JP2925444B2 - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子およびその
製造方法に関し、例えば、この固体撮像素子をＨＤＴＶ
（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴＶ、以下、ハイビ
ジョンと略称する）システム等に用いる際に必要な、素
子の高速駆動の実現に関するものである。
製造方法に関し、例えば、この固体撮像素子をＨＤＴＶ
（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴＶ、以下、ハイビ
ジョンと略称する）システム等に用いる際に必要な、素
子の高速駆動の実現に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ハイビジョンの試験放送が始ま
り、ハイビジョンシステム関連の開発が急がれている。
現在商品化されているハイビジョンカメラには主に撮像
管が使われているが、取り扱いが容易でなおかつ小型化
が可能なように、固体撮像素子を用いたハイビジョンカ
メラが強く望まれている。ハイビジョンカメラに対応す
るためには、素子の小型化のために画素寸法を縮小する
だけでなく、１３０万画素あるいは２００万画素といっ
た膨大な画素数を必要とするので、高速駆動を実現する
必要がある。
り、ハイビジョンシステム関連の開発が急がれている。
現在商品化されているハイビジョンカメラには主に撮像
管が使われているが、取り扱いが容易でなおかつ小型化
が可能なように、固体撮像素子を用いたハイビジョンカ
メラが強く望まれている。ハイビジョンカメラに対応す
るためには、素子の小型化のために画素寸法を縮小する
だけでなく、１３０万画素あるいは２００万画素といっ
た膨大な画素数を必要とするので、高速駆動を実現する
必要がある。
【０００３】図８に一般的な固体撮像素子の画素部の平
面構成を示す。固体撮像素子の画素部は、図８に示すよ
うに、複数のゲートバス５０、５０、・・・が互いに平行
に配設されており、各ゲートバス５０からは、各ゲート
バス５０の配設方向に直交する方向に複数のゲート電極
５１、５１、・・・が分岐して形成されている。ゲートバ
ス５０の配設方向に沿って隣接するゲート電極５１同士
の間のゲートバス５０の存在しない領域が光電変換部５
３（または、受光部５３）である。また、各ゲート電極
５１とそのゲート電極５１が分岐する部分のゲートバス
５０を併せた部分が垂直転送部５２であり、ゲート電極
５１が分岐していない領域のゲートバス５０部をクリッ
プ部５４と称する。
面構成を示す。固体撮像素子の画素部は、図８に示すよ
うに、複数のゲートバス５０、５０、・・・が互いに平行
に配設されており、各ゲートバス５０からは、各ゲート
バス５０の配設方向に直交する方向に複数のゲート電極
５１、５１、・・・が分岐して形成されている。ゲートバ
ス５０の配設方向に沿って隣接するゲート電極５１同士
の間のゲートバス５０の存在しない領域が光電変換部５
３（または、受光部５３）である。また、各ゲート電極
５１とそのゲート電極５１が分岐する部分のゲートバス
５０を併せた部分が垂直転送部５２であり、ゲート電極
５１が分岐していない領域のゲートバス５０部をクリッ
プ部５４と称する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体撮像素子の画素部
において垂直転送を行うためのゲート電極は、均一な膜
厚の多結晶シリコンを半導体基板に積層形成し、ゲート
バスパターンとともにパターンを焼き付けた後、エッチ
ングを行って形成する。
において垂直転送を行うためのゲート電極は、均一な膜
厚の多結晶シリコンを半導体基板に積層形成し、ゲート
バスパターンとともにパターンを焼き付けた後、エッチ
ングを行って形成する。
【０００５】均一な膜厚の多結晶シリコンで形成された
ゲート電極では、電荷の高速転送のために画素部の両側
からゲート電極に駆動パルスを供給する場合、多結晶シ
リコンは高抵抗であるので、画素部の中央部においてパ
ルス振幅が減少し、最大取り扱い電荷量が減少する。
ゲート電極では、電荷の高速転送のために画素部の両側
からゲート電極に駆動パルスを供給する場合、多結晶シ
リコンは高抵抗であるので、画素部の中央部においてパ
ルス振幅が減少し、最大取り扱い電荷量が減少する。
【０００６】この問題を解決する方法として、クリップ
部のゲートバス幅を広くする方法がある。しかし、この
方法の場合、クリップ部を広くするにつれて、光電変換
部の面積が縮小するので、入射光に対する感度が低下す
る。
部のゲートバス幅を広くする方法がある。しかし、この
方法の場合、クリップ部を広くするにつれて、光電変換
部の面積が縮小するので、入射光に対する感度が低下す
る。
【０００７】高速の電荷転送を実現するための他の方法
として、ゲート電極を形成する多結晶シリコンの膜厚を
厚くするという方法がある。しかし、この方法では多結
晶シリコンの膜厚を厚くするにつれて、シリコン基板に
形成された光電変換部と固体撮像素子の最上部に設けら
れるマイクロレンズとの距離が大きくなる。そのため、
この構造の固体撮像素子を用いたカメラにおいては、カ
メラレンズの絞りを解放にした場合、斜め入射光成分が
増大するので、マイクロレンズで集光された光が遮光用
金属でケラれてしまう。従って、この場合も、光電変換
部に入射する成分が少なくなり、入射光に対する感度が
低下する。
として、ゲート電極を形成する多結晶シリコンの膜厚を
