JP4384350B2

JP4384350B2 - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP4384350B2
Application number: JP2000383922A
Authority: JP
Inventors: 誠雫石
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: JP2002184968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に係り、特に、複数の光電変換素子を所定間隔で所定方向に配列した光電変換素子列と、複数の光電変換素子を前記所定間隔で前記所定方向に配列し、且つ前記光電変換素子列に対して前記所定方向に所定量ずらして配置した光電変換素子列と、で構成された素子列の組を複数組備えたＣＣＤ型の固体撮像素子（ハニカム状配列のＣＣＤ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子は、撮影した画像をテレビジョン等に動画表示する、いわゆるＮＴＳＣ等の標準テレビジョン方式に適合したシステムに使用するために開発されてきた。この標準テレビジョン方式では、ちらつきの無い動画像を表示するため、インターレース走査（飛び越し走査）方式が採用されている。このため、ビデオカムコーダ等に使用されているＣＣＤ型の固体撮像素子（多くはインターライン型ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）と呼ばれるものであるが）は、一般に、インターレース走査方式で画素の読み出しを行っている。
【０００３】
近年、ＣＣＤ型の固体撮像素子の高解像度化と低価格化、及びインターネット環境の発達とパーソナル・コンピュータの普及に伴い、電子スチルカメラがその市場を急速に拡大している。電子スチルカメラには、高精細の静止画像を記録し、従来の銀塩写真と同等の高解像度のプリント画像を得ることができる、という従来のフィルムカメラと同様の機能も要求されている。しかしながら、電子スチルカメラにおいてインターレース走査方式で静止画像を撮像すると、２フィールドで擬似的に静止画像１画面を形成することになり、２フィールド間で画素信号の読み出し時間に差が生じる。この間に被写体が移動すると、フィールドによって画像のずれが発生する、という問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、電子スチルカメラでは、精密な動作をするメカニカルシャッタを併用して、ＣＣＤ型の固体撮像素子への露光時間を機械的に制御し、画素の読み出しはメカニカルシャッタが閉じた後に行うことで、画像のずれを防止している。
【０００５】
また、静止画像記録用に、全画素を同時に読み出すプログレッシブ走査方式のＣＣＤ型固体撮像素子が開発されている。このＣＣＤ型の固体撮像素子では、全画素を同時に読み出すため、高精度のメカニカルシャッタが不要である。ここで、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して、従来のプログレッシブ走査方式のインターライン型ＣＣＤの構成について説明する。このインターライン型ＣＣＤは、図９（ａ）に示すように、チャネルストップ１０８で相互に分離されたフォトダイオード１０６、垂直電荷転送路１００、この垂直電荷転送路１００上にフォトダイオード１０６を避けて水平方向に延びるように互いに平行に配設された電荷転送電極１０２ａ、１０２ｂ、及び１０２ｃを備えている。プログレッシブ走査を行うために、電荷転送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、３つで１転送段１０２を構成する３相駆動とされている。このように３相駆動とする場合には、図９（ｂ）に示すように、垂直画素間では、互いに平行に配設された電荷転送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、ポリシリコン酸化膜などの絶縁膜１０４を介して３層に積層されている。また、図９（ｃ）に示すように、垂直電荷転送路１００上においても、電荷転送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、絶縁膜１０４を介して部分的に重ね合わされている。
【０００６】
