JP2725459B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法

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JP2725459B2
JP2725459B2 JP3001833A JP183391A JP2725459B2 JP 2725459 B2 JP2725459 B2 JP 2725459B2 JP 3001833 A JP3001833 A JP 3001833A JP 183391 A JP183391 A JP 183391A JP 2725459 B2 JP2725459 B2 JP 2725459B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置特に電荷転
送機構を備えた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】現在、固体撮像装置に広く用いられてい
る電荷転送素子である電荷結合素子(以下CCDとす
る)は、極めて狭い間隔で電気的に分離された多数のM
OSキャパシタを配列させた構造を持っており、各々の
MOSキャパシタに電圧信号パルスを印加することによ
り撮像装置の受光部で光電変換された電荷をMOSキャ
パシタ列に沿って出力部まで転送するという機構を持
つ。図18および図19は4相駆動方式によるCCDを
用いた従来の固体撮像素子の平面図および断面図であ
る。このCCDの各MOSキャパシタのゲート電極を1
μm以下の間隔で形成するためには、一般に次のような
方法が採用されている。すなわち、図19においてシリ
コン半導体基板1上にゲート絶縁膜13を形成し、その
上にCVD法によって多結晶シリコンを成長させた後、
パターニングして第1層電極20を形成する。次に熱酸
化によって第1層電極20表面に薄い絶縁膜として酸化
シリコン膜3を形成し、その上にCVD法によって多結
晶シリコンを成長させパターニングして第2層電極4を
形成する。
【0003】このような構造のCCDを持つ従来の固体
撮像装置の平面図が図18である。すなわちくし形の形
状を持つ第1層電極20と第2層電極4にそれぞれ印加
電圧パルスφ1,φ3およびφ2,φ4を対応させ、こ
れによって二次元的に配列されている各受光部19で光
電変換された電荷をいっせいに転送させる。なお、受光
部19の面積をできるだけ広くとるために、ゲート部分
以外の第1層電極20と第2層電極は層間絶縁膜(ここ
では図19における酸化シリコン膜3)をはさんで積み
重ねて配線する構造を持っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように一般に
CCDの第1層電極と第2層電極との間の層間絶縁膜に
は熱酸化膜によって形成した酸化シリコン膜が用いられ
る。ここで第1層電極と第2層電極との間の層間絶縁膜
としてたとえばCVD法により形成した酸化シリコン膜
を用いることも考えられるが、この場合CCDの構造上
第2層電極直下のゲート絶縁膜がCVD法による酸化シ
リコン膜となる。CVD法による膜は電気特性の安定性
が熱酸化膜に劣るためゲート酸化膜として使用されるの
は難しい。従って、層間絶縁膜としては熱酸化による酸
化シリコン膜を用いるのが望ましく、その場合、少なく
とも第1層電極は多結晶シリコンを用いざるを得ない。
【0005】しかしながら上述した従来の固体撮像装置
の構造では画素の高密度化に伴ない、配線幅は狭くな
り、一方ある程度感度を確保したまま限られたチップ面
積の中に高密度に画素を形成するためには受光部の面積
を単純に縮小することはできず、配線幅はいっそう狭く
ならざるを得ない。すなわち画素数を増加させ、高密度
化すると、駆動周波数が上昇する一方で配線抵抗も高く
なり、電極の時定数で決定されるパルス遅延によって駆
動が極めて困難になるため固体撮像装置の多画素化には
限界があるという問題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、半導
体基板上にゲ―ト絶縁膜を介し所定の間隔およびピッチ
で配列された第1層電極群と、前記第1層電極とこれを
覆う酸化シリコン膜を介して部分的に重なって前記第1
層電極の間にそれぞれ配置された第2層電極群とを有す
るMOSキャパシタ列を複数個並列に配置した電荷転送
素子を備えた個体撮像装置において、前記各MOSキャ
パシタ列の同一行の第2層電極に被着される第1配線
と、前記第1配線を被覆し前記MOSキャパシタ列の第
層電極1つおきに設けられた第1コンタクト孔を有
する第1絶縁膜と、前記第1コンタクト孔を介して第1
層電極に接続される第2配線と、前記第2配線に接続さ
れていない第1層電極上に設けられた開口を有する第2
絶縁膜と、前記開口の側面に被着された第3絶縁膜を有
する第2コンタクト孔と、前記第2コンタクト孔を介し
て第1層電極に接続される第3配線とを有するというも
のである。
【0007】本願第2の発明の固体撮像装置の製造方法
