JP2919697B2

JP2919697B2 - 固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JP2919697B2
Application number: JP5083344A
Authority: JP
Inventors: 芳樹中村; 正和稲見
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1999-07-12
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JPH06296009A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像領域が転送電極で
覆われた固体撮像素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フレームトランスファ型のＣＣＤ固体撮
像素子において、被写体からの光を受ける撮像部は、照
射された光に応答して発生する情報電荷を蓄積すると同
時に、所定の期間蓄積された情報電荷を蓄積部へ転送出
力する構成となっている。このため、光の受光領域にも
情報電荷を転送駆動するための転送電極が設けられる。

【０００３】図７は、フレームトランスファ型のＣＣＤ
固体撮像素子の概略を示す平面図である。撮像部１は、
垂直方向に連続する複数のＣＣＤシフトレジスタからな
り、入射する光の量に応じて発生する情報電荷を受光期
間に各ビットに蓄積し、その情報電荷を転送期間に垂直
転送クロックφVに従って転送出力する。蓄積部２は、
撮像部１のシフトレジスタに連続するＣＣＤシフトレジ
スタからなり、蓄積転送クロックφSを受けて転送期間
に撮像部１から出力される情報電荷を取り込んで蓄積す
る。水平転送部３は、水平方向に連続する１列のＣＣＤ
シフトレジスタ（場合によっては２列以上となる）で構
成され、各ビットに蓄積部２のシフトレジスタの出力を
受け、水平転送クロックφHに従って情報電荷を水平ラ
イン単位で出力する。出力部４は、電荷量を電圧値に変
換するフローティングディフュージョン（電気的に独立
した拡散領域）及びそのフローティングディフュージョ
ンの電位変動を取り出すアンプを備え、水平転送部３か
ら１ビット単位で出力される情報電荷を逐次電圧値に変
換し、映像信号として出力する。この出力部４は、例え
ば図８に示すように、水平転送部３のＣＣＤ出力を受け
るフローティングディフュージョン１０、このフローテ
ィングディフュージョン１０の電位をリセットクロック
φRに従ってリセットするトランジスタ１１及びソース
フォロワ接続されてアンプを構成する一対のトランジス
タ１２、１３で構成され、水平転送部３から出力される
情報電荷の電荷量の変化に応答する映像信号を出力す
る。

【０００４】図９は、固体撮像素子の撮像部１の構造を
示す平面図で、図１０は、そのＸ−Ｘ線の断面図であ
る。この図面では、過剰な電荷を基板側に吸収させる縦
型オーバーフロードレイン構造のものを示している。Ｎ
型のシリコン基板２０の一面には、素子領域となるＰ型
の拡散領域２１が形成され、この拡散領域２１内に高濃
度のＰ型領域や厚い酸化膜（ＬＯＣＯＳ）等からなる複
数の分離領域２２が互いに平行に形成される。これらの
分離領域２２に挟まれたチャネル領域２３には、基板表
面部分にＮ型の不純物が拡散されて埋め込みチャネル構
造が構成されている。そして、酸化膜２４を介して１層
目の転送電極２５がチャネル領域２３と交差するように
して互いに平行に配列され、さらに２層目の転送電極２
６が１層目の転送電極２５の間隙を覆うようにして配列
される。これらの転送電極２５、２６には、蓄積期間中
にそれぞれ固定電位が与えられ、これにより、４本の転
送電極２５、２６を１単位として形成される受光画素に
情報電荷が蓄積される。さらに、所定の受光期間を経過
した後には、各転送電極２５、２６に、例えば４相のク
ロックパルスが印加され、各受光画素に蓄積された情報
電荷がチャネル領域２３に沿って蓄積部側に転送され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなＣＣＤ固
体撮像素子の受光部については、チャネル領域２３に入
射する光の光電効果によって情報電荷を得ているため、
転送電極２５、２６に開口部を設けることや、転送電極
２５、２６の膜厚を薄くすること等によって光の入射効
率を高くする対策が考えられている。特に、高解像度化
に対応して各部の微細化が図られると、受光画素の面積
が小さくなり、入射効率の向上による受光感度の改善が
問題となる。しかしながら、転送電極２５、２６に開口
部を設ける場合には電極の形状が複雑となることから、
微細化が困難となり、高解像度化には適さない。また、
転送電極２５、２６を薄く形成する場合、これらの転送
電極２５、２６に撮像部の周辺領域で電力供給用の金属
配線を接続する際、コンタクトの突き抜けが生じ易くな
り、素子の信頼性が損なわれる。さらには、転送電極２
５、２６と同一工程で形成されるその他の領域（蓄積部
や出力部等）の電極も同様に薄くなるため、蓄積部や水
平転送部の転送効率の低下や出力部の特性の劣化を招く
ことになる。