厚くするという方法がある。しかし、この方法では多結
晶シリコンの膜厚を厚くするにつれて、シリコン基板に
形成された光電変換部と固体撮像素子の最上部に設けら
れるマイクロレンズとの距離が大きくなる。そのため、
この構造の固体撮像素子を用いたカメラにおいては、カ
メラレンズの絞りを解放にした場合、斜め入射光成分が
増大するので、マイクロレンズで集光された光が遮光用
金属でケラれてしまう。従って、この場合も、光電変換
部に入射する成分が少なくなり、入射光に対する感度が
低下する。
【０００８】また、多結晶シリコンよりも抵抗の小さい
材料を用いてゲート電極を形成する方法がある。例え
ば、多結晶シリコンの上にタングステンシリサイドを積
層した電極が考えられる。しかし、この方法では、ゲー
ト電極を形成した後、絶縁層形成のための酸化を行う
際、タングステンシリサイドと多結晶シリコンとを同時
にエッチングしなければならず、多結晶シリコンの方が
エッチング速度が速いので、多結晶シリコンの方がタン
グステンシリサイドよりも細くなってしまうという加工
上の問題が発生する。
材料を用いてゲート電極を形成する方法がある。例え
ば、多結晶シリコンの上にタングステンシリサイドを積
層した電極が考えられる。しかし、この方法では、ゲー
ト電極を形成した後、絶縁層形成のための酸化を行う
際、タングステンシリサイドと多結晶シリコンとを同時
にエッチングしなければならず、多結晶シリコンの方が
エッチング速度が速いので、多結晶シリコンの方がタン
グステンシリサイドよりも細くなってしまうという加工
上の問題が発生する。
【０００９】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、固体撮像素子において、高速駆動
実現のため画素部の両側から多結晶シリコン電極に駆動
パルスを加えた場合でも、画素部の中央部におけるパル
ス振幅の減少が抑制された固体撮像素子とその製造方法
を提供することを目的とする。
なされたものであり、固体撮像素子において、高速駆動
実現のため画素部の両側から多結晶シリコン電極に駆動
パルスを加えた場合でも、画素部の中央部におけるパル
ス振幅の減少が抑制された固体撮像素子とその製造方法
を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、ゲート電極およびゲートバスが多結晶シリコンで形
成され、該ゲートバスの垂直転送部以外の領域の該多結
晶シリコンの膜厚が、該垂直転送部の多結晶シリコンの
膜厚より厚くなっている固体撮像素子であって、そのこ
とにより上記目的が達成される。
は、ゲート電極およびゲートバスが多結晶シリコンで形
成され、該ゲートバスの垂直転送部以外の領域の該多結
晶シリコンの膜厚が、該垂直転送部の多結晶シリコンの
膜厚より厚くなっている固体撮像素子であって、そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００１１】本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導
体基板表面全面に多結晶シリコンを積層し、該多結晶シ
リコンをパターニングしてゲート電極およびゲートバス
を形成する工程と、該ゲートバスの垂直転送部以外の領
域の表面にレジストを形成する工程と、該垂直転送部の
多結晶シリコンをエッチングして、該垂直転送部の多結
晶シリコンの膜厚を、該垂直転送部以外の領域の多結晶
シリコンの膜厚より小さくする工程とを包含しており、
そのことにより上記目的が達成される。
体基板表面全面に多結晶シリコンを積層し、該多結晶シ
リコンをパターニングしてゲート電極およびゲートバス
を形成する工程と、該ゲートバスの垂直転送部以外の領
域の表面にレジストを形成する工程と、該垂直転送部の
多結晶シリコンをエッチングして、該垂直転送部の多結
晶シリコンの膜厚を、該垂直転送部以外の領域の多結晶
シリコンの膜厚より小さくする工程とを包含しており、
そのことにより上記目的が達成される。
【００１２】
【作用】本発明に係る固体撮像素子は、多結晶シリコン
で形成されたゲート電極およびゲートバスの、垂直転送
部以外の領域の厚みが他の多結晶シリコン部の厚みより
も厚いので、高速駆動実現のため、画素部の両側から多
結晶シリコンのゲート電極に駆動パルスを加えた場合で
も、画素部の中央部におけるパルス振幅の減少が抑えら
れる。
で形成されたゲート電極およびゲートバスの、垂直転送
部以外の領域の厚みが他の多結晶シリコン部の厚みより
も厚いので、高速駆動実現のため、画素部の両側から多
結晶シリコンのゲート電極に駆動パルスを加えた場合で
も、画素部の中央部におけるパルス振幅の減少が抑えら
れる。
【００１３】しかも、垂直転送部以外の領域の厚みを厚
くした分、遮光用金属は垂直転送部のみに形成するの
で、最終的な垂直転送部以外の領域の厚みは、垂直転送
部の厚みよりも厚くはならない。
くした分、遮光用金属は垂直転送部のみに形成するの
で、最終的な垂直転送部以外の領域の厚みは、垂直転送
部の厚みよりも厚くはならない。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
によって本発明が限定されるものではない。固体撮像素
子の画素部の平面構成は先述の従来例と変わりはないの
で説明は省略し、図１に図８の平面構成の所定の部分の
断面構成を示す。図１（ａ）に図８の線ｘ−ｘ ’によ
る本実施例の断面を示し、図１（ｂ）に図８の線ｙ−ｙ
’による本実施例の断面を示す。また、比較のために
