JP4680655B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
近年、デジタルカメラやデジタルムービーカメラ、更にはカメラ付携帯電話の急速な普及により、固体撮像装置の需要が急速に伸びている。特に最近では、多画素化や動画対応の求めにより、固体撮像装置の高速駆動化が求められている。その一つの解決策として、遮光膜が垂直CCDの転送電極への転送パルスの供給も兼ねるシャント配線構造が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
図21〜図29を用いて、シャント配線構造を有する固体撮像装置の一例(従来例1)について説明する。最初に、固体撮像装置の全体構成について説明する。図21は、従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の全体構成を概略的に示す構成図である。図21に示すように、固体撮像装置は、半導体基板101上の受光領域101aに複数の画素104をマトリックス状に配置して形成されている。半導体基板101としては、例えば、シリコン基板が挙げられる。
また、図21に示す固体撮像装置はインターライン転送を採用しており、各画素は垂直CCD(charge coupled device)102とフォトダイオード(Photo diode)部111とを備えている。半導体基板101には、最終行の垂直CCD102に隣接して水平CCD103が形成されている。水平CCD103の出力端には出力アンプ103bが設けられている。垂直CCD102及び水平CCD103は電荷転送装置として機能する。図21中の矢印は電荷の転送方向を示している。
図21においては図示していないが、垂直CCD102及び水平CCD103それぞれは、転送チャネルと、第1転送電極と、第2転送電極とを備えている。なお、本明細書においては、垂直CCDの転送電極を「垂直転送電極」と称し、水平CCDの転送電極を「水平転送電極」と称する。
受光領域101aの周辺領域には、受光領域101aの外縁に沿って垂直バスライン部116が設けられている。垂直バスライン部116は、垂直バスライン配線116a〜116dを備えている。垂直バスライン配線116a〜116dそれぞれには、異なる転送パルスΦV1〜ΦV4が外部から供給されている。水平CCD103における垂直CCD側の反対側(図中下側)には、水平CCD103に沿って、水平バスライン部117が設けられている。水平バスライン部117は、水平バスライン配線117a及び117bを備えている。水平バスライン配線117a及び117bそれぞれには、異なる転送パルスΦH1及びΦH2が外部から供給されている。
また、垂直CCD102に光が入射しないようにするため、垂直CCD102を列毎に覆うストライプ状の遮光膜113が形成されている。遮光膜113は金属材料で形成されており、垂直バスライン配線116a〜116dのいずれかと接続されている。また、遮光膜113は、コンタクトホール114によって垂直転送電極に接続される。このため、遮光膜113は、垂直CCD102の転送電極へ転送パルスを供給するシャント配線としても機能する。なお、図21においては、遮光膜113の一部を省略している。
次に、図21に示す固体撮像装置の画素及び垂直CCDの構成について図22を用いて具体的に説明する。図22は、図21に示す固体撮像装置の画素の構成を拡大して示す構成図であり、図22(a)は遮光膜より下層を示し、図22(b)は遮光膜が設けられた状態を示している。
図22(a)に示すように、垂直CCD102は、半導体基板101に形成された転送チャネル102aと、その上に形成された第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109とを備えている。フォトダイオード部111は、光電変換部111aと、読み出し部111bと、画素分離部111cとを備えている。これらは半導体基板101に形成されている。
光電変換部111aは、光が入射すると、信号電荷を生成し、これを蓄積する。読み出し部111bは、光電変換部111aとそれに対応する垂直CCD102との間の領域に形成されており、光電変換部111aに蓄積された電荷の読み出しを行う。読み出された電荷は転送チャネル102aに転送される。画素分離部111cは、光電変換部111aを、隣接する他の光電変換部111aと対応していない垂直CCD102とから電気的に分離している。
第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109は、転送チャネル102a、読み出し部111b及び画素分離部111cを覆うように形成されている。図22(a)において、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109には、ハッチングを施している。
また、図22(b)に示すように、遮光膜113は、光電変換部111aの上面が開口され、転送チャネル102a、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109が遮光されるように形成されている。遮光膜113の開口を通る光のみが光電変換部111aへと入射する。図22(b)の例では、コンタクトホール114は、遮光膜113と第2垂直転送電極109とを接続している。