このように電荷転送電極を多層化するのは以下の理由による。即ち、ポリシリコン酸化膜などの絶縁膜１０４で電極同士を電気的に分離することにより、電極同士を絶縁膜１０４の厚さの「狭いギャップ」を介して近接させることができ、電荷転送路内で電荷をスムーズに移動させることができる。また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直方向に隣り合うフォトダイオード１０６の間（垂直画素間）は、フォトダイオード１０６でもなく垂直電荷転送路１００でもない素子分離領域であり、単に転送電極を配線するために使われる、いわゆる無効領域となるが、電荷転送電極を多層化することで、この無効領域を小さくすることができ、無効領域により垂直電荷転送路１００の面積が圧迫されることがない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤ型の固体撮像素子の駆動電圧は、ＭＯＳ型の固体撮像素子など他の固体撮像素子よりも高く、ＣＣＤ型の固体撮像素子を駆動するには５ボルト以上の駆動電圧が必要である。また、容量成分の大きな複数の転送電極を高速に駆動するため、消費電力が大きくなることが指摘されている。ＣＣＤ型の固体撮像素子では、転送電極の各々をプラズマエッチングによりパターン化して形成しているが、プラズマエッチングにより露出するゲート酸化膜がダメージを受ける。特に多層電極構造では、このプラズマエッチング工程を２層電極の場合は２回、３層電極の場合は３回行う必要があり、ゲート酸化膜へのダメージが大きい。このゲート酸化膜へのダメージを軽減するために、ＣＣＤ型の固体撮像素子では、３００Å〜７００Åと通常のＩＣ等に比べ厚いゲート酸化膜を形成しており、厚いゲート酸化膜を介して基板中の電荷移動を制御するためには、駆動電圧をＭＯＳ型の固体撮像素子に比べて高くしなければならない。これが、ＣＣＤ型の固体撮像素子の駆動電圧が、ＭＯＳ型の固体撮像素子など他の固体撮像素子よりも高くなる理由である。
【０００８】
一方、複数の電荷転送電極を「単層電極構造」とする場合には、多層電極構造において層間に設けられる絶縁膜が不要で、容量成分を小さくでき、更にゲート酸化膜の膜厚を薄くすることができるため、多層電極構造とする場合に比べて、ＣＣＤ型の固体撮像素子の駆動電圧を低下させ、消費電力を低減することができる。また、単層電極構造とする場合にも、電極間には「狭いギャップ」を精度良く形成する必要があるが、近年、異方性エッチング技術及びリソグラフィ技術を組合わせることにより、電極間に０．１μｍ〜０．３μｍ程度のギャップを精度良く形成することができる。
【０００９】
しかしながら、単層電極構造を採用した場合には、一画素当たりの電極数が増えると一画素当たりに占める無効領域が増加し、光感度やダイナミックレンジが犠牲になる、という問題がある。例えば、３相駆動のＶＣＣＤを備えたプログレッシブ走査方式のＣＣＤ型固体撮像素子において、電荷転送電極を単層電極構造とする場合には、［電極幅×３＋ギャップ幅×２］の幅を画素間に取られることになり、受光部の面積を著しく圧迫する。従って、プログレッシブ走査方式のＣＣＤ型固体撮像素子においては、電荷転送電極を単層電極構造とすることは極めて困難である。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、無効領域を増加させることなく、駆動電圧及び消費電力を低減したＣＣＤ型の固体撮像素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を所定間隔で所定方向に配列した光電変換素子列と、複数の光電変換素子を前記所定間隔で前記所定方向に配列し、且つ前記光電変換素子列に対して前記所定方向に所定量ずらして配置した光電変換素子列と、で構成された素子列の組を複数組備え、前記光電変換素子列の各々の間に、隣り合う光電変換素子列の各光電変換素子間に侵入し、且つ相互に接触しないように転送路が配列された固体撮像素子であって、前記光電変換素子間を通過して前記所定方向と交差する方向に延び、且つ前記転送路に沿って前記光電変換素子で発生した信号電荷を転送するように所定間隔離間して配列された複数の単層電極を備え、転送路上での単層電極の間隔を、隣接する転送路を電気的に分離する素子分離領域上での単層電極の間隔より狭くしたことを特徴とする。
【００１２】