は、半導体基板上にゲ―ト絶縁膜を介し所定の間隔およ
びピッチで配列された第1層電極群を形成する工程と、
前記第1層電極を絶縁膜で覆った後前記第1層電極の間
にそれぞれ第2層電極を形成する工程と、前記第2層電
極に接続される第1配線を形成する工程と、第1絶縁膜
を形成したのち前記第2層電極の1つおきにつき第1コ
ンタクト孔を形成する工程と、前記第1コンタクト孔を
介して第層電極に接続される第2配線を形成する工程
と、更に第2絶縁膜を形成したのち前記第2配線に接続
されていない第層電極部に開口を形成したのちその側
面に第3絶縁膜を被着して第2コンタクト孔を形成する
工程と、前記第2コンタクト孔を介して第層電極に接
続される第3配線を形成する工程とにより電荷転送素子
を形成するというものである。
【0008】
【0009】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1および図2はそれぞれ本願第1の発明の
固体撮像装置の一実施例を示す平面図および固体撮像装
置の電荷転送部の断面図である。
【0010】この実施例は、シリコン半導体基板1上に
ゲート絶縁膜13を介して形成されている多結晶シリコ
ンの第1層電極2および第2層電極4にそれぞれ駆動パ
ルスφ1,φ3およびφ2,φ4が印加される4相駆動
方式の固体撮像装置であるが、ここで第2層電極4の表
面には電荷転送方向と垂直方向に第1配線5が設けられ
1電極おきにφ2とφ4に接続される。これによって第
2層電極4の電気抵抗は大幅に低減される。また第1層
電極2は電荷転送方向に沿って設けられた第2配線およ
び第3配線9に、1電極おきに第1コンタクト孔6およ
び第2コンタクト孔7を介してそれぞれ接続され、第2
配線8はφ3に第3配線9はφ1に接続される。これに
より第1層電極2の電気抵抗は大幅に低減される。
【0011】なお、第1配線5と第2配線8は第1絶縁
膜10で絶縁され、さらに第2配線8と第3配線9は第
2絶縁膜11および第2コンタクト孔7の側壁に形成さ
れた第3絶縁膜12によって絶縁された構造となってい
る。
【0012】図3〜図12は、本願第2の発明の一実施
例を説明するための平面図あるいは断面図である。
【0013】まず図3に示すように表面にゲート絶縁膜
(図示せず)が形成されたシリコン半導体基板1上にC
VD法とフオトエッチング法によって多結晶シリコンの
第1層電極2を島状に形成する。次に、熱酸化によって
第1層電極2の表面に薄い酸化シリコン膜3を形成した
後、図に示すようにCVD法とフオトエッチング法に
よって多結晶シリコンの第2層電極4をくし形に形成す
る。続いて図に示すようにスパッタリング法あるいは
CVD法とフォトエッチング法により第2層電極4の表
面に電荷転送方向とは直角の方向に沿って第1配線5を
形成する。次にシリコン半導体基板1の表面全体を透明
な第1絶縁膜(図示せず)で覆った後、図6に示すよう
に電荷転送方向に沿って1つおきの第1層電極2上の第
1絶縁膜に、フォトエッチング法によって第1コンタク
ト孔6を形成し、続いて図7に示すようにスパッ夕リン
グ法あるいはCVD法とフォトエッチング法によって電
荷転送方向に沿って第2配線8を形成する。続いてシリ
コン半導体基板1の表面全体を透明な第2絶縁膜(図示
せず)で覆った後、図8に示すように第1コンタクト孔
6が形成されていない残りの第1層電極2上に第2コン
タクト孔7を形成する。図9は図8の電荷転送部の断面
図で、第2コンタクト孔7を形成した時点を示す。10
は前述の第1絶縁膜、11は第2絶縁膜である。第2コ
ンタクト孔7の側壁には第2配線8が露出している。こ
れを覆うために、図10に示すようにCVD法により第
2コンタクト孔7の内壁を覆って第3絶縁膜12を形成
し、続いて図11に示すように異方性エッチングにより
第2コンタクト孔7の側壁部分だけを残して第3絶縁膜
12を除去する。次に図12に示すようにスパッタリン
グ法あるいはCVD法とPR法によって第3配線9を第
2配線8上に電荷転送方向に沿って形成する。このよう
な構造にすることにより第1配線5、第2配線8、第3
配線9は互いに短絡することなく積層させることができ
る。また各配線材料には通常用いられるアルミニウムや
タングステンあるいはタングステンシリサイド等の低抵
抗の材料を用いる。なお図1、図2に示したとおり、第
3配線9には駆動パルスφ1第2配線8には駆動パルス
φ3,第1配線5には交互に駆動パルスφ2とφ4を印
加する。
【0014】このような構造を持つ固体撮像素子は従来
の多結晶シリコンだけで配線されていた固体撮像素子と
比べ、例えば配線にアルミニウムを用いた場合には配線
抵抗が数100分の1程度に低減されているため画素数
を大幅に増大させても電極の時定数で決定されるパルス
遅延が低減され、高速動作が可能となる。さらに配線幅
を狭くすることができるためその分受光部の面積を大き
くとることができ、したがって小さなチップ内に極めて
多数の画素を集積した高感度の固体撮像装置を実現する
ことができる。