図21及び図22に示した固体撮像装置の動作について説明する。以下の説明においては適宜図21及び図22を参酌する。先ず、半導体基板101の受光領域101aに光学像が結像されると、各フォトダイオード部111の光電変換部111aは、光電変換を行い、光の強さと光の入射時間とに応じた信号電荷を蓄積する。この状態において、第2垂直転送電極109に、垂直バスライン部116及び遮光膜113を通じてハイレベル電圧(10V〜15V)を印加する。これにより、各フォトダイオード部111の光電変換部111aに蓄積された信号電荷は、読み出し部111bを通って、垂直CCD102の転送チャネル102aに転送される。
次に、上記と同様に、垂直バスライン部116及び遮光膜113を通じて、第1垂直転送電極106および第2垂直転送電極109に、ミドルレベル電圧(0V)とローレベル電圧(−5V〜−10V)とを交互に印加する。これにより、信号電荷は、垂直方向に並んだ垂直CCD102を順次転送され、水平CCD103に到達する。
その後、水平CCD103の第1水平転送電極(図示せず)及び第2水平転送電極に、水平バスライン部117を介してハイレベル電圧(2V〜5V)とローレベル電圧(0V)とを交互に印加する。これにより、信号電荷は、水平CCD103から出力アンプ103bへと転送される。
出力アンプ103bは、信号電荷を電圧に変換し、外部に信号電圧を出力する。このように、光電変換部111aに蓄積された信号電荷は、垂直CCD102によって垂直方向に転送され、水平CCD103によって水平方向に転送された後、外部に出力される。
次に、図21に示す従来1の固体撮像装置の垂直CCD及び水平CCDにおける転送電極、遮光膜、バスライン部の構成について図23〜図26を用いて具体的に説明する。先ず、垂直CCDについて説明する。図23は、図21に示す固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図であり、図21中の破線で囲まれた領域Xに対応
している。図24は、図23に示す構成を切断して得られた断面図であり、図24(a)は切断線Q−Q´に沿った断面図、図24(b)は切断線R−R´に沿った断面図、図24(c)は切断線S−S´に沿った断面図である。なお、図24においては、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図23に示すように、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109は、垂直方向に沿って形成された複数の転送チャネル102aを横切るように形成されている。遮光膜113は、転送チャネル102aに沿って、つまり、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109を横切るように形成されている。
また、第1垂直転送電極106は、コンタクトホール118aによって、垂直バスライン配線116b又は116dに接続されている。第2垂直転送電極109は、コンタクトホール118bによって、垂直バスライン配線116a又は116cに接続されている。遮光膜113は、コンタクトホール114aによって第1垂直転送電極106に接続され、コンタクトホール114bによって第2垂直転送電極109に接続されている。
図24(a)〜(c)に示すように、複数の第1垂直転送電極106は、ゲート絶縁膜105上に、一定の間隔を隔てて形成されている。第1垂直転送電極106の周囲には、第1層間絶縁膜108が形成されている。また、図24(b)及び(c)に示すように、第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aが形成されていない領域上では、第1層間絶縁膜108を介して、第1垂直転送電極106の上に形成されている。
一方、図24(a)に示すように、第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aが形成された領域上においては、電荷を転送するため、隣り合う第1垂直転送電極106の間のゲート絶縁膜105上に形成されている。但し、第2垂直転送電極109は、その端部109a及び109bが第1垂直転送電極106の端部と重なるように形成されている。
また、図24(a)に示すように、ゲート絶縁膜105、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109を被覆するように第2層間絶縁膜112が形成されている。更に、遮光膜113は第2層間絶縁膜112の上に形成されている。遮光膜113と第1垂直転送電極106とを接続する箇所には、第1層間絶縁膜108及び第2層間絶縁膜112を貫通するコンタクトホール114aが形成されている。また、図24には図示していないが、遮光膜113と第2垂直転送電極109とを接続する箇所には、第2層間絶縁膜112を貫通するコンタクトホール114bが形成されている(図23参照)。
また、遮光膜113を被覆するように(遮光膜113が形成されていない領域においては第2層間絶縁膜112を被覆するように)、第3層間絶縁膜115が形成されている。垂直バスライン部116は、第3層間絶縁膜115の上に形成されている。図24(c)に示すように、垂直バスライン配線116b(又は116d)と第1垂直転送電極106とを接続する箇所には、第1層間絶縁膜108、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通するコンタクトホール118aが形成されている。垂直バスライン配線116c(又は116a)と第2垂直転送電極109とを接続する箇所には、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通するコンタクトホール118bが形成されている。