図１（ｃ）に図８の線ｙ−ｙ ’による従来例の断面を
示す。
によって本発明が限定されるものではない。固体撮像素
子の画素部の平面構成は先述の従来例と変わりはないの
で説明は省略し、図１に図８の平面構成の所定の部分の
断面構成を示す。図１（ａ）に図８の線ｘ−ｘ ’によ
る本実施例の断面を示し、図１（ｂ）に図８の線ｙ−ｙ
’による本実施例の断面を示す。また、比較のために
図１（ｃ）に図８の線ｙ−ｙ ’による従来例の断面を
示す。
【００１５】この固体撮像素子の垂直転送部５２の断面
は、図１（ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１（以
下、単に基板１ともいう）の表面全面に、Ｐ-ウエル層
２が形成されている。このＰ-ウエル層２内には第１の
拡散層３が形成されており、第１の拡散層３上に第２の
拡散層４（Ｎ層）および第３の拡散層５（Ｐ+層）が形
成されている。
は、図１（ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板１（以
下、単に基板１ともいう）の表面全面に、Ｐ-ウエル層
２が形成されている。このＰ-ウエル層２内には第１の
拡散層３が形成されており、第１の拡散層３上に第２の
拡散層４（Ｎ層）および第３の拡散層５（Ｐ+層）が形
成されている。
【００１６】また、第３の拡散層５（Ｐ+層）に接して
第４の拡散層６（Ｎ層）と第５の拡散層７（Ｐ+層）が
形成されている。第２の拡散層４（Ｎ層）と第３の拡散
層５（Ｐ+層）の一部に重畳して第１の絶縁膜８が形成
されている。この第１の絶縁膜８に、多結晶シリコンで
形成された第１のゲート電極１３が重畳している。この
第１のゲート電極１３を覆って第２の絶縁膜９が形成さ
れている。
第４の拡散層６（Ｎ層）と第５の拡散層７（Ｐ+層）が
形成されている。第２の拡散層４（Ｎ層）と第３の拡散
層５（Ｐ+層）の一部に重畳して第１の絶縁膜８が形成
されている。この第１の絶縁膜８に、多結晶シリコンで
形成された第１のゲート電極１３が重畳している。この
第１のゲート電極１３を覆って第２の絶縁膜９が形成さ
れている。
【００１７】また、各垂直転送部５２の間の第５の拡散
層７（Ｐ+層）上には第３の絶縁膜１０が形成されてい
る。第１のゲート電極１３を覆って形成された第２の絶
縁膜９上には第２のゲート電極１４が多結晶シリコンで
形成されている。
層７（Ｐ+層）上には第３の絶縁膜１０が形成されてい
る。第１のゲート電極１３を覆って形成された第２の絶
縁膜９上には第２のゲート電極１４が多結晶シリコンで
形成されている。
【００１８】以上の要素すべてを覆って、基板１全面に
第４の絶縁膜１１が形成されている。垂直転送部５２の
第４の絶縁膜１１上には第１の遮光用金属１５が形成さ
れている。
第４の絶縁膜１１が形成されている。垂直転送部５２の
第４の絶縁膜１１上には第１の遮光用金属１５が形成さ
れている。
【００１９】以上の要素すべてを覆って、基板１全面に
第５の絶縁膜１２が形成されている。第５の絶縁膜１２
上の垂直転送部５２には第２の遮光用金属１６が形成さ
れている。
第５の絶縁膜１２が形成されている。第５の絶縁膜１２
上の垂直転送部５２には第２の遮光用金属１６が形成さ
れている。
【００２０】以上の要素すべてを覆って、アクリル等を
用いてこの基板１全面に平坦化膜１７が形成されてい
る。平坦化膜１７上にはカラーフィルター層１８が積層
形成され、このカラーフィルター層１８上の各光電変換
部５３に対応してマイクロレンズ１９が設けられてい
る。
用いてこの基板１全面に平坦化膜１７が形成されてい
る。平坦化膜１７上にはカラーフィルター層１８が積層
形成され、このカラーフィルター層１８上の各光電変換
部５３に対応してマイクロレンズ１９が設けられてい
る。
【００２１】この固体撮像素子のクリップ部５４を含む
断面は、図１（ｂ）に示すように、基板１表面全面に垂
直転送部５２と同様、Ｐ-ウエル層２が形成されている
が、垂直転送部と異なるのは、このＰ-ウエル層２内に
は拡散層を有しないことである。基板１の外面（底面）
からＰ-ウエル層２の表面までの高さは垂直転送部と同
様である。Ｐ-ウエル層２の表面全面には垂直転送部５
２と同様の厚みの第１の絶縁膜８が形成されている。こ
の第１の絶縁膜８上には、第１のゲート電極１３が多結
晶シリコンで形成されているが、クリップ部５４の第１
のゲート電極１３は垂直転送部５２の第１のゲート電極
１３よりも膜厚が厚く（ほぼ倍の厚みで）形成されてい
る。
断面は、図１（ｂ）に示すように、基板１表面全面に垂
直転送部５２と同様、Ｐ-ウエル層２が形成されている
が、垂直転送部と異なるのは、このＰ-ウエル層２内に
は拡散層を有しないことである。基板１の外面（底面）
からＰ-ウエル層２の表面までの高さは垂直転送部と同
様である。Ｐ-ウエル層２の表面全面には垂直転送部５
２と同様の厚みの第１の絶縁膜８が形成されている。こ
の第１の絶縁膜８上には、第１のゲート電極１３が多結
晶シリコンで形成されているが、クリップ部５４の第１
のゲート電極１３は垂直転送部５２の第１のゲート電極
１３よりも膜厚が厚く（ほぼ倍の厚みで）形成されてい
る。
【００２２】この第１のゲート電極１３を覆って、第２
の絶縁膜９、第２のゲート電極１４および第４の絶縁膜
１１がこの順で基板１上全面に積層形成されているが、
これらのクリップ部５４は、クリップ部５４で厚く形成
された下層の第１のゲート電極１３に沿って盛り上がっ
て形成されている。
の絶縁膜９、第２のゲート電極１４および第４の絶縁膜