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子は、電荷転送素子を構成するMOSキャパシタ列上
に、各々の電荷転送方向に沿って該電荷転送素子の駆動
パルスを印加する,1本あるいは2本以上の配線が形成
されているため、多結晶シリコンだけで配線されていた
従来の固体撮像装置と異なり配線抵抗が大幅に低減でき
したがって画素数を大幅に増大させても、電極の時定数
で決定されるパルス遅延が低減され高速動作が可能とな
る。また配線幅を狭くすることができるためその分受光
部の面積を大きくとることができ、したがって小さなチ
ップ内に極めて多画素を集積した高感度の固体撮像装置
を製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願第1の発明の一実施例を示す平面図であ
る。
【図2】本願第1の発明の一実施例を示す断面図であ
る。
【図3】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図4】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図5】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図6】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図7】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図8】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する平
面図である。
【図9】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する断
面図である。
【図10】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する
断面図である。
【図11】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する
断面図である。
【図12】本願第2の発明の一実施例の説明に使用する
断面図である。
【図13】従来の固体撮像装置を示す平面図である。
【図14】従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【図15】本願第3の発明の一実施例の説明に使用する
平面図である。
【図16】本願第3の発明の一実施例の説明に使用する
平面図である。
【図17】本願第3の発明の一実施例の説明に使用する
平面図である。
【図18】従来の固体撮像装置を示す平面図である。
【図19】従来の固体撮像装置を示す断面図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にゲ―ト絶縁膜を介し所定
    の間隔およびピッチで配列された第1層電極群と、前記
    第1層電極とこれを覆う酸化シリコン膜を介して部分的
    に重なって前記第1層電極の間にそれぞれ配置された第
    2層電極群とを有するMOSキャパシタ列を複数個並列
    に配置した電荷転送素子を備えた個体撮像装置におい
    て、前記各MOSキャパシタ列の同一行の第2層電極に
    被着される第1配線と、前記第1配線を被覆し前記MO
    Sキャパシタ列の第層電極1つおきに設けられた第
    1コンタクト孔を有する第1絶縁膜と、前記第1コンタ
    クト孔を介して第1層電極に接続される第2配線と、前
    記第2配線に接続されていない第1層電極上に設けられ
    た開口を有する第2絶縁膜と、前記開口の側面に被着さ
    れた第3絶縁膜を有する第2コンタクト孔と、前記第2
    コンタクト孔を介して第1層電極に接続される第3配線
    とを有することを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にゲ―ト絶縁膜を介し所定
    の間隔およびピッチで配列された第1層電極群を形成す
    る工程と、前記第1層電極を絶縁膜で覆った後前記第1
    層電極の間にそれぞれ第2層電極を形成する工程と、前
    記第2層電極に接続される第1配線を形成する工程と、
    第1絶縁膜を形成したのち前記第2層電極の1つおきに
    つき第1コンタクト孔を形成する工程と、前記第1コン
    タクト孔を介して第層電極に接続される第2配線を形
    成する工程と、更に第2絶縁膜を形成したのち前記第2
    配線に接続されていない第層電極部に開口を形成した
    のちその側面に第3絶縁膜を被着して第2コンタクト孔
    を形成する工程と、前記第2コンタクト孔を介して第
    層電極に接続される第3配線を形成する工程とにより電
    荷転送素子を形成することを特徴とする固体撮像装置の
    製造方法。
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