次いで、水平CCDについて説明する。図25は、図21に示す固体撮像装置の水平転送電極、水平バスライン部の構成を具体的に示す平面図である。図26は、図25に示す構成を切断して得られた断面図であり、図26(a)は切断線T−T´に沿った断面図、図26(b)は切断線U−U´に沿った断面図である。なお、図26においては、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図25に示すように、水平CCD103は、水平方向に沿って半導体基板101(図21参照)に設けられた転送チャネル103aと、転送チャネル103aの上にこれを横切るように形成された第1水平転送電極107及び第2水平転送電極110とを備えている。第1水平転送電極107は、コンタクトホール119aによって、水平バスライン配線117a又は117bに接続されている。第2水平転送電極109は、コンタクトホール119bによって、水平バスライン配線117a又は117bに接続されている。
図26(a)及び(b)に示すように、垂直CCDの場合と同様に(図24参照)、第1水平転送電極107は、ゲート絶縁膜105の上に形成されており、その周囲には第1層間絶縁膜108が形成されている。また、図26(b)に示すように、水平CCD103の転送チャネル103aが形成されていない領域では、第2水平転送電極110は、第1層間絶縁膜108を介して、第1水平転送電極107の上に形成されている。
更に、垂直CCDと同様に、図26(a)に示すように、第2水平転送電極110は、転送チャネル103aが形成された領域上では、電荷を転送するため、隣り合う第1水平転送電極107の間のゲート絶縁膜105上に形成されている。また、転送チャネル103aが形成された領域上では、第2水平転送電極110は、その端部110a及び110bが第1水平転送電極107の端部と重なり合うように形成されている。
また、図26(a)及び(b)に示すように、ゲート絶縁膜105、第1水平転送電極107及び第2水平転送電極110は、第2層間絶縁膜112によって被覆されている。第2層間絶縁膜112は第3層間絶縁膜115によって被覆されている。更に、図26(b)に示すように、第3層間絶縁膜115の上に、金属材料によって、水平バスライン配線117a又は117bが形成されている。
水平バスライン配線117a(又は117b)と第1水平転送電極107とを接続する箇所には、第1層間絶縁膜108、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通するコンタクトホール119aが形成されている。また、水平バスライン配線117a(又は117b)と第2水平転送電極109とを接続する箇所には、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通するコンタクトホール119bが形成されている。
また、図26(a)に示すように、転送チャネル103aが設けられた領域では、第3層間絶縁膜115の上に遮光膜120が形成されている。遮光膜120は、バスライン配線117a及び117bと同じ金属材料によって、同一のプロセスで形成されている。
次に、図21〜図26に示した従来例1の固体撮像装置の製造方法について図27〜図29を用いて説明する。図27〜図29は、図21〜図26に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図27(a)〜(d)はそれぞれ主な一連の工程を示している。同様に、図28(a)〜(d)、図29(a)〜(d)もそれぞれ主な一連の工程を示している。また、図27は図24(a)に示した断面図に対応し、図28は図24(b)に示した断面図に対応し、図29は図26(a)に示した断面図に対応する。なお、図27〜図29においては、導電性の部材(半導体基板を除く)とレジストパターンにのみハッチングを施している。
最初に、図27(a)、図28(a)及び図29(a)に示すように、例えばシリコン基板などの半導体基板101の表面に、熱酸化法や減圧CVD(化学気相成長)法を利用して、酸化膜や窒化膜等で形成されたゲート絶縁膜105を形成する。その上に、減圧CVD法を利用して、第1垂直転送電極106又は第1水平転送電極107となるポリシリコン膜を形成する。
次いで、フォトリソグラフィー法及びRIE(反応性イオンエッチング)法を実施し、ポリシリコン膜をパターニング除去する。これにより、第1垂直転送電極106及び第1水平転送電極107が設定された間隔を隔てて形成される。その後、熱酸化法等を実施して、第1垂直転送電極106及び第1水平転送電極107の周囲に第1層間絶縁膜108を形成する。
次に、図27(b)、図28(b)及び図29(b)に示すように、減圧CVD法を利用して、第1垂直転送電極106及び第1水平転送電極107の上に、ポリシリコン膜121を形成する。ポリシリコン膜121は、第2垂直転送電極109及び第2水平転送電極110となる。
次に、図27(c)、図28(c)及び図29((c)に示すように、フォトリソグラフィー法を実施して、第2垂直転送電極109及び第2水平転送電極110の形成領域のみを覆うレジストパターン121を形成する。更に、レジストパターン121をマスクとしてRIE法を実施して、ポリシリコン膜121をパターニング除去する。これにより、第2垂直転送電極109及び第2水平転送電極110が形成される。RIE法の終了後、レジストパターン21を除去する。
その後、図27(d)、図28(d)及び図29(d)に示すように、第2層間絶縁膜112、第3層間絶縁膜115、コンタクトホール114a、114b、119a、119b、遮光膜113を形成する。遮光膜113は、例えば、アルミやタングステンといった金属材料によって形成する。また、図示していないが、コンタクトホール118a及び118b、垂直バスライン配線116a〜116d、水平バスライン配線117a及び117bも形成する。更に、遮光膜120も形成する。これにより、図21〜図26に示した固体撮像装置が得られる。