１１がこの順で基板１上全面に積層形成されているが、
これらのクリップ部５４は、クリップ部５４で厚く形成
された下層の第１のゲート電極１３に沿って盛り上がっ
て形成されている。
【００２３】そして、隣接するクリップ部５４とクリッ
プ部５４との間の垂直転送部５２領域の第４の絶縁膜１
１上には第１の遮光用金属１５が形成されている。
プ部５４との間の垂直転送部５２領域の第４の絶縁膜１
１上には第１の遮光用金属１５が形成されている。
【００２４】以上の要素全てを覆って第５の絶縁膜１２
が基板１全面に形成されている。さらに、第１の遮光用
金属１５が形成された位置の第５の絶縁膜１２上には第
２の遮光用金属１６がほぼ垂直転送部５２の幅の領域で
形成されている。
が基板１全面に形成されている。さらに、第１の遮光用
金属１５が形成された位置の第５の絶縁膜１２上には第
２の遮光用金属１６がほぼ垂直転送部５２の幅の領域で
形成されている。
【００２５】以上の要素全てを覆って、基板１全面にア
クリル等で平坦化膜１７が形成されている。以降、この
平坦化膜１７上にカラーフィルター層１８、マイクロレ
ンズ１９がこの順で形成されている構造は垂直転送部５
２の場合と同じである。
クリル等で平坦化膜１７が形成されている。以降、この
平坦化膜１７上にカラーフィルター層１８、マイクロレ
ンズ１９がこの順で形成されている構造は垂直転送部５
２の場合と同じである。
【００２６】ここで、この固体撮像素子のクリップ部５
４の従来技術の構造の断面を上記の本実施例のクリップ
部５４の断面構造と比較する。従来例のクリップ部５４
の断面構造は、図１（ｃ）に示すように、第１の絶縁膜
２８が形成されている層までは本実施例の場合と同様で
ある。従来技術による固体撮像素子においては、第１の
絶縁膜２８上全面に、まず、第１のゲート電極３３が前
記の図１（ｂ）で示した第１のゲート電極１３の膜厚の
薄い部分の厚さで、第１の絶縁膜２８上に一様に形成さ
れている。以降、第１のゲート電極３３上に第２の絶縁
膜２９、第２のゲート電極３４および第４の絶縁膜３１
がこの順で積層形成されている。
４の従来技術の構造の断面を上記の本実施例のクリップ
部５４の断面構造と比較する。従来例のクリップ部５４
の断面構造は、図１（ｃ）に示すように、第１の絶縁膜
２８が形成されている層までは本実施例の場合と同様で
ある。従来技術による固体撮像素子においては、第１の
絶縁膜２８上全面に、まず、第１のゲート電極３３が前
記の図１（ｂ）で示した第１のゲート電極１３の膜厚の
薄い部分の厚さで、第１の絶縁膜２８上に一様に形成さ
れている。以降、第１のゲート電極３３上に第２の絶縁
膜２９、第２のゲート電極３４および第４の絶縁膜３１
がこの順で積層形成されている。
【００２７】そして、第２のゲート電極３４上の垂直転
送部５２領域毎に、第１の遮光用金属３５が形成されて
いる。この第１の遮光用金属３５は本実施例と同じ膜厚
である。各第１の遮光用金属３５を覆って、第４の絶縁
膜３１上全面に第５の絶縁膜３２が形成されている。第
５の絶縁膜３２上全面に第２の遮光用金属３６が形成さ
れている。第２の遮光用金属３６上全面に本実施例と同
じようにアクリル等を用いて基板２１全面に平坦化膜３
７が形成されている。
送部５２領域毎に、第１の遮光用金属３５が形成されて
いる。この第１の遮光用金属３５は本実施例と同じ膜厚
である。各第１の遮光用金属３５を覆って、第４の絶縁
膜３１上全面に第５の絶縁膜３２が形成されている。第
５の絶縁膜３２上全面に第２の遮光用金属３６が形成さ
れている。第２の遮光用金属３６上全面に本実施例と同
じようにアクリル等を用いて基板２１全面に平坦化膜３
７が形成されている。
【００２８】以降、カラーフィルター層３８とマイクロ
レンズ３９が本実施例と同様な構成で形成されている。
レンズ３９が本実施例と同様な構成で形成されている。
【００２９】以上説明した本実施例に係る固体撮像素子
の構造と従来例の構造の違いをまとめると、本実施例に
係る構造ではクリップ部５４の第１のゲート電極１３が
従来例の第１のゲート電極３３や本実施例の垂直転送部
５２の第１のゲート電極１３よりも厚く（ほぼ２倍の厚
み）形成されている。従って、本実施例のクリップ部５
４の第４の絶縁膜１１の表面は従来例のクリップ部５４
の第４の絶縁膜３１の表面や本実施例の垂直転送部５２
の第４の絶縁膜１１の表面よりも基板１からの高さが高
い。本実施例では、クリップ部５４の第４の絶縁膜１１
の表面が高くなった分、この位置に第２の遮光用金属１
６を形成しないので、結果的にカラーフィルター層１８
の表面の高さが従来例と等しく形成されている。すなわ
ち、カラーフィルター層１８上に形成されるマイクロレ
ンズ１９と光電変換部５３との距離が従来例と変わらな
い。
の構造と従来例の構造の違いをまとめると、本実施例に
係る構造ではクリップ部５４の第１のゲート電極１３が
従来例の第１のゲート電極３３や本実施例の垂直転送部
５２の第１のゲート電極１３よりも厚く（ほぼ２倍の厚
み）形成されている。従って、本実施例のクリップ部５
４の第４の絶縁膜１１の表面は従来例のクリップ部５４
の第４の絶縁膜３１の表面や本実施例の垂直転送部５２
の第４の絶縁膜１１の表面よりも基板１からの高さが高
い。本実施例では、クリップ部５４の第４の絶縁膜１１
の表面が高くなった分、この位置に第２の遮光用金属１
６を形成しないので、結果的にカラーフィルター層１８
の表面の高さが従来例と等しく形成されている。すなわ
ち、カラーフィルター層１８上に形成されるマイクロレ
