第２転送電極１０５が、例えば、上記金属材料から構成されているので、仕事関数の差を有するが、ゲート絶縁膜１０３を介して電荷転送チャネル１０２と直接対向するのは第１転送電極１０４だけであるので、電位深さの差異を生じることがない。よって、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、電荷転送時における電位深さの変動を生じることがなく、高い転送効率を得ることができる。

また、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、図２（ｂ）に示すように、電荷転送チャネル１０２の延伸方向において、絶縁膜１０７上における第２転送電極１０５間のギャップ部分（図２（ｂ）のｇ_１部分）に相当する領域に遮光膜１１１が形成されているので、当該ギャップ部分を介しての光の漏れ込みが抑制され、より優れたスミア特性を有する。ここで、ＣＣＤ型固体撮像装置においては、受光開口が第２転送電極１０５と第２転送電極１０５との間隔Ｌ_１により規定される。

一方、図１２に示すように、従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、受光開口幅Ｌ_２が、転送電極９０４と遮光膜９０５との間隙Ｌ_３によって規定されることになる。間隙Ｌ_３は、約２００［ｎｍ］であり、これより、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、図１２に示す従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置の開口幅Ｌ_２に対して、開口幅Ｌ_１を約４００［ｎｍ］大きくすることができる。

また、上記特許文献１などで提案されているＣＣＤ型固体撮像装置では、１５０［ｎｍ］の厚みの多結晶シリコン膜と１００［ｎｍ］の厚みのタングステン膜との積層構造をもって転送電極を構成している。これに対して、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、多結晶シリコンからなる第１転送電極１０４を薄く、金属材料（例えば、タングステン）からなる第２転送電極１０５を厚くしている。例えば、第１転送電極１０４を５０［ｎｍ］、第２転送電極１０５を１５０［ｎｍ］としている。

このため、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、上記特許文献１で提案されているＣＣＤ型固体撮像装置に比べて、金属材料からなる第２転送電極１０５の厚み増加により、配線抵抗を６０［％］程度低減することができる。また、遮光には、第２転送電極１０５の厚みが９０［ｎｍ］以上あればよいと考えられるが、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、遮光性という観点も十分である。なお、従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、転送電極に”裏打ち構造”が採用されることが多いが、上記のように、本実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１では、転送電極の配線抵抗が十分に低いので、このような裏打ち構造（シャント構造）を採用しなくてもよい。

以上より、ＣＣＤ型固体撮像装置１では、第１転送電極１０４と第２転送電極１０５が、配線抵抗と遮光性との両観点から優位である設定となっており、斜め入射光の蹴られを最小にすることができる。
４．ＣＣＤ型固体撮像装置１に具備のトランジスタ素子１５の構成
次に、ＣＣＤ型固体撮像装置１における撮像領域の周辺に形成されているトランジスタ素子１５の構成について、図４を用い説明する。

図４に示すように、トランジスタ素子１５は、シリコン基板１０におけるウェル領域１０ａ内に形成されたソース１１５およびドレイン１１６と、ゲート絶縁膜１０３を介して形成された第１ゲート電極１１７および第２ゲート電極１１８とを有し構成されている。そして、第１ゲート電極１１７および第２ゲート電極１１８は、絶縁膜１０７で覆われている。ここで、第１ゲート電極１１７は、例えば、多結晶シリコンから構成されており、第２ゲート電極１１８は、金属材料（タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、チタンナイトライド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド）から構成されている。

第２ゲート電極１１８は、その外縁１１８ｂが第１ゲート電極１１７の上面に位置し、ゲート絶縁膜１０３に対して接触していない。このため、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１のトランジスタ素子１５では、第２ゲート電極１１８がシリコン基板１０に対して影響を及ぼさず、安定したトランジスタ特性を有する。
５．ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法
ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法について、その特徴となる部分を図５及び図６を用い説明する。なお、図５および図６は、図５（ａ）と図５（ｄ）と図６（ａ）がそれぞれ対応し、同様に、図５（ｂ）と図５（ｅ）と図６（ｂ）、図５（ｃ）と図５（ｆ）と図６（ｃ）が、それぞれ対応する。また、図６においては、ゲート絶縁膜１０３をはじめとする絶縁膜の図示を省略している。