上記の固体撮像素子では、転送路が、光電変換素子列の各々の間に、光電変換素子列の各々の間に隣り合う光電変換素子列の各光電変換素子間に侵入し、且つ相互に接触しないように配列されるので、各光電変換素子間は転送路として有効に活用されている。従って、光電変換素子間を通過するように所定方向と交差する方向に延びた複数の単層電極が、光電変換素子で発生した信号電荷を転送路に沿って転送するように、所定間隔離間して配列されていても、電極配線のみに占有されるいわゆる無効領域は発生せず、受光部の面積を圧迫することもない。また、転送電極を単層電極とすることで、多層電極構造において層間に設けられる絶縁膜が不要となり、多層電極構造とする場合に比べて、固体撮像素子の駆動電圧を低下させ、消費電力を低減することができる。
【００１３】
上記の固体撮像素子では、複数の単層電極は、その転送路上での単層電極の間隔を、隣接する転送路を電気的に分離する素子分離領域上での単層電極の間隔より狭くしたことにより、転送路内での電荷の流れがスムーズになる。また、複数の単層電極は、その転送路上での単層電極の間隔を、転送路の一方の側縁から他方の側縁に向かって直線状に形成したことにより、電荷の流れがよりスムーズになる。
【００１４】
また、上述の通り絶縁膜が不要となったことにより電極材料の選択の幅が広がり、単層電極を例えばアルミニウムや銅などのポリシリコン以外の金属で構成することも可能になるが、この場合は電極表面の反射率を金属アルミニウム自体の表面反射率より低く（例えば、金属アルミニウム自体の表面反射率の５０％以下）するために、表面処理を加えることが好ましい。電極材料としては、低抵抗ポリシリコン、タングステン、モリブデン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、及び銅シリサイドからなる群から選択することができる。
【００１５】
なお、単層電極とは、電極同士を複数積層した多層電極に対し、単一の電極を意味するものであり、単層電極は複数の電極材料を積層して形成されていてもよく、例えば、低抵抗ポリシリコン、タングステン、モリブデン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、及び銅シリサイドからなる群から選択された２種以上の電極材料を積層して形成した多層構成とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサは、図１に示すように、半導体基板（図示せず）上に、光電変換素子としてのフォトダイオード１４を所定間隔（垂直画素ピッチＶＰ）で垂直方向に複数配列した第１の光電変換素子列１６と、複数のフォトダイオード１４を第１の光電変換素子列１６と同じ間隔で垂直方向に配列し、且つ第１の光電変換素子列１６に対して垂直方向に垂直画素ピッチＶＰに対して１／２ずらして配置された第２の光電変換素子列１８と、で構成された素子列の組を水平方向に複数組並べて構成されている。
【００１７】
隣り合う第１の光電変換素子列１６及び隣り合う第２の光電変換素子列１８は、垂直画素ピッチと同じ間隔（水平画素ピッチＨＰ）で配置され、第１の光電変換素子列１６に含まれるフォトダイオード１４により構成される光電変換素子行に対して、第２の光電変換素子列１８に含まれるフォトダイオード１４により構成される光電変換素子行は、水平方向に水平画素ピッチＨＰに対して１／２ずらして配置されている。即ち、フォトダイオード１４は、いわゆるハニカム状に配列されている。
【００１８】
相互に接近して配列された第１の光電変換素子列１６と第２の光電変換素子列１８との間には、フォトダイオード１４で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送チャネル２０が各々設けられている。垂直電荷転送チャネル２０は、両側に位置する光電変換素子列の各フォトダイオード間に侵入した侵入部２０Ａと非侵入部２０Ｂとが交互に位置するように連続して構成され、ハニカム状に配列したフォトダイオード１４の間を蛇行しながら垂直方向に延びている。また、隣り合う侵入部２０Ａ間には、後述するチャネルストップ２８が設けられ、垂直電荷転送チャネル２０が相互に接触しないように構成されている。これにより、フォトダイオード１４の周辺領域全体は、チャネルストップ２８を除いて垂直電荷転送チャネル２０として使用されることになり、転送電極の配線のみに使用される「無効領域」は発生しなくなる。この点で従来のインターライン型ＣＣＤとは大きく異なり、従来のインターライン型ＣＣＤと比較して、フォトダイオード１４の周辺領域が有効利用されることになる。
【００１９】