ンズ１９と光電変換部５３との距離が従来例と変わらな
い。
【００３０】上記のような本実施例に係る固体撮像素子
は以下のようにして作製される。
は以下のようにして作製される。
【００３１】まず、Ｎ型半導体基板１にホウ素のイオン
注入を行い、熱処理をしてＰ-ウエル層２を形成する。
注入を行い、熱処理をしてＰ-ウエル層２を形成する。
【００３２】次に、このＰ-ウエル層２にフォトレジス
ト２０を塗布・露光・現像して、所定領域を窓開けす
る。この窓部に、ホウ素のイオン注入して垂直転送部５
２直下のＰ型バリアウェルを形成し、これを第１の拡散
層３とする。
ト２０を塗布・露光・現像して、所定領域を窓開けす
る。この窓部に、ホウ素のイオン注入して垂直転送部５
２直下のＰ型バリアウェルを形成し、これを第１の拡散
層３とする。
【００３３】続いて、この第１の拡散層３と同じパター
ンを用いてリンの注入を行い、電荷転送部である第２の
拡散層４（Ｎ層）を形成する。
ンを用いてリンの注入を行い、電荷転送部である第２の
拡散層４（Ｎ層）を形成する。
【００３４】そして、フォトレジスト２０を除去した
後、第２の拡散層４（Ｎ層）に重畳して、後に形成され
る第１のゲート電極１３の領域に第１の絶縁膜８を形成
する。
後、第２の拡散層４（Ｎ層）に重畳して、後に形成され
る第１のゲート電極１３の領域に第１の絶縁膜８を形成
する。
【００３５】この第１の絶縁膜８上にフォトレジスト２
０を用いて第３の拡散層５のパターンを窓開けする。
０を用いて第３の拡散層５のパターンを窓開けする。
【００３６】続いて、この窓部にホウ素のイオン注入を
行って、第３の拡散層５（Ｐ+層）を形成し、その後フ
ォトレジスト２０を除去する。
行って、第３の拡散層５（Ｐ+層）を形成し、その後フ
ォトレジスト２０を除去する。
【００３７】ここまでの工程は従来技術の固体撮像素子
の形成工程と同一である。ここで、次の第１のゲート電
極１３の形成工程を、従来技術の第１のゲート電極３３
の形成工程と比較しながら、図２および図３を用いて説
明する。図２に従来技術による概略の作製工程を示し、
図３に本実施例による概略の作製工程を示す。
の形成工程と同一である。ここで、次の第１のゲート電
極１３の形成工程を、従来技術の第１のゲート電極３３
の形成工程と比較しながら、図２および図３を用いて説
明する。図２に従来技術による概略の作製工程を示し、
図３に本実施例による概略の作製工程を示す。
【００３８】従来技術ではまず、図２（ａ）に示すよう
に、絶縁膜２８上に多結晶シリコンを４５０ｎｍ程度の
厚さでデポジションし、図２（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト４０を用いて電荷転送ゲートのパターンを焼
き付けする。
に、絶縁膜２８上に多結晶シリコンを４５０ｎｍ程度の
厚さでデポジションし、図２（ｂ）に示すように、フォ
トレジスト４０を用いて電荷転送ゲートのパターンを焼
き付けする。
【００３９】次に、図２（ｃ）に示すように、このパタ
ーンをもとに多結晶シリコンをエッチングし、レジスト
４０を除去して第１のゲート電極３３を形成する。この
結果、従来技術の第１のゲート電極３３およびゲートバ
ス５０を形作る多結晶シリコンの膜厚はその形成領域全
域にわたって４５０ｎｍの厚さで形成されている。
ーンをもとに多結晶シリコンをエッチングし、レジスト
４０を除去して第１のゲート電極３３を形成する。この
結果、従来技術の第１のゲート電極３３およびゲートバ
ス５０を形作る多結晶シリコンの膜厚はその形成領域全
域にわたって４５０ｎｍの厚さで形成されている。
【００４０】他方、本発明においては、図３（ａ）に示
すように、第１の絶縁膜８上に成膜する多結晶シリコン
の膜厚を、従来技術の場合よりも厚く、例えば９００ｎ
ｍ程度の膜厚で形成する。
すように、第１の絶縁膜８上に成膜する多結晶シリコン
の膜厚を、従来技術の場合よりも厚く、例えば９００ｎ
ｍ程度の膜厚で形成する。
【００４１】次に、図３（ｂ）に示すように、フォトレ
ジスト２０を用いて電荷転送のための第１のゲート電極
１３およびゲートバス５０のためのパターンを形成す
る。
ジスト２０を用いて電荷転送のための第１のゲート電極
１３およびゲートバス５０のためのパターンを形成す
る。
【００４２】そして、図３（ｃ）に示すようにエッチン
グにより第１のゲート電極１３およびゲートバス５０を
形成し、形成後フォトレジスト２０を除去する。
グにより第１のゲート電極１３およびゲートバス５０を
形成し、形成後フォトレジスト２０を除去する。
【００４３】本発明においてはさらに、図３（ｄ）に示
すように、垂直転送部５２を除く領域について、再びフ
ォトレジスト２０を塗布して露光・現像を行いパターン
を形成する。
すように、垂直転送部５２を除く領域について、再びフ
ォトレジスト２０を塗布して露光・現像を行いパターン
を形成する。
【００４４】次に、図３（ｅ）に示すようにこのパター
ンに基づき、垂直転送部５２の多結晶シリコンを従来技
術の場合と同程度の４５０ｎｍの厚さまでエッチング
し、クリップ部５４の多結晶シリコンの膜厚は９００ｎ
ｍのままにしておく。
ンに基づき、垂直転送部５２の多結晶シリコンを従来技
術の場合と同程度の４５０ｎｍの厚さまでエッチング
し、クリップ部５４の多結晶シリコンの膜厚は９００ｎ
ｍのままにしておく。
【００４５】以降は、従来例、本発明とも同様の作製工
程を経る。以下、本発明に係る作製工程について説明す
る。以下の説明において工程図は省略し、先述の図２
（ａ）、図２（ｂ）の断面構成をもとに説明する。