このようなシャント配線構造を有する固体撮像装置では、上述したように、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109は、コンタクトホール114a又は114bを介して遮光膜113に電気的に接続されている。第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109には、遮光膜113からも転送パルスが供給される。また、一般的に、転送電極は、比較的抵抗の高いポリシリコン(シート抵抗:約50Ω/□)によって形成されるが、遮光膜113は、アルミ(シート抵抗:0.1Ω/□)やタングステン(シート抵抗:0.5Ω/□)によって形成される。
このため、シャント配線構造を有する固体撮像装置を用いれば、シャント配線構造を有さない(ポリシリコンの転送電極のみに転送パルスが印加される)固体撮像装置に比べて、転送パルスの波形なまりを劇的に抑制でき、10倍以上の高速駆動が可能となる。
また、シャント配線構造を有する固体撮像装置としては、図21〜図29に示した固体撮像装置(従来例1)以外のものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。図30〜図36を用いて、シャント配線構造を有する固体撮像装置の他の例(従来例2)について説明する。先ず、従来例2の垂直CCDについて説明する。
図30は、従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の他の例における垂直転送電極、垂直バスライン部及び遮光膜の構成を示す平面図である。図31は、図30に示す構成を切断線に沿って切断して得られた断面図であり、図31(a)は切断線V−V´に沿った断面図、図31(b)は切断線W−W´に沿った断面図、図31(c)は切断線X−X´に沿った断面図である。なお、図31においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。また、図30及び図31において、従来例1と同様に構成された部分については図23及び図24で示した符号を使用している。
図30に示すように、垂直CCD202は、転送チャネル102aと、第1垂直転送電極206及び第2垂直転送電極209とを備えている。従来例2においても、従来例1と同様に、第1垂直転送電極106及び第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aを横切るように形成されている。遮光膜113は、転送チャネル102aに沿って形成されている。
また、従来例1と同様に、第1垂直転送電極206は、コンタクトホール218aによって、垂直バスライン配線116b又は116dに接続されている。第2垂直転送電極209は、コンタクトホール218bによって、垂直バスライン配線116a又は116cに接続されている。遮光膜113は、コンタクトホール214aによって第1垂直転送電極206に接続され、コンタクトホール214bによって第2垂直転送電極209に接続されている。図31(a)〜(c)に示すように、従来例1と同様に、第1垂直転送電極206は、ゲート絶縁膜105上に、一定の間隔を隔てて形成されている。第1垂直転送電極206の周囲には、第1層間絶縁膜108が形成されている。
但し、図30及び図31に示すように、従来例2では、従来例1と異なり、第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aが形成されていない領域においても、隣り合う第1垂直転送電極106の間のゲート絶縁膜105上に形成されている。また、第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aが形成された領域上において、その端部が第1垂直転送電極106と重なり合わないように形成されている。
なお、図31(a)〜(c)に示すように、従来例1と同様に、第2層間絶縁膜112、遮光膜113、及び第3層間絶縁膜115が形成される(図24参照)。また、コンタクトホール214aは、第1層間絶縁膜108及び第2層間絶縁膜112を貫通する。図31には図示していないが、コンタクトホール214bは、第2層間絶縁膜112を貫通する。更に、図31(c)に示すように、コンタクトホール218aは、第1層間絶縁膜108、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通し、コンタクトホール218bは、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通する。
次に、従来例2の水平CCDについて説明する。図32は、従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の他の例における水平転送電極、水平バスライン部の構成を示す平面図である。図33は、図32に示す構成を切断線に沿って切断して得られた断面図であり、図33(a)は切断線Y−Y´に沿った断面図、図33(b)は切断線Z−Z´に沿った断面図である。なお、図33においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。また、図32及び図33において、従来例1と同様に構成された部分については図25及び図26で示した符号を使用している。
図32に示すように、水平CCD203は、転送チャネル103aと、第1水平転送電極207及び第2水平転送電極210とを備えている。従来例2においても、従来1と同様に、第1水平転送電極207及び第2水平転送電極210は、転送チャネル103aの上にこれを横切るように形成されている。