各垂直電荷転送チャネル２０の転送方向下流側の端部は、垂直電荷転送チャネル２０から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置（ＨＣＣＤ）２２に接続されており、このＨＣＣＤ２２の転送電極は、後述する垂直電荷転送装置３３と同様に単層電極構造とされている。ＨＣＣＤ２２の転送方向下流側の端部は、信号電荷の電荷量に応じた電圧を出力する出力部２４に接続されている。
【００２０】
図２は、本実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの撮像部の構成を示す部分拡大図であり、図３は、図２のＶ１−Ｖ２線断面図である。図２及び図３に示すように、半導体基板１２は、大きく分けてシリコン等のｎ型半導体基板１２ａとｐ型不純物添加領域（ｐ−ウエル）１２ｂとから構成されている。
【００２１】
フォトダイオード１４は、このｐ型不純物添加領域１２ｂ内に埋込型のフォトダイオードとして形成され、既に述べた通り、電荷蓄積領域として機能するｎ型不純物添加領域１４ａ、及びｎ型不純物添加領域１４ａ上に形成されたｐ⁺型不純物添加領域１４ｂから構成されている。
【００２２】
また、垂直電荷転送チャネル２０は、ｐ型不純物添加領域１２ｂ内にｎ型不純物添加領域として形成されている。垂直電荷転送チャネル２０と、この垂直電荷転送チャネル２０に信号電荷を読み出す側のフォトダイオード１４との間には、ｐ型不純物添加領域で形成された読み出しゲート用チャネル２６が設けられている。また、半導体基板１２の表面には、この読み出しゲート用チャネル２６に沿ってｎ型不純物添加領域１４ａが露出している。そして、フォトダイオード１４で発生した信号電荷は、ｎ型不純物添加領域１４ａに一時的に蓄積された後、読み出しゲート用チャネル２６を介して例えば矢印Ａ方向に読み出される。
【００２３】
一方、垂直電荷転送チャネル２０と他のフォトダイオード１４との間には、ｐ⁺型不純物添加領域であるチャネルストップ２８が設けられている。このチャネルストップ２８により、フォトダイオード１４と垂直電荷転送チャネル２０とが電気的に分離されると共に、垂直電荷転送チャネル２０同士も相互に接触しないように分離される。
【００２４】
半導体基板１２の表面には、ゲート酸化膜３０を介して、フォトダイオード間を通過するように水平方向に延びた転送電極３２が形成されている。また、転送電極３２は、読み出しゲート用チャネル２６を覆うと共に、ｎ型不純物添加領域１４ａが露出し、チャネルストップ２８の一部が露出するように形成されている。なお、転送電極３２のうち読み出し信号が印加される電極の下方にある読み出しゲート用チャネル２６から信号電荷が転送される。
【００２５】
転送電極３２は、垂直電荷転送チャネル２０と共に、フォトダイオード１４で発生した信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）３３を構成している。ＶＣＣＤ３３は４相駆動（φ１〜φ４）とされ、各フォトダイオード１４に対して異なる位相で駆動される４つの転送電極３２によりフォトダイオード１４で発生した信号電荷を垂直方向に転送する。異なる位相で駆動する転送電極３２の各々は、狭いギャップ（転送電極の配列方向の間隔）３４を介して同一平面状に形成した単層電極で構成されている。このように、転送電極を単層電極で構成することで、多層電極構造において層間に設けられる絶縁膜が不要となり、多層電極構造と比較して容量成分を低下させることができるので、駆動電圧が低下し、消費電力が低減される。また、既に述べた通り、フォトダイオード１４の周辺領域は、垂直電荷転送チャネル２０として使用され、チャネルストップ２８を除いて「無効領域」は発生していないので、転送電極３２を単層電極構造としても受光部の面積を圧迫することにはならない。
【００２６】
ギャップ３４は、水平方向に延びた水平ギャップ部と、水平ギャップ部間に配置され且つ斜め方向に延びた斜行ギャップ部とを連続させて構成され、ギャップ３４の大きさ、即ち、転送電極３２間の距離は、全ての部分で同じであり、電荷の流れをスムーズにするために、約０．３μｍ以下とすることが好ましく、約０．１μｍ〜約０．２μｍとすることが特に好ましい。
【００２７】
転送電極３２は、半導体製造プロセスあるいは固体デバイスで一般に使用される電極材料を用いて構成することができる。転送電極３２を単層電極構造としたことにより、電極層間を絶縁する絶縁膜（高抵抗シリコン酸化膜）は不要になり、電極材料の選択の幅が広くなる。また、電極幅、電極厚さ等の電極形状についても、電極材料に応じて設計の幅が広くなる。
【００２８】