程を経る。以下、本発明に係る作製工程について説明す
る。以下の説明において工程図は省略し、先述の図２
（ａ）、図２（ｂ）の断面構成をもとに説明する。
【００４６】上記の工程に引き続いて、まず、形成され
た第１のゲート電極１３を酸化して第２の絶縁膜９を形
成する。
た第１のゲート電極１３を酸化して第２の絶縁膜９を形
成する。
【００４７】続いて、第２のゲート電極１４をパターン
形成し、これら第１、第２のゲート電極１３、１４下部
以外の第２の絶縁膜９を除去し、再度、基板１上に均一
な第３の絶縁膜１０を形成する。
形成し、これら第１、第２のゲート電極１３、１４下部
以外の第２の絶縁膜９を除去し、再度、基板１上に均一
な第３の絶縁膜１０を形成する。
【００４８】その後、フォトレジストを用いて第３の絶
縁膜１０上にパターンを窓開けし、この窓部にリンのイ
オン注入を行って光電変換部５３である第４の拡散層６
（Ｎ層）を形成する。
縁膜１０上にパターンを窓開けし、この窓部にリンのイ
オン注入を行って光電変換部５３である第４の拡散層６
（Ｎ層）を形成する。
【００４９】フォトレジストを除去した後、第１、第２
のゲート電極１３、１４をマスクとしてホウ素の注入を
行い、光電変換部５３表面に第５の拡散層７（Ｐ+層）
を形成する。
のゲート電極１３、１４をマスクとしてホウ素の注入を
行い、光電変換部５３表面に第５の拡散層７（Ｐ+層）
を形成する。
【００５０】次に、第２のゲート電極１４を覆って、第
４の絶縁膜１１を基板１にデポジションする。第１のゲ
ート電極１３の形成後、この第１のゲート電極１３を覆
って順に積層形成されてきた第２の絶縁膜９、第２のゲ
ート電極１４および第４の絶縁膜１１のクリップ部は第
１のゲート電極１３の膜厚が周囲より高くなっている形
状に沿って盛り上がって形成されている。従って、クリ
ップ部５４の第４の絶縁膜の表面の基板１からの高さは
従来例の固体撮像素子の場合よりも高い。具体的には４
５０ｎｍ厚い。
４の絶縁膜１１を基板１にデポジションする。第１のゲ
ート電極１３の形成後、この第１のゲート電極１３を覆
って順に積層形成されてきた第２の絶縁膜９、第２のゲ
ート電極１４および第４の絶縁膜１１のクリップ部は第
１のゲート電極１３の膜厚が周囲より高くなっている形
状に沿って盛り上がって形成されている。従って、クリ
ップ部５４の第４の絶縁膜の表面の基板１からの高さは
従来例の固体撮像素子の場合よりも高い。具体的には４
５０ｎｍ厚い。
【００５１】次に、この第４の絶縁膜１１表面上、基板
１全面に遮光用金属を積層する。続いて、フォトレジス
トを用い、垂直転送部５２以外の金属をエッチングし
て、第１の遮光用金属１５を垂直転送部５２にパターン
形成する。フォトレジストを除去した後、第５の絶縁膜
１２を基板１にデポジションしてから遮光用金属を基板
１全面に積層する。
１全面に遮光用金属を積層する。続いて、フォトレジス
トを用い、垂直転送部５２以外の金属をエッチングし
て、第１の遮光用金属１５を垂直転送部５２にパターン
形成する。フォトレジストを除去した後、第５の絶縁膜
１２を基板１にデポジションしてから遮光用金属を基板
１全面に積層する。
【００５２】続いて、フォトレジストを用い、垂直転送
部５２以外の金属をエッチングして、垂直転送部５２に
のみ第２の遮光用金属１６をパターン形成する。他方、
従来例の固体撮像素子では、垂直転送部５２とクリップ
部５４の両方に第２の遮光用金属３６を形成する。
部５２以外の金属をエッチングして、垂直転送部５２に
のみ第２の遮光用金属１６をパターン形成する。他方、
従来例の固体撮像素子では、垂直転送部５２とクリップ
部５４の両方に第２の遮光用金属３６を形成する。
【００５３】この結果、本実施例にかかる固体撮像素子
においては、クリップ部５３の多結晶シリコン（第１の
ゲート電極１３）を従来構造より厚く形成し（具体的に
は４５０ｎｍ厚い）、かつ、クリップ部５３には第２の
遮光用金属１６を形成しないので、次の工程で形成され
る平坦化膜表面の基板１からの高さは従来例の固体撮像
素子の場合とほぼ同じ高さとなる。
においては、クリップ部５３の多結晶シリコン（第１の
ゲート電極１３）を従来構造より厚く形成し（具体的に
は４５０ｎｍ厚い）、かつ、クリップ部５３には第２の
遮光用金属１６を形成しないので、次の工程で形成され
る平坦化膜表面の基板１からの高さは従来例の固体撮像
素子の場合とほぼ同じ高さとなる。
【００５４】フォトレジストを除去した後、以上の要素
全てを覆って基板１全面にアクリル等を塗布して平坦化
膜１７を形成する。この平坦化膜１７上にカラーフィル
ター層１８を形成し、最後に、所定の位置にマイクロレ
ンズ１９を形成する。
全てを覆って基板１全面にアクリル等を塗布して平坦化
膜１７を形成する。この平坦化膜１７上にカラーフィル
ター層１８を形成し、最後に、所定の位置にマイクロレ
ンズ１９を形成する。
【００５５】さて、ここで以上のような構造の違いを有
する本発明の固体撮像素子と従来の構造の撮像素子の周
波数特性について、図４に示すゲート部の構造を例に挙
げて考える。図４（ａ）はゲート電極およびゲートバス
の平面図であり、本実施例および従来例に共通して、図
に示すような同一の寸法を有する。図４（ｂ）は図４
（ａ）の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図であり、図
４（ｃ）は図４（ａ）の線ｘ−ｘ’による従来例の断面
図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、