また、従来例1と同様に、第1水平転送電極207は、コンタクトホール219aによって、水平バスライン配線117a又は117bに接続されている。第2水平転送電極209は、コンタクトホール219bによって、水平バスライン配線117a又は117bに接続されている。また、第1水平転送電極207は、ゲート絶縁膜105上に、一定の間隔を隔てて形成されている。第1水平転送電極207の周囲には、第1層間絶縁膜108が形成されている。
但し、図33(a)及び(b)に示すように、従来例2では、垂直CCD203の場合と同様に、水平CCD203においても、第2水平転送電極210は、全領域で、隣り合う第1水平転送電極207の間のゲート絶縁膜105上に形成されている。また、第2水平転送電極210は、転送チャネル103aが形成された領域上において、その端部が第1水平転送電極207と重なり合わないように形成されている。よって、転送チャネル103aが形成されていない領域上では、第1水平転送電極207及び第2水平転送電極210の幅は、従来例1の場合よりも狭くなっている。
また、従来例1と同様に、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115が形成されている。第3層間絶縁膜115の上には、水平バスライン配線117a、117b、及び遮光膜120が形成されている。また、図33(b)に示すように、コンタクトホール219aは、第1層間絶縁膜108、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通している。コンタクトホール219bは、第2層間絶縁膜112及び第3層間絶縁膜115を貫通している。
次に、図30〜図33に示した従来例2の固体撮像装置の製造方法について図34〜図36を用いて説明する。図34〜図36は、図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図34(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。同様に、図35(a)〜(f)、図36(a)〜(f)もそれぞれ主な一連の工程を示している。また、図34は図31(a)に示した断面図に対応し、図35は図31(b)に示した断面図に対応し、図36は図33(a)に示した断面図に対応する。なお、図34〜図36においては、導電性の部材(半導体基板を除く)とレジストパターンにのみハッチングを施している。
最初に、図34(a)、図35(a)及び図36(a)に示すように、半導体基板101の上に、ゲート絶縁膜105、ポリシリコン膜を順次形成し、フォトリソグラフィー法及びRIE法を実施する。これにより第1垂直転送電極206及び第1水平転送電極207が形成される。その後、第1層間絶縁膜108を形成する。図34(a)、図35(a)及び図36(a)に示す工程は、図27(a)、図28(a)及び図29(a)に示す工程と同様の工程である。
次に、図34(b)、図35(b)及び図36(b)に示すように、減圧CVD法を利用して、半導体基板101の上面を覆うように、新たなポリシリコン膜221を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法によってレジストパターン222を形成する。レジストパターン222は、半導体基板101の厚み方向において第1層間絶縁膜208と重ならないように形成する。
次に、図34(c)、図35(c)及び図36(c)に示すように、CMP(化学的機械研磨:Chemical Mechanical Polishing)法を実施して、レジストパターン222及びポリシリコン膜221を研磨する。この時、ポリシリコン膜221の研磨レートは、第1層間絶縁膜108の研磨レートに比べて大きく設定されている。よって、第1層間絶縁膜108は研磨されず、ポリシリコン膜221のみが研磨及び除去される。CMPの実施により、第1層間絶縁膜108の上面とポリシリコン膜221の上面とは、連続した平面となる。
次に、図34(d)、図35(d)及び図36(d)に示すように、研磨後のポリシリコン膜221を第2垂直転送電極209及び第2水平転送電極210とするため、フォトリソグラフィー法によってレジストパターン223を形成する。更に、図34(e)、図35(e)及び図36(e)に示すように、レジストパターン223をマスクとしてRIE法を実施する。これにより、ポリシリコン膜221はパターニングされ、第2垂直転送電極209及び第2水平転送電極210が形成される。
その後、図34(f)、図35(f)及び図36(f)に示すように、従来例1と同様に、第2層間絶縁膜112、第3層間絶縁膜115、コンタクトホール214a、214b、219a、219b、遮光膜113及び120を形成する。また、図示していないが、コンタクトホール118a及び118b、垂直バスライン配線116a〜116d、水平バスライン配線117a及び117b、遮光膜120も形成する。これにより、図30〜図33に示した従来例2の固体撮像装置が得られる。従来例2では、従来例1と異なり、CMP法が利用される点で、従来例1と大きく異なる。
特開平10−223881号公報 特開平5−267356号公報
上述した従来例1及び従来例2の固体撮像装置は、以下の問題を有している。この点について以下に説明する。
従来例1の固体撮像装置では、図23及び図24に示すように、第2垂直転送電極109は、転送チャネル102aが形成された領域上では、その端部109a及び109bが第1垂直転送電極106の端部と重なるように形成される。このため、遮光膜113と第1垂直転送電極106とを接続するコンタクトホール114aは、隣り合う第2垂直転送電極109の一方の端部109aと他方の端部109bとの間に形成する必要がある。