アルミニウム電極のように電極表面の反射率が高いと、製造工程ではハレーションによりフォトリソグラフィ工程に悪影響を及ぼしたり、使用時には反射光がＣＣＤパッケージあるいは光学レンズ系との間で不要な迷光となり、撮影した画像の画質を低下させる可能性があるため、アルミニウムより低反射率の電極材料を使用することが望ましい。また、光吸収性材料等、遮光性の電極材料を使用することにより、不要な外部入射光を遮蔽する効果が期待できる。更に、不純物が多量に含まれている場合には、ゲート酸化膜、シリコン基板を汚染し白キズ等の画像欠陥を誘起する可能性があるため、抵抗が低く且つ低不純物の電極材料を使用することが望ましい。
【００２９】
アルミニウムより低反射率の電極材料としては、低抵抗ポリシリコン、低抵抗の金属、及び各種シリサイド等の低抵抗材料が好ましく、例えば、低抵抗ポリシリコン、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）、及び銅シリサイド（ＣｕＳｉ）を挙げることができる。このうち、タングステンは、例えば、波長５００ｎｍの光に対しては、アルミニウムの５０％以下の反射率を示す。また、転送電極３２は、これらの電極材料を、絶縁膜を介在させることなく複数積層して形成されていてもよい。
【００３０】
転送電極３２が形成された半導体基板１２の表面は、透明樹脂等で構成された表面保護膜（平坦化膜）３６により覆われ、この表面保護膜３６上には、遮光膜３８が形成されている。遮光膜３８は、各フォトダイオード１４毎に、受光部であるｐ⁺型不純物添加領域１４ｂに受光される光を透過させる光透過部として、例えば八角形状の開口部４０を有している。遮光膜３８の縁部は、受光領域の中心方向に延在させられており、遮光膜３８により光電変換素子１４の開口形状が画定されている。遮光膜３８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属からなる薄膜やこれらの金属の２種以上からなる合金薄膜、あるいは、前記の金属薄膜と前記の合金薄膜とを含む群から選択された２種以上を組み合わせた多層金属薄膜等によって形成される。
【００３１】
なお、図示は省略するが、この遮光膜３８上には、通常のＣＣＤイメージセンサと同様に、保護膜や平坦化膜を介して、カラーフイルタ、マイクロレンズ等が形成されている。
【００３２】
以上説明した通り、本実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサでは、転送電極が単層電極構造とされているので、多層電極構造の場合よりもゲート酸化膜厚を薄くすることができ、また、多層電極構造において層間に設けられる絶縁膜が不要となる。これにより容量成分を低減することができるので、多層電極構造とする場合に比べて、駆動電圧を低下させて消費電力を低減することができる。
【００３３】
また、垂直電荷転送チャネルが、両側に設けられた光電変換素子列の各フォトダイオード間に侵入するように、ハニカム状に配列したフォトダイオードの間を蛇行しながら垂直方向に延びているので、フォトダイオードの周辺領域（例えば、水平・垂直方向の画素間および斜め４５°方向の画素間といった領域）は、垂直電荷転送チャネルとして使用されることになり、転送電極の配線のみに使用される「無効領域」は発生しない。従って、転送電極を単層極構造としても、受光部の面積を圧迫することにはならず、ＣＣＤイメージセンサの多画素化、微細化を阻害せず、全画素を同時に読み出すプログレッシブ走査方式のＣＣＤ型固体撮像素子にも適用することができる。
【００３４】
また、転送電極を単層電極構造としたことにより、ＣＣＤイメージセンサの撮像部の表面、特にマイクロレンズ、カラーフィルタを積層する前の表面の凹凸が緩和され、平坦化が容易になり集光効率やスメアが改善される。また、多層電極構造においては層間リーク電流に起因する歩留まりの低下が問題となるが、単層電極構造としたことにより、このような問題は発生しない。
【００３５】
また、多層電極構造においては、絶縁膜形成のためのポリシリコンの高温熱酸化工程により結晶欠陥が誘起されるという問題があるが、単層電極構造としたことにより、ポリシリコンの高温熱酸化工程が不要となり、結晶欠陥の発生が抑制され、ＣＣＤ型の固体撮像装置で問題となる画面上の白キズ等を低減することができる。さらに、単層電極構造は多層電極構造に比べて少ない工程で形成することができるので、ＣＣＤイメージセンサの製造プロセスを簡略化することができるというメリットもある。
【００３６】