図５（ａ）、図５（ｄ）および図６（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１０３上における電荷転送チャネル１０２を覆う領域に第１転送電極準備膜１０４０をＹ軸方向に延伸形成する。ここで、第１転送電極準備膜１０４０の形成にあたっては、図６（ａ）に示すように、電荷転送チャネル１０２に並行するようにしておく。
次に、図５（ｂ）、図５（ｅ）および図６（ｂ）に示すように、反射防止膜１０６を電荷転送チャネル１０２に並行するように形成する。また、第１転送電極準備膜１０４０を覆うように、第２転送電極準備膜を成長させた後、エッチングによりパターニングを行い第２転送電極１０５を形成する。このとき、下地である第１転送電極準備膜１０４０の表面が露出した後、これをエッチングして行き、第２転送電極１０５に対し間隙ｇ２を有する第１転送電極１０４を形成する（図５（ｅ）および図６（ｂ）を参照）。

なお、第２転送電極１０５の構成にはタングステン（Ｗ）を用い、第１転送電極１０４の構成には多結晶シリコンを用いているので、それぞれの膜のエッチング条件を変更することで、下地である第１転送電極１０４のエッチング量を最小に抑えることができる。
その後、図５（ｃ）、図５（ｆ）および図６（ｃ）に示すように、第１転送電極１０４、第２転送電極１０５および反射防止膜１０６を覆うように絶縁膜１０７を積層形成し、第２転送電極１０５間のギャップ部分に遮光膜１１１を形成する。そして、Ｚ軸方向上側面が平坦化された層間絶縁膜１０８を形成し、カラーフィルタ層１０９およびマイクロレンズ１１０を順に積層形成する。

以上のようにして、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置１が完成する。
［実施の形態２］
１．ＣＣＤ型固体撮像装置２の構成
実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置２に構成について、図７を用い説明する。なお、ＣＣＤ型固体撮像装置２は、主要部の構成を除き、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同一構成を有するので、収容部を除く部分についての図示および説明を省略する。また、図７においても、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同一の構成要素部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置２は、ゲート絶縁膜１２３の形態にその特徴を有し、その他の部分については、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同一構成を有する。
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置２では、ゲート絶縁膜１２３が、第１転送電極１０４の下部に対し、その他の部分の膜厚ｔ_２が薄く形成されている（図７（ａ）のＣ部分および図７（ｂ）のＤ部分）。そして、図７（ａ）に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置２では、ゲート絶縁膜１２３の上記形態により、第２転送電極１０５におけるＸ軸方向側外縁１０５ａが、上記ＣＣＤ型固体撮像装置１よりも、さらにシリコン基板１０のウェル領域１０ａに近づいている。

本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置２では、上記のように、第２転送電極１０５におけるＸ軸方向側の外縁１０５ａに相当する部分のゲート絶縁膜１２３の厚みｔ_２が、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１よりも薄く形成されているので、この部分からの光の漏れ込みをより効果的に抑制することができる。
なお、図７（ｂ）に示すように、第２転送電極１０５におけるＹ軸方向側の外縁１０５ｂは、第１転送電極１０４の上で止まっているので、上記同様に転送効率の低下を抑えることができる。

以上より、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置２においては、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１に対して、より優れたスミア特性と、同等の転送効率を得ることができる。
２．ＣＣＤ型固体撮像装置２の製造方法
本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置２の製造方法について、その特徴となる部分を図８を用い説明する。

図８（ａ）に示すように、電荷転送チャネル１０２の上に相当する箇所に対し、電荷転送チャネル１０２に沿った方向（Ｙ軸方向）に第１転送電極準備膜を形成し、これをエッチングによりＤ部分を除去することで、パターニングして第１転送電極１０４を形成する。この後、ゲート絶縁膜１２３におけるギャップ部分（Ｄ部分）をオーバーエッチングする。これにより、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すようなゲート絶縁膜１２３が完成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１転送電極１０４上に、上記と同様にして第２転送電極１０５を積層形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、絶縁膜１０７を形成した後に、第２転送電極１０５間のギャップに相当する部分に遮光膜１１１を形成する。
以上のようにして、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置２が完成する。
［実施の形態３］
実施の形態３に係るＣＣＤ型固体撮像装置３に構成について、図９を用い説明する。なお、ＣＣＤ型固体撮像装置３は、主要部の構成を除き、上記実施の形態１，２に係るＣＣＤ型固体撮像装置１，２と同一構成を有するので、収容部を除く部分についての図示および説明を省略する。また、図９においても、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１と同一の構成要素部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。