しかし、隣り合う第2垂直転送電極109の一方の端部109aと他方の端部109bとの距離は小さく、例えば、画素サイズが3μm角よりも小さくなると、0.6μm未満となる。この場合、コンタクトホール114aは0.3μm角よりも小さく形成しなければならず、その形成は極めて困難になる。
更に、隣り合う第2垂直転送電極109の一方の端部109aと他方の端部109bとの距離が小さくなるため、コンタクトホール114aと第2垂直転送電極の端部109a又は109bとの距離も小さくなる。この結果、コンタクトホール114aのホール寸法のばらつきや、コンタクトホール114aおよび第2垂直転送電極109の形成時のマスク合わせのずれ等によって、遮光膜113と第2垂直転送電極109とが接触してショートする場合もある。
また、上述したように、垂直CCD102の転送チャネル102aが形成された領域上で、第1垂直転送電極106と第2垂直転送電極109とは、互いの端部が重なり合うように形成されており、両者間には層間容量が形成される。また、両者には、それぞれ異なるパルスが印加されるため(図23参照)、この層間容量に起因する消費電力の増加が大きな問題となる。
同様に、水平CCD103の転送チャネル103aが形成された領域上でも、異なるパルスが印加される第1水平転送電極107と第2水平転送電極110とが、それぞれの端部が互いに重なり合うように形成され(図26(a)参照)、両者には層間容量が形成される。このため、従来例1の固体撮像装置では、水平CCD103においても、この層間容量に起因する消費電力の増加が問題となる。
一方、従来例2の固体撮像装置では、図30及び図31に示すように、第2垂直転送電極209は、いずれの領域においても、第1垂直転送電極206に重なっていない。よって、従来例1に比べ、遮光膜113と第1垂直転送電極206とを接続するコンタクトホール214aのホール寸法を大きくできる。従って、例えば、画素サイズが3μm角の場合でも、0.3μm角以上のコンタクトホール214aを形成できる。また、従来例1に比べ、第2垂直転送電極209と遮光膜113とのショートも発生しにくい。
また、従来例2の固体撮像装置では、第1垂直転送電極206と第2垂直転送電極209、第1水平転送電極207と第2水平転送電極210は、互いに重ならないよう形成されているため、従来例1に比べ、層間容量を低減でき、消費電力を低減できる。
しかしながら、従来例2の固体撮像装置では、転送電極を重なり合わせないため、垂直バスライン部116が形成される領域において、第1垂直転送電極206及び第2垂直転送電極209の幅(短辺方向の長さ)は、従来例1に比べて小さくなる。同様に、水平バスライン部117が形成される領域においても、第1水平転送電極207及び第2水平転送電極210の幅(短辺方向の長さ)は、従来例1に比べて小さくなる。
このため、垂直転送電極と垂直バスライン部116とを接続するコンタクトホール218a及び218b、水平転送電極と水平バスライン部117とを接続するコンタクトホール219a及び219bのホール寸法を小さくする必要がある。この結果、ホール形成や、水平転送電極207及び210とバスライン配線117a及び117bとのコンタクトが困難となる。
特に、従来例2のように水平CCD103が2相駆動方式の場合、水平バスライン部217には、1画素当たり4つの水平転送電極207及び210を形成しなければならない。このため、高画素化を図ろうとすると、水平転送電極207及び210の幅(短辺方向の長さ)は非常に小さくなり、コンタクトホール219a及び219bの形成や、水平転送電極207及び210と水平バスライン配線117a及び117bとのコンタクトが非常に困難となる。
また、固体撮像装置が、全画素読み出し方式を採用する場合は、垂直バスライン部116には、1画素辺り3つ以上の垂直転送電極206及び209を形成しなければならない。このため、垂直CCD102においても、水平CCD103と同様に、垂直転送電極206及び209の幅(短辺方向の長さ)は非常に小さくなる。よって、コンタクトホール218a及び218bの形成や、垂直転送電極206及び209と垂直バスライン配線116a〜116dとのコンタクトも非常に困難となる。
また、従来例2の固体撮像装置の製造は、CMP法を用いるため、図37及び図38に示す問題が発生する。図37は、図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法における一工程のみを示す断面図であり、図37(a)〜(c)は同一工程中の異なる部位の断面を示している。図37(a)は図31(c)に示した断面図に対応し、図37(b)は図31(b)に示した断面図に対応し、図37(c)は図33(a)に示した断面図に対応する。
図37に示すように、従来例2の製造方法を利用した場合、第1垂直転送電極206及び第1水平転送電極207のパターンの密度が領域毎に異なるため、CMP後のポリシリコン膜221の膜厚(t1〜t3)にバラツキが発生する。
具体的に説明すると、第1水平転送電極207の密度は、第1垂直転送電極206の密度よりも高くなっている。よって、水平CCDの形成領域では、例えば、ポリシリコン膜221の研磨レートよりもレジストパターン222(図34〜図36参照)の研磨レートが速い場合、ポリシリコン膜221の厚みt3は第1層間絶縁膜108の厚みと略同一となる。一方、第1垂直転送電極206の密度は、第1水平転送電極207の密度より低くなっている。このため、垂直CCDの形成領域では、ポリシリコン膜221の厚みt1及びt2は、水平CCDの形成領域におけるポリシリコン膜221よりも薄く形成されてしまう。