また、転送電極に遮光性のある電極材料（タングステン等）を使用する場合には、遮光性電極材料がシリコン基板に近い部分に配置されることになり、不要な外部入射光を遮蔽する効果も期待できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサは、転送電極３２を形成するパターンが異なる以外は、第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサと同様であるため、同一部分については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【００３８】
図４に示すように、このＣＣＤイメージセンサにおいては、隣り合う転送電極３２間のギャップ３４は、垂直電荷転送チャネル２０上で狭くなり（狭ギャップａ）、チャネルストップ２８上では広くなる（広ギャップｂ）ように形成されている。狭ギャップａは、電荷の流れをスムーズにするために、約０．３μｍ以下とすることが好ましく、約０．１μｍ〜約０．２μｍとすることが特に好ましい。広ギャップ幅ｂは、転送電極３２の電気的接触（ショート）を防止するために、約０．３μｍより大きくすることが好ましいが、電極の引き回しに支障が生じないように、約０．３μｍ〜約０．４μｍの範囲とすることが特に好ましい。
【００３９】
垂直電荷転送チャネル２０上の転送電極３２は電荷転送に関与するため、転送電極３２間のギャップ３４を狭くすることにより、転送路内での電荷の流れがスムーズになると共に、それ以外の部分の転送電極３２は電荷転送に関与しないため、転送電極３２間のギャップ３４を広くすることにより、転送電極３２同士の電気的接触（ショート）による不具合発生が防止され、転送電極３２間における結合容量が低減されて、ノイズの低下、消費電力の低減が図られる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサは、転送電極３２を形成するパターンが異なる以外は、第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサと同様であるため、同一部分については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【００４１】
図５に示すように、このＣＣＤイメージセンサにおいては、隣り合う転送電極３２間のギャップ３４は、第２の実施の形態と同様に、垂直電荷転送チャネル２０上で狭くなり（狭ギャップａ）、チャネルストップ２８上では広くなる（広ギャップｂ）ように形成されると共に、垂直電荷転送チャネル２０の一方の側縁から他方の側縁に向かって直線状に延びるように形成されている。なお、狭ギャップａ及び広ギャップｂの大きさについては、第２の実施の形態と同様である。
【００４２】
転送電極３２間のギャップ３４をこのように形成することで、垂直電荷転送チャネル２０内での電荷の流れが更にスムーズになると共に、転送電極３２同士の電気的接触（ショート）による不具合発生が防止され、転送電極３２間における結合容量が低減されて、ノイズの低下、消費電力の低減が図られる。特に、垂直電荷転送チャネル２０上ではギャップ３４が狭くなるが、直線状に延びるように形成することで、正確なギャップパターンの形成が容易になり、転送電極３２同士の電気的接触（ショート）による不具合発生がより一層防止される。
【００４３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサは、転送電極３２が複数の電極材料から構成されている以外は、第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサと同様であるため、同一部分については同じ符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
【００４４】
図６に示すように、転送電極３２は、第１層の低抵抗ポリシリコン層３２ａ上に第２層のタングステンシリサイド（ＷＳｉ）層３２ｂを積層した多層金属薄膜から構成されている。ＷＳｉ層３２ｂとゲート酸化膜３０との間に、低抵抗ポリシリコン層３２ａを形成したので、ＷＳｉ層３２ｂ及びゲート酸化膜３０間の機械的ストレスを緩和でき、ＷＳｉ層３２ｂ形成に伴う金属汚染の問題を軽減することができる。また、低抵抗ポリシリコンはエッチング選択比を確保し易く、正確なギャップパターンを形成することができる。また、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）は、アルミニウム（Ａｌ）に比べて低反射率であるため、ハレーションや撮像光学系に悪影響を及ばさない。
【００４５】