図９（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置３では、絶縁膜１３７が第１絶縁膜要素１３７１と第２絶縁膜要素１３７２との二層構造を有している。図９（ａ）に示すように、第１絶縁膜要素１３７１は、第１転送電極１３４に対し、そのＸ軸方向両側をサイドウォールとして覆っている（Ｅ部分）。また、図９（ｂ）に示すように、第１絶縁膜要素１３７１は、第１転送電極１３４のＺ軸方向上側面と略面一となるように、隣接する第１転送電極１３４間のギャップを埋めるように形成されている（Ｆ部分）。

ここで、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置３においても、第２転送電極１３５のＸ軸方向両側の外縁１３５ａはゲート絶縁膜１３３に接しており、対して、Ｙ軸方向両側の外縁１３５ｂは第１転送電極１３４の上で止められている。この構成については、上記実施の形態１，２と同様である。
なお、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置３では、第１転送電極１３４の厚みが上記実施の形態１，２に係るＣＣＤ型固体撮像装置１，２の第１転送電極１０４よりも厚く形成されている。これは、第１絶縁膜要素１３７１を確実に形成するためである。

また、ＣＣＤ型固体撮像装置３の製造においては、ゲート絶縁膜１３３上の電荷転送チャネル１０２に沿った部分に第１転送電極１３４を形成した後、ギャップを埋めるように第１絶縁膜要素１３７１を形成する。その後、第１転送電極１３４の上に第２転送電極１３５を形成するのであるが、本実施の形態では、第１転送電極１３４間のギャップが既に第１絶縁膜要素１３７１で埋められているので、第２転送電極１３５のＹ軸方向位置が多少ずれても、外縁１３５ｂがゲート絶縁膜１３３に接触することがない。

以上より、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置３では、より確実にＹ軸方向側における第２転送電極１３５とゲート絶縁膜１３３との接触が防止され、上記実施の形態１，２と同様の効果を確実に得ることができる。
［実施の形態４］
実施の形態４に係るＣＣＤ型固体撮像装置４の構成について、図１０を用い説明する。なお、本実施の形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置４は、遮光膜１４１の形態に特徴を有し、その他の部分については上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の構成と同一である。

図１０に示すように、ＣＣＤ型固体撮像装置４では、遮光膜１４１が第２転送電極１０５間のギャップに相当する部分だけでなく、第２転送電極１０５の形成領域の上も覆うように形成されている。このように、上記実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１に比べて広い領域を覆うように遮光膜１４１が形成されたＣＣＤ型固体撮像装置４では、より確実に斜め入射光のシリコン基板１０内への漏れ込みを防止することができる。

なお、詳細な説明は省略するが、第１転送電極１０４と第２転送電極１０５との配置関係は、上記実施の形態１と同様であるので、これから奏される効果、即ち、転送効率の低下抑制については上記同様である。
［変形例］
変形例に係るＣＣＤ型固体撮像装置の構成について、図１１を用い説明する。図１１は、変形例に係る電荷転送チャネル１０２と、第１転送電極１０４および第２転送電極１５５との相互の位置関係を示す平面図である。

図１１に示すように、本変形例に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、上記実施の形態１〜４の各ＣＣＤ型固体撮像装置１〜４に対して、第２転送電極１５５の形状に特徴を有する。より具体的には、本変形例に係るＣＣＤ型固体撮像装置では、第２転送電極１５５のＹ軸方向側の外縁１５５ｂが直線状に形成されているのではなく、Ｘ軸方向両端がクランク状にＹ軸方向へと突出している（Ｇ部分）。

なお、二点鎖線で囲む部分に示すように、Ｙ軸方向側での第１転送電極１０４と第２転送電極１５５とは間隙ｇ_４を有し、また、Ｘ軸方向においては両端突出部分（Ｇ部分）と第１転送電極１０４とが間隙ｇ_５を有する。そして、第２転送電極１５５は、Ｘ軸方向側の外縁１５５ａがゲート絶縁膜１０３に接している構成については上記同様である。
本変形例に係るＣＣＤ型固体撮像装置のような転送電極の構成を採用する場合には、上記実施の形態１〜４に係る各ＣＣＤ型固体撮像装置１〜４よりも、第２転送電極１５５で遮光される領域が広くできるので、より高いスミア特性を得ることができる。

［その他の事項］
上記実施の形態１〜４および変形例に係る各構成は、本発明を分かりやすく説明するために用いた一例であって、本発明はこれらに限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態１〜４では、転送電極の平面形状を矩形としたが、装置レイアウトに応じて、円形や五角形以上の多角形などを採用することもできるし、より複雑な形状を採用することもできる。