【０００６】そこで本発明は、素子の信頼性の低下や各
部の特性の劣化を防止しながら撮像部への光の入射効率
を向上することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、半導体基板に入射した
光に応答して発生する情報電荷を、その半導体基板上に
配列された複数の転送電極の作用により基板の表面領域
に形成されるポテンシャル井戸に蓄積する固体撮像素子
において、一主面の第１の範囲に複数の分離領域が互い
に平行に設けられた半導体基板と、この半導体基板上に
上記分離領域と交差する方向に延在し、上記第１の範囲
を横切るように配列された複数の転送電極と、上記第１
の範囲を取り囲む第２の範囲で上記転送電極の端部と重
なるように配置され、各転送電極と規則的に接続される
複数の電力供給線と、を備え、上記転送電極は、上記第
２の範囲の部分の膜厚が、上記第１の範囲の部分の膜厚
より大なることを特徴とするものである。

【０００８】そして、その固体撮像素子の製造方法の特
徴とするところは、半導体基板の表面部分の第１の範囲
に電荷の移動を阻止する分離領域を複数本互いに平行に
形成する工程と、上記半導体基板上の上記第１の範囲を
取り囲む第２の範囲を覆って選択的に第１の導電層を形
成し、この第１の導電層及び上記第１の範囲を覆って第
２の導電層を形成した後、これらの両導電層をパターン
形成して上記分離領域と交差する方向に上記第１の領域
を横切り、上記第２の範囲まで延在する複数の転送電極
を得る工程と、上記第２の範囲の部分で上記転送電極に
接続される電力供給線を形成する工程と、を備えること
にある。

【０００９】

【作用】本発明によれば、撮像部の受光領域のみで転送
電極を薄く形成して撮像部のチャネル領域への光の入射
効率を向上しながら、各転送電極を受光領域の周辺部分
で厚く形成しているため、その周辺部分で各転送電極に
接続される金属配線のコンタクトが基板側に突き抜ける
ことがなくなる。また、撮像部以外の部分の電極が所定
の厚さに形成されることから、蓄積部及び水平転送部の
転送効率の低下及び出力部の特性の劣化が抑圧される。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の固体撮像素子の撮像部の構
造を示す平面図で、第２図は、そのＸ−Ｘ線断面図であ
る。Ｐ型のシリコン基板３０の一面の受光領域部分に
は、Ｐ型の不純物が高濃度に注入された複数の分離領域
３１が互いに平行に配置され、同様にして周辺領域にも
高濃度のＰ型の不純物を含む分離領域３２が受光領域を
取り囲むように形成される。また、各分離領域３１の間
のチャネル領域は、基板表面部分にＮ型の不純物が拡散
されて埋め込みチャネル構造を成している。このような
分離領域３１及びチャネル領域３３が形成されたシリコ
ン基板３０上には、絶縁膜３４を介して多結晶シリコン
からなる複数の転送電極３５が、チャネル領域３３と交
差する方向に、受光領域を横切って周辺領域まで延在し
て配置される。これらの転送電極３５上には、同じく多
結晶シリコンからなる２層目の転送電極３６が、１層目
の転送電極３５の間隙を覆うように配置されて２層構造
となっている。各転送電極３５、３６については、受光
領域上で周辺領域上より膜厚が薄く形成され、これによ
り受光領域部分で光が転送電極３５、３６を透過し易い
ようにしている。そして、周辺領域部分の転送電極３
５、３６上に、絶縁膜３７を介してアルミニウム配線３
８が配置され、絶縁膜３８に設けられるコンタクトホー
ル３９を通して各転送電極３５、３６と接続される。こ
のアルミニウム配線３８は、転送電極３５、３６に供給
する転送クロックの相数に対応して設けられるもので、
４相クロックの場合には４本配置され、各配線が３本置
きに転送電極３５、３６と接続される。ここで、各転送
電極３５、３６は、アルミニウム配線３８が接続される
部分で膜厚が厚く形成されることから、コンタクトの突
き抜けが生じにくくなっている。

【００１１】図３乃至図６は、本発明の固体撮像素子の
製造方法を示す工程別の断面図である。まず、図３に示
すように、Ｐ型のシリコン基板３０の一面にボロン等の
Ｐ型の不純物を高濃度に注入して分離領域３１、３２を
形成し、さらに、これらの分離領域３１の間にリン等の
Ｎ型の不純物を注入して埋め込みチャネル構造のチャネ
ル領域３３を形成する。これらの注入工程は、周知のフ
ォトリソグラフィ技術によって得られる所望の形状のレ
ジストパターンをマスクとして行われる。

【００１２】分離領域３１、３２及びチャネル領域３３
が形成されたシリコン基板３０上には、図４に示すよう
に、ゲート絶縁膜３４となる酸化膜４０を例えば熱酸化
によって膜厚１００ｎｍに形成し、この酸化膜４０上に
転送電極３５となる多結晶シリコン膜４１をＣＶＤ法に
より膜厚１００ｎｍに形成する。そこで、受光領域部分
が開口するレジストパターン４２を多結晶シリコン膜４
１上に形成し、レジストパターン４２をマスクとして多
結晶シリコン膜４１をエッチングして除去して図５に示
すように周辺領域のみに多結晶シリコン膜４１を残す。
その後、図６に示すように、再度多結晶シリコン膜をＣ
ＶＤ法によって膜厚３００ｎｍに形成し、膜厚が受光領
域で薄く、周辺領域で厚くなる多結晶シリコン膜４３を
得る。そして、その多結晶シリコン膜４３をパターニン
グして分離領域３１と交差する方向に受光領域を横切る
１層目の転送電極３５を形成する。