このように、転送電極３２を多層金属薄膜から構成した場合には、第１層の金属薄膜には、ストレスの緩和、不純物汚染の防止、正確なギャップパターンの形成等の役割を担わせ、第２層目の金属薄膜には、転送電極の低抵抗化、電極表面の低反射率化、基板への光侵入の低減等の役割を担わせる、というように各々の層に異なる役割を担わせることにより、転送電極３２に複合的な機能を果たさせることができる。
【００４６】
なお、上記の各実施の形態では、第１の光電変換素子列１６と第２の光電変換素子列１８とで構成された素子列の組を水平方向に複数組並べて構成することにより、光電変換素子列を偶数列設ける例について説明したが、更に１つの光電変換素子列を追加または省略して、光電変換素子列を奇数列設けるようにしてもよい。
【００４７】
次に、図７及び図８を参照して、第４の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの製造方法を説明する。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、シリコンｎ型半導体基板１２ａ上に、ｐ型不純物添加領域（ｐ−ウエル）１２ｂを形成し、ｐ型不純物添加領域１２ｂ中の所定個所にｎ型不純物領域１４ａを形成し、さらにこのｎ型不純物領域１４ａ中の一部にｐ⁺型不純物添加（高濃度のｐ型不純物添加）領域１４ｂを形成することにより、受光部であるフォトダイオード１４を形成する。個々のフォトダイオード１４側方のｐ型不純物添加領域１２ｂの所定個所にｎ型不純物を添加することにより、例えば、幅０．３〜０．５μｍ程度のｎ型領域からなる垂直電荷転送チャネル２０を形成する。垂直転送チャネル２０の一方の側方（フォトダイオード１４からの電荷を読み出す側）には、ｐ型不純物領域が残され、このｐ型不純物領域が読み出しゲート用チャネル２６となる。垂直電荷転送チャネル２０の他の側方には、隣り合うフォトダイオード１４同士を素子分離するために、ｐ⁺型不純物を添加して形成された、例えば幅０．５μｍ程度のチャネルストップ領域２８を形成する。各不純物添加領域は、例えばイオン注入法とその後の熱拡散（アニール）法によって所望の濃度、深さの不純物領域が形成される。
【００４９】
次に、単層電極の形成工程を説明する。まず、図７（ｂ）に示すように、半導体基板１２の表面にゲート酸化膜３０を形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりゲート酸化膜３０上にポリシリコンを堆積した後、リン元素をイオン注入して低抵抗ポリシリコン層３２ａを形成する。更に、この低抵抗ポリシリコン層３２ａ上に、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）層３２ｂを堆積させる。
【００５０】
次に、図７（ｄ）に示すように、第１のＣＶＤ膜４２を堆積した後、約０．６μｍのギャップを有するパターンを露光現像し、残されたレジスト膜をマスクにして、例えばプラズマエッチング法によりエッチング処理することによりＣＶＤ膜４２をパターンニングする。
【００５１】
次に、図８（ａ）に示すように、第２のＣＶＤ膜４４を堆積する。そして、図８（ｂ）に示すように、第２のＣＶＤ膜４４を、例えば異方性ドライエッチング装置によりエッチバックして、第１のＣＶＤ膜４２および第１のＣＶＤ膜の側壁に付着した第２のＣＶＤ膜４４を残して、例えば約０．３μｍのギャップを形成する。残された第１のＣＶＤ膜４２、第２のＣＶＤ膜４４をマスクにして、低抵抗ポリシリコン層３２ａ及びＷＳｉ層３２ｂを異方性ドライエッチング装置によりエッチング除去し、電極間に約０．３μｍのギャップ３４を形成する。なお、ＣＶＤ膜には、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）や窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などが好適である。
【００５２】
次に、図８（ｃ）に示すように、残されている第１のＣＶＤ膜４２及び第２のＣＶＤ膜４４をすべて除去し、転送電極３２が形成される。更に、ギャップ３４下方の垂直電荷転送チャネル２０にボロンイオンをイオン注入して、ギャップ３４下方の垂直電荷転送チャネル２０にポテンシャルポケットが発生することを防止する。
【００５３】
最後に、図示はしないが、トランジスタ部の閾値電圧を調整して金属配線を形成し、基板表面を平坦化した後、カラーフィルタ及びマイクロレンズを形成して、ＣＣＤイメージセンサが完成する。
【００５４】