また、上記実施の形態１〜４および変形例に係る各構成においては、第１転送電極と第２転送電極との間に間隔（例えば、図２（ｂ）に示す間隔ｇ_２）をあけることとしたが、これは製造上のマージンを考慮したものであって、間隔ｇ_２は、遮光という観点からできる限り小さくすることが望ましい。
また、上記実施の形態１〜４および変形例では、転送電極間のギャップの上部に遮光膜１１１を形成することとしたが、遮光膜１１１は必須の構成要素ではない。遮光性能が許容できるのであれば、遮光膜１１１を省略し、マクロレンズ１１０からシリコン基板１０までの距離をできる限り小さくすることが、感度向上のためには望ましい。

また、上記実施の形態１〜４および変形例では、第１転送電極の構成材料の一例として多結晶シリコンを、第２転送電極の構成材料の一例として金属材料（例えば、タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、チタンナイトライド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド）を採用することとしたが、本発明ではこれらの材料に限定を受けるものではない。特に、第２転送電極の構成材料には、導電性と遮光性が多結晶シリコンに比べて優れているものであれば採用することが可能である。
⇒その他に記載しておくべき事項がございましたら、追記をお願いします。

本発明は、高い感度特性と優れたスミア特性を有しながら、転送効率の低下を抑制することができるＣＣＤ型固体撮像装置を実現するのに有用である。

実施の形態１に係るＣＣＤ型固体撮像装置１の構成を示すブロック図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置１における主要部の構成を示す断面図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置１における主要部の構成を示す平面図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置１に設けられているトランジスタ素子１５の構成を示す断面図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法を示す断面図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置１の製造方法を示す平面図である。 実施の形態２に係るＣＣＤ型固体撮像装置２における主要部の構成を示す断面図である。 ＣＣＤ型固体撮像装置２の製造方法を示す平面図である。 実施の形態３に係るＣＣＤ型固体撮像装置３における主要部の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係るＣＣＤ型固体撮像装置４における主要部の構成を示す平面図である。 変形例に係るＣＣＤ型固体撮像装置での第１転送電極１０４と第２転送電極１５５との位置関係を示す平面図である。 従来技術に係るＣＣＤ型固体撮像装置における主要部の構成を示す断面図である。

符号の説明

１，２，３，４．ＣＣＤ型固体撮像装置
１０．シリコン基板
１０ａ．ウェル領域
１１． 撮像画素部
１２．垂直ＣＣＤ部
１３．水平ＣＣＤ部
１４．アンプ部
１５．トランジスタ素子
１０１．フォトダイオード
１０２．電荷転送チャネル
１０３，１２３，１３３．ゲート絶縁膜
１０４，１３４．第１転送電極
１０５，１３５，１５５．第２転送電極
１０６．反射防止膜
１０７，１３７．絶縁膜
１０８．層間絶縁膜
１０９．カラーフィルタ層
１１０．マイクロレンズ
１１１，１４１．遮光膜
１１５．ソース
１１６．ドレイン
１１７．第１ゲート電極
１１８．第２ゲート電極
１０４０．第１転送電極準備膜

Claims (14)