【００１３】さらに、転送電極３５の表面部分を熱酸化
して層間絶縁膜を形成した後、同様にして、多結晶シリ
コン膜の形成を繰り返して受光領域より周辺領域で膜厚
が厚くなる多結晶シリコン膜を形成する。そして、この
多結晶シリコン膜をパターニングすることで１層目の転
送電極３５の間隙を覆う２層目の転送電極３６を形成す
る。２層の転送電極３５、３６を形成した後には、図２
に示すように、窒化膜等の絶縁膜３８を介して、周辺領
域部分にアルミニウム配線３８を形成する。このアルミ
ニウム配線３８の形成は、絶縁膜３８の所定の位置にコ
ンタクトホール３９を形成した後にスパッタリング等に
よって形成されるアルミニウム膜を所望のパターンにエ
ッチングすることにより行われる。

【００１４】以上の製造工程よれば、１層目の転送電極
３５、２層目の転送電極３６共に膜厚が受光領域で薄
く、周辺領域で厚く形成されるため、受光領域ではチャ
ネル領域３３への光の入射が確保され、周辺領域ではア
ルミニウム配線３８とのコンタクトの突き抜けが防止さ
れる。ところで、撮像部以外の蓄積部及び水平転送部の
転送電極については、受光領域の多結晶シリコン膜４１
のように除去されることなく、２度形成される多結晶シ
リコン膜４１、４３により構成され、周辺領域の転送電
極３５、３６と同等の膜厚を有する。さらに、出力部の
トランジスタのゲートについても、蓄積部及び水平転送
部の転送電極と同一工程で形成され、周辺領域の転送電
極３５、３６と同等の膜厚を有する。

【００１５】なお、以上の実施例においては、シリコン
基板３０をＰ型とした場合を例示したが、図１０の如
く、Ｎ型のシリコン基板を用いてＰ型の拡散領域を形成
する所謂縦型オーバーフロードレイン構造とする場合で
も同様に実施可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、撮像部の受光領域で転
送電極の膜厚を薄くして光の入射効率を高めながら、転
送電極とアルミニウム配線との接続部分でコンタクトの
突き抜けが防止され、信頼性の向上が図れる。また、撮
像部以外の部分の転送電極及び周辺部分に形成されるゲ
ート電極を所望の膜厚とすることができ、撮像部から情
報電荷を受ける側での転送効率の低下が抑圧されると共
に、周辺部分に形成される回路の特性の劣化が防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の撮像部を示す平面図で
ある。

【図２】図１のＸ−Ｘ線の断面図である。

【図３】本発明の固体撮像素子の第１の製造工程を示す
断面図である。

【図４】本発明の固体撮像素子の第２の製造工程を示す
断面図である。

【図５】本発明の固体撮像素子の第３の製造工程を示す
断面図である。

【図６】本発明の固体撮像素子の第４の製造工程を示す
断面図である。

【図７】フレームトランスファ型のＣＣＤ固体撮像素子
の模式的平面図である。

【図８】ＣＣＤ固体撮像素子の出力部の回路図である。

【図９】従来の固体撮像素子の撮像部を示す平面図であ
る。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線の断面図である。

【符号の説明】

１撮像部２蓄積部３水平転送部４出力部２０、３０シリコン基板２１拡散層２２、３１、３２分離領域２３、３３チャネル領域２４、３４、３７絶縁膜２５、２６、３５、３６転送電極３８アルミニウム配線３９コンタクトホール４０酸化膜４１、４３多結晶シリコン膜４２レジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 27/148

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面部分の受光領域に電荷
の移動を阻止する分離領域を複数本互いに平行に形成す
る工程と、上記半導体基板上の上記受光領域を取り囲む
周辺領域を覆って選択的に第１の多結晶シリコン層を形
成し、この第１の多結晶シリコン層及び上記受光領域を
覆って第２の多結晶シリコン層を形成した後、これらの
両多結晶シリコン層をパターン形成して上記分離領域と
交差する方向に上記受光領域を横切り、上記周辺領域ま
で延在する複数の転送電極を得る工程と、上記周辺領域
部分で上記転送電極に接続される電力供給線を形成する
工程と、を備えることを特徴とする固体撮像素子の製造
方法。
【請求項２】上記転送電極を形成する工程を繰り返
し、一定の間隔を置いて配置される第１の電極と、これ
らの第１の電極の間隙を覆って配置される第２の電極と
を得ることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子
の製造方法。