なお、上記では、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ２，ｐ２３４〜２４０（１９９６）に記載のＣＶＤ堆積膜の側壁残し異方性エッチング技術により転送電極を狭ギャップで形成する例について説明したが、エキシマステッパー等の採用による微細パターンの形成技術を用いて、転送電極を狭ギャップで形成することもできる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の固体撮像素子は、転送電極を単層電極としても、転送路が光電変換素子列の各々の間に、隣り合う光電変換素子列の各光電変換素子間に侵入し、且つ相互に接触しないように配列されるので、無効領域を増加させることがなく、転送電極を単層電極とすることにより、駆動電圧及び消費電力を低減することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの撮像部の部分拡大平面図である。
【図３】図２に示す撮像部のＶ１−Ｖ２線断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの撮像部の部分拡大平面図である。
【図５】第３の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの撮像部の部分拡大平面図である。
【図６】第４の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの撮像部における部分断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、第４の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの製造工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、図７に示す第４の実施の形態に係るＣＣＤイメージセンサの製造工程に続く、ＣＣＤイメージセンサの製造工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、従来のプログレッシブ走査方式のインターライン型ＣＣＤの撮像部の部分拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。
【符号の説明】
１２半導体基板
１４フォトダイオード
１６第１の光電変換素子列
１８第２の光電変換素子列
２０垂直電荷転送チャネル
２２水平電荷転装置（ＨＣＣＤ）
２４出力部
２６読み出しゲート用チャネル
２８チャネルストップ
３０ゲート酸化膜
３２転送電極
３３垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）
３４ギャップ
３６表面保護膜（平坦化膜）
３８遮光膜
４０開口

Claims

複数の光電変換素子を所定間隔で所定方向に配列した光電変換素子列と、複数の光電変換素子を前記所定間隔で前記所定方向に配列し、且つ前記光電変換素子列に対して前記所定方向に所定量ずらして配置した光電変換素子列と、で構成された素子列の組を複数組備え、
前記光電変換素子列の各々の間に、隣り合う光電変換素子列の各光電変換素子間に侵入し、且つ相互に接触しないように転送路が配列された固体撮像素子であって、
前記光電変換素子間を通過して前記所定方向と交差する方向に延び、且つ前記転送路に沿って前記光電変換素子で発生した信号電荷を転送するように所定間隔離間して配列された複数の単層電極を備え、転送路上での単層電極の間隔を、隣接する転送路を電気的に分離する素子分離領域上での単層電極の間隔より狭くしたことを特徴とする固体撮像素子。
転送路上での単層電極の間隔を、転送路の一方の側縁から他方の側縁に向かって直線状に形成した請求項１に記載の固体撮像素子。
前記単層電極の表面反射率を、金属アルミニウム自体の表面反射率より低くした請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
前記単層電極を、低抵抗ポリシリコン、タングステン、モリブデン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、タンタルシリサイド、及び銅シリサイドからなる群から選択されたいずれか１つの電極材料で構成した請求項３に記載の固体撮像素子。
前記単層電極を、複数の電極材料を積層して形成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。