本実施例と従来例とでは、平面構造が同じ部分において
クリップ部のみ、多結晶シリコンの厚みを厚くしてい
る。垂直転送部５２およびクリップ部５４の膜厚を共に
４５０ｎｍとした従来例の構造に比べ、垂直転送部５２
の膜厚は４５０ｎｍ、クリップ部５４の膜厚は９００ｎ
ｍにした本実施例の構造の場合、ゲート電極（１３、１
４）・ゲートバス部５０全体の抵抗は約７割まで減少す
る。
する本発明の固体撮像素子と従来の構造の撮像素子の周
波数特性について、図４に示すゲート部の構造を例に挙
げて考える。図４（ａ）はゲート電極およびゲートバス
の平面図であり、本実施例および従来例に共通して、図
に示すような同一の寸法を有する。図４（ｂ）は図４
（ａ）の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図であり、図
４（ｃ）は図４（ａ）の線ｘ−ｘ’による従来例の断面
図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、
本実施例と従来例とでは、平面構造が同じ部分において
クリップ部のみ、多結晶シリコンの厚みを厚くしてい
る。垂直転送部５２およびクリップ部５４の膜厚を共に
４５０ｎｍとした従来例の構造に比べ、垂直転送部５２
の膜厚は４５０ｎｍ、クリップ部５４の膜厚は９００ｎ
ｍにした本実施例の構造の場合、ゲート電極（１３、１
４）・ゲートバス部５０全体の抵抗は約７割まで減少す
る。
【００５６】図５に本実施例と従来例の両方の場合につ
いて、垂直転送を行うためのフレーム転送周波数と画素
部中央での波形なまり（電圧の降下を示す）との関係を
示す。図より、波形なまりが大きいほどフレーム転送周
波数が低い、すなわち最大取り扱い電荷量が減少するこ
とが理解される。本発明では波形なまりは約９９．６％
まで改善され、最大取り扱い電荷量の減少が抑えられて
いる。
いて、垂直転送を行うためのフレーム転送周波数と画素
部中央での波形なまり（電圧の降下を示す）との関係を
示す。図より、波形なまりが大きいほどフレーム転送周
波数が低い、すなわち最大取り扱い電荷量が減少するこ
とが理解される。本発明では波形なまりは約９９．６％
まで改善され、最大取り扱い電荷量の減少が抑えられて
いる。
【００５７】従って、クリップ部のみ膜厚を大きくした
本発明の構造により最大取り扱い電荷量が大きくなるこ
とがわかる。
本発明の構造により最大取り扱い電荷量が大きくなるこ
とがわかる。
【００５８】次に光電変換部とマイクロレンズとの距離
について考える。図６に光電変換部の断面を示す。図６
（ａ）に、波形なまりを改善するため、単純に多結晶シ
リコンの膜厚を厚くし、光電変換部５３とマイクロレン
ズ１９との距離ｒが大きくなった場合の模式図を示す。
図６（ｂ）に、光電変換部５３とマイクロレンズ１９と
の距離ｒが従来技術と変わらない本実施例の場合の模式
図を示す。破線は平行光線、一点鎖線は斜め方向の入射
成分が多い光である。
について考える。図６に光電変換部の断面を示す。図６
（ａ）に、波形なまりを改善するため、単純に多結晶シ
リコンの膜厚を厚くし、光電変換部５３とマイクロレン
ズ１９との距離ｒが大きくなった場合の模式図を示す。
図６（ｂ）に、光電変換部５３とマイクロレンズ１９と
の距離ｒが従来技術と変わらない本実施例の場合の模式
図を示す。破線は平行光線、一点鎖線は斜め方向の入射
成分が多い光である。
【００５９】カメラレンズのｆ値を変化させると固体撮
像素子への入射光の入射角が変化する。すなわち、ｆ値
を開放に近づけていくと斜め方向の入射成分が多くな
り、遮光用金属によるケラレが発生する。このようなケ
ラレをできるだけ抑えるには、マイクロレンズ１９の曲
率半径を最適化することと、マイクロレンズ１９と光電
変換部５３との距離を短くすることが必要である。
像素子への入射光の入射角が変化する。すなわち、ｆ値
を開放に近づけていくと斜め方向の入射成分が多くな
り、遮光用金属によるケラレが発生する。このようなケ
ラレをできるだけ抑えるには、マイクロレンズ１９の曲
率半径を最適化することと、マイクロレンズ１９と光電
変換部５３との距離を短くすることが必要である。
【００６０】図７に図６（ａ）、（ｂ）におけるカメラ
レンズのｆ値に対する感度を示す。図に示すようにマイ
クロレンズの曲率半径を最適化しても、図６（ａ）のよ
うにｒが大きい場合には図６（ｂ）のｒが小さい場合と
比較して、ｆ値を開放に近づけた場合、感度の低下が大
きくなる。すなわち多結晶シリコンを単純に厚くして波
形なまりを抑えようとしても、マイクロレンズ１９と光
電変換部５３の距離ｒが大きくなるのでマイクロレンズ
１９の曲率半径を最適化したとしてもｆ値を開放に近づ
けた場合の感度の低下は避けられない。
レンズのｆ値に対する感度を示す。図に示すようにマイ
クロレンズの曲率半径を最適化しても、図６（ａ）のよ
うにｒが大きい場合には図６（ｂ）のｒが小さい場合と
比較して、ｆ値を開放に近づけた場合、感度の低下が大
きくなる。すなわち多結晶シリコンを単純に厚くして波
形なまりを抑えようとしても、マイクロレンズ１９と光
電変換部５３の距離ｒが大きくなるのでマイクロレンズ
１９の曲率半径を最適化したとしてもｆ値を開放に近づ
けた場合の感度の低下は避けられない。
【００６１】他方、本発明の場合は、第１のゲート電極
１３の厚みを大きくしたにもかかわらずマイクロレンズ
１９と光電変換部５３の距離ｒが変化していないのでカ
メラレンズのｆ値を開放に近づけても感度が低下するよ