特に、図37(b)に示すように、フォトダイオード部の周辺領域では、第1垂直転送電極206の密度は最も低いため、ポリシリコン膜221の厚みt2は、更に薄くなる。従って、従来例2においては、第2垂直転送電極209及び第2水平転送電極210における抵抗バラツキが大きくなり、結果、転送パルスの波形なまりが大きくなって、転送効率が低下する恐れがある。また、ポリシリコン膜221の厚みが極端に薄くなった場合は、第2垂直転送電極209及び第2水平転送電極210が断線してしまう恐れもある。
図38は、図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法における第2垂直転送電極の形成工程を示す断面図であり、図38(a)及び(b)は連続した工程を示している。従来例2の固体撮像装置の製造工程では、フォトダイオード部の周辺領域において、第1層間絶縁膜108の一方の端部とレジストパターン223の端部とを一致させる必要がある(図35(d)参照)。
しかし、図38(a)に示すように、レジストパターン223が、画素の垂直方向に沿ってずれて形成されてしまうことがある。この状態で、レジストパターン223をマスクとしてRIE法を実施すると、図38(b)に示すように、フォトダイオード部の周辺領域(画素分離部が形成される領域)において第1垂直転送電極206の側壁に、孤立したポリシリコン膜221のエッチング残り224が形成される。この場合、エッチング残り224と第1層間絶縁膜108とで容量が形成され、消費電力が増加してしまう。更に、エッチング残り224を原因として、垂直転送電極間のショートや、画像の黒キズなども発生してしまう。
本発明の目的は、上記問題を解消し、層間容量に起因する消費電力を低減しつつ、配線設計の自由度を高め得る固体撮像装置、及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明における固体撮像装置は、信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極と、前記第1転送電極及び前記第2転送電極の上に前記転送チャネルを覆うように形成された遮光膜とを備え、前記バスライン部は、異なる転送パルスを供給する複数のバスライン配線を有し、前記複数のバスライン配線それぞれは、前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極のうちのいずれかと接続されている固体撮像装置であって、前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極は、少なくとも前記バスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第2転送電極が前記第1転送電極の上に位置するように配置され、前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第1転送電極と前記第2転送電極とが隣り合うように配置され、前記第2転送電極は、前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、少なくとも、異なる転送パルスが印加される前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されていることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため本発明における固体撮像装置の製造方法は、信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極とを備える固体撮像装置の製造方法であって、(a)前記半導体基板に前記転送チャネルを形成する工程と、(b)前記半導体基板上に第1導電膜を成膜し、前記第1導電膜をパターニングして前記複数の第1転送電極を形成する工程と、(c)前記第1転送電極の周囲に、前記第1転送電極と前記第2転送電極とを絶縁する第1層間絶縁膜を形成する工程と、(d)前記第1転送電極及び前記半導体基板を覆うように第2導電膜を成膜する工程と、(e)少なくとも前記バスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第1転送電極の上に前記第2導電膜が残存するように前記第2導電膜をパターニングする工程と、(f)前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第2導電膜の前記第1層間絶縁膜と前記半導体基板の厚み方向において重なる部分の全部又は一部が開口するようにレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして等方性エッチングを行って、前記第2転送電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
以上の特徴により、本発明における固体撮像装置及びその製造方法によれば、転送チャネルが形成された領域において、第2垂直転送電極間の距離を大きくとることができる。よって、第1転送電極に接続するコンタクトホールを形成するための領域を広くできる。また、少なくとも、バスライン配線が形成される領域に半導体基板の厚み方向において重なる領域、即ち、第1転送電極及び第2転送電極をバスライン配線に接続する領域では、第1転送電極と第2転送電極とを上下に配置する。よって、これらの幅が狭くなるのを抑制できる。これらの点から、本発明における固体撮像装置及びその製造方法によれば、配線設計の自由度を高めることができる。