1. 半導体基板の主面に沿った方向において、光電変換機能を有する受光部と、前記受光部で生成された電荷を前記主面の一方向に向けて転送する電荷転送部とが、隣接形成されてなるＣＣＤ型固体撮像装置であって、
   前記電荷転送部は、前記半導体基板の内方において、前記一方向に向けて延伸形成された転送チャネルと、前記転送チャネルに対して絶縁膜を介し、且つ、互いに間隔をあけて配された複数の転送電極とを有してなり、
   前記複数の転送電極の各々は、互いに構成材料が異なる第１転送電極要素と第２転送電極要素とが、前記絶縁膜側から順に積層された構成を有し、
   前記第２転送電極要素は、遮光性を有するとともに、前記延伸方向側の外縁が前記第１転送電極要素の上にあり、前記延伸方向とは交差する側の外縁が前記絶縁膜に接する状態にある
   ことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置。
2. 前記複数の転送電極は、第２絶縁膜により被覆されており、
   前記第２絶縁膜上であって、前記複数の転送電極の互いの間隔に相当する各領域には、遮光性を有する遮光膜が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
3. 前記第１転送電極要素の幅は、前記転送チャネルの幅よりも広く、
   前記第２転送電極要素の幅は、前記第１電極要素の幅よりも広い
   ことを特徴とする請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
4. 前記絶縁膜の膜厚は、前記第２転送電極要素の外縁が接する領域の方が、前記第１転送電極要素の下部領域よりも薄い
   ことを特徴とする請求項２から３の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
5. 前記第２絶縁膜は、第１の膜要素と第２の膜要素との積層構造を有し、
   前記第１の膜要素は、前記複数の転送電極の互いの間隔において、積層方向上面が前記第１電極要素の上面と同一レベルにある
   ことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
6. 前記第１転送電極要素は、多結晶シリコンから構成され、
   前記第２転送電極要素は、タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、チタンナイトライド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドの何れかを含み構成されている
   ことを特徴とする請求項２から５の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
7. 前記半導体基板には、前記電荷転送部に対し接続されたトランジスタ素子が形成されており、
   前記トランジスタ素子は、前記半導体基板の内方において、前記主面に沿った方向に互いに間隔をあけて形成されたソースおよびドレインと、前記絶縁膜上であって、前記ソースと前記ドレインとの間に相当する箇所に形成されたゲート電極とを有し、
   前記ゲート電極は、互いに構成材料が異なる第１ゲート電極要素と第２ゲート電極要素とが、前記絶縁膜側から順に積層された構成を有し、
   前記第２ゲート電極要素は、遮光性を有するとともに、前記ソースおよび前記ドレインの側の外縁が前記第１ゲート電極要素の上にあり、前記ソースおよび前記ドレインの側を除く外縁が前記絶縁膜に接する状態にある
   ことを特徴とする請求項２から６の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
8. 前記遮光膜は、前記第２絶縁膜上であって、複数の前記ギャップの上に相当する領域を覆うように、一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項２から７の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
9. 半導体基板に対し、光電変換機能を有する受光部を形成するステップと、
   前記半導体基板の主面に沿った方向において、前記受光部に隣接させ、前記主面の一方向に向けて延伸する転送チャネルを形成するステップと、
   前記主面上に絶縁膜を形成するステップと、
   前記転送チャネルに対して前記絶縁膜を介し、且つ、前記延伸方向に互いに間隔をあけて複数の第１転送電極要素を形成するステップと、
   前記第１転送電極要素の各々の上に、当該第１転送電極要素とは異なる材料からなる第２転送電極要素を形成するステップと
   を有し、
   前記第２転送電極要素を形成するステップでは、遮光性を有するとともに、前記延伸方向側の外縁が前記第１転送電極要素の上にあり、前記延伸方向とは交差する側の外縁が前記絶縁膜に接する状態に、前記第２転送電極要素を形成する
   ことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
10. 前記第１転送電極要素と前記第２転送電極要素との積層構造をもって各々が構成される複数の転送電極を被覆するように、第２絶縁膜を形成するステップと、
    前記第２絶縁膜上であって、前記複数の転送電極の互いの間隔に相当する各領域に、遮光性を有する遮光膜を形成するステップと
    を有する
    ことを特徴とする請求項９に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
11. 前記第１転送電極要素を形成するステップでは、前記転送チャネルよりも幅広に前記第１転送電極要素を形成し、
    前記第２転送電極要素を形成するステップでは、前記第１転送電極要素よりも幅広に前記第２転送電極要素を形成する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
12. 前記第１転送電極要素を形成するステップには、
    前記絶縁膜上に第１転送電極要素用準備膜を形成するサブステップと、
    前記第１転送電極要素準備膜に対し、前記間隔に相当する領域をエッチングにより除去するサブステップと
    が含まれており、
    前記除去するサブステップでは、前記絶縁膜の膜厚が、前記第１転送電極要素の下部領域よりも、その他の領域で薄くなるように、エッチングを実行する
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
13. 前記第２絶縁膜を形成するステップには、
    前記第１転送電極要素の互いの間隔において、上面が前記第１電極要素の上面と同一レベルである第１の膜要素を形成するサブステップと、
    前記第１の膜要素上に形成された前記第２転送電極要素を被覆する第２の膜要素を形成するサブステップと
    が含まれている
    ことを特徴とする請求項１０から１２の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。
14. 前記第１転送電極要素を形成するステップでは、多結晶シリコンを用い、前記第１転送電極要素を形成し、
    前記第２転送電極要素を形成するステップでは、タングステン、モリブデン、アルミニウム、チタン、チタンナイトライド、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドの何れかを含む材料を用い、前記第２転送電極要素を形成する
    ことを特徴とする請求項１０から１３の何れかに記載のＣＣＤ型固体撮像装置の製造方法。

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