うなことはない。
１３の厚みを大きくしたにもかかわらずマイクロレンズ
１９と光電変換部５３の距離ｒが変化していないのでカ
メラレンズのｆ値を開放に近づけても感度が低下するよ
うなことはない。
【００６２】
【発明の効果】本発明の固体撮像素子の構造をとること
により、カメラレンズのｆ値に対する依存性を劣化させ
ることなく、波形なまり（最大取り扱い電荷量の減少）
を抑制し、高速駆動が実現できる。
により、カメラレンズのｆ値に対する依存性を劣化させ
ることなく、波形なまり（最大取り扱い電荷量の減少）
を抑制し、高速駆動が実現できる。
【図１】完成した固体撮像素子の断面図。（ａ）は図８
の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図。（ｂ）は図８の
線ｙ−ｙ’による本実施例の断面図。（ｃ）は図８の線
ｙ−ｙ’による従来例の断面図。
の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図。（ｂ）は図８の
線ｙ−ｙ’による本実施例の断面図。（ｃ）は図８の線
ｙ−ｙ’による従来例の断面図。
【図２】従来のゲート電極形成の概略工程を示す図。
（１）は平面図。（２）は（１）の線ｘ−ｘ’による断
面図。（３）は線ｙ−ｙ’による断面図。（ａ）〜
（ｃ）は各工程を示す。
（１）は平面図。（２）は（１）の線ｘ−ｘ’による断
面図。（３）は線ｙ−ｙ’による断面図。（ａ）〜
（ｃ）は各工程を示す。
【図３】本実施例のゲート電極形成の概略工程を示す
図。（１）は平面図。（２）は（１）の線ｘ−ｘ’によ
る断面図。（３）は線ｙ−ｙ’による断面図。（ａ）〜
（ｅ）は各工程を示す。
図。（１）は平面図。（２）は（１）の線ｘ−ｘ’によ
る断面図。（３）は線ｙ−ｙ’による断面図。（ａ）〜
（ｅ）は各工程を示す。
【図４】ゲート電極およびゲートバスの平面構成の一例
を示す図。（ａ）は本実施例および従来例の平面図。
（ｂ）は（ａ）の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図。
（ｃ）は（ａ）の線ｘ−ｘ’による従来例の断面図。
を示す図。（ａ）は本実施例および従来例の平面図。
（ｂ）は（ａ）の線ｘ−ｘ’による本実施例の断面図。
（ｃ）は（ａ）の線ｘ−ｘ’による従来例の断面図。
【図５】フレーム転送周波数と波形なまりとの関係を示
す図。
す図。
【図６】光電変換部とマイクロレンズとの距離の違いに
よる入射光の経路の違いを示す図。
よる入射光の経路の違いを示す図。
【図７】光電変換部とマイクロレンズとの距離の違いに
よるカメラレンズのｆ値依存性の違いを示す図。
よるカメラレンズのｆ値依存性の違いを示す図。
【図８】固体撮像素子のゲート電極およびゲートバスが
形成された状態の平面図。
形成された状態の平面図。
１ Ｎ型半導体基板（基板） ２ Ｐ-ウエル層 ３ 第１の拡散層 ４ 第２の拡散層（Ｎ層） ５ 第３の拡散層（Ｐ+層） ６ 第４の拡散層（Ｎ層） ７ 第５の拡散層（Ｐ+層） ８ 第１の絶縁膜 ９ 第２の絶縁膜 １０ 第３の絶縁膜 １１ 第４の絶縁膜 １２ 第５の絶縁膜 １３ 第１のゲート電極 １４ 第２のゲート電極 １５ 第１の遮光用金属 １６ 第２の遮光用金属 １７ 平坦化膜 １８ カラーフィルター層 １９ マイクロレンズ ２０ フォトレジスト ５０ ゲートバス ５１ ゲート電極 ５２ 垂直転送部 ５３ 光電変換部（受光部） ５４ クリップ部
───────────────────────────────────────────────────── 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 H04N 5/335
Claims (2)
- 【請求項１】 ゲート電極およびゲートバスが多結晶シ
リコンで形成され、該ゲートバスの垂直転送部以外の領
域の該多結晶シリコンの膜厚が、該垂直転送部の多結晶
シリコンの膜厚より厚くなっていることを特徴とする固
体撮像素子。 - 【請求項２】 半導体基板表面全面に多結晶シリコンを
積層し、該多結晶シリコンをパターニングしてゲート電
極およびゲートバスを形成する工程と、 該ゲートバスの垂直転送部以外の領域の表面にレジスト
を形成する工程と、 該垂直転送部の多結晶シリコンをエッチングして、該垂
直転送部の多結晶シリコンの膜厚を、該垂直転送部以外
の領域の多結晶シリコンの膜厚より小さくする工程とを
包含することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP5249509A JP2925444B2 (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
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-
1995
- 1995-09-01 US US08/523,031 patent/US5621461A/en not_active Expired - Lifetime
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| US5621461A (en) | 1997-04-15 |
| JPH07106542A (ja) | 1995-04-21 |
| KR950013197A (ko) | 1995-05-17 |
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