また、本発明における固体撮像装置及びその製造方法によれば、転送チャネルが形成された領域において、第2転送電極は、少なくとも、異なる転送パルスが供給される第1転送電極には重ならないように形成される。よって、第1転送電極、第2転送電極及びこれらを絶縁する絶縁膜によって形成される層間容量が大きくなるのを抑制でき、消費電力の増加も抑制できる。
本発明における固体撮像装置は、信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極と、前記第1転送電極及び前記第2転送電極の上に前記転送チャネルを覆うように形成された遮光膜とを備え、前記バスライン部は、異なる転送パルスを供給する複数のバスライン配線を有し、前記複数のバスライン配線それぞれは、前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極のうちのいずれかと接続されている固体撮像装置であって、前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極は、少なくとも前記バスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第2転送電極が前記第1転送電極の上に位置するように配置され、前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第1転送電極と前記第2転送電極とが隣り合うように配置され、前記第2転送電極は、前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、少なくとも、異なる転送パルスが印加される前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されていることを特徴とする。
また、上記本発明における固体撮像装置は、前記電荷転送部が、前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部を含み、前記垂直電荷転送部の前記転送チャネルは、垂直方向に沿って複数設けられ、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極及び前記第2転送電極は、前記垂直電荷転送部の前記複数の転送チャネルを横切るように設けられ、前記垂直電荷転送部の前記第2転送電極は、前記垂直電荷転送部の前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている態様とできる。
また、上記態様においては、前記垂直電荷転送部の前記遮光膜は、前記垂直電荷転送部の前記複数の転送チャネルそれぞれを個別に覆うように形成され、前記遮光膜は、前記転送チャネルが形成された領域上において、コンタクトホールを介して、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極又は前記第2転送電極に接続されていても良い。
上記態様とすれば、垂直電荷転送部(垂直CCD)において、第1転送電極及び第2転送電極のバスライン部と接続する部分の幅を狭めることなく、第1転送電極と遮光膜とを接続するコンタクトホールの形成領域を広くとれる。よって、第1転送電極と遮光膜とを接続するコンタクトホールや、第1転送電極及び第2転送電極とバスライン部とを接続するコンタクトホールの設計の自由度を高めることができる。また、第1転送電極と遮光膜とを接続するコンタクトホールが第2転送電極の端部に接触して、ショートが発生するのも抑制できる。更に、垂直電荷転送部での層間容量を低減できる。
また、上記本発明における固体撮像装置においては、前記半導体基板に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部が更に設けられ、前記光電変換部が、前記半導体基板上に、垂直方向及び水平方向に沿ってマトリクス状に複数配置されていても良い。この場合は、前記半導体基板に、垂直方向において互いに隣り合う前記光電変換部を分離する画素分離部が形成されており、前記垂直電荷転送部の前記第2転送電極は、前記画素分離部が形成された領域上の部分も、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されているのが好ましい。このようにすることにより、光電変換部の周辺領域の段差を小さくできるため、光電変換部に入射する光の入射角を広げることができ、高感度の画素を得ることができる。
また、上記本発明における固体撮像装置は、前記電荷転送部が、前記信号電荷を前記水平方向に転送する水平電荷転送部を含み、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルは、水平方向に沿って設けられ、前記水平電荷転送部の前記第1転送電極及び前記第2転送電極は、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルを横切るように設けられ、前記水平電荷転送部の前記第2転送電極は、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、少なくとも、異なる転送パルスが印加される前記水平電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている態様とできる。
上記態様とすれば、水平電荷転送部(水平CCD)において、第1転送電極及び第2転送電極のバスライン部と接続する部分の幅が狭められるのを抑制しつつ、高画素化に対応できる。つまり、高画素化により、第1転送電極と第2転送電極のピッチが小さくなった場合でも、第1転送電極及び第2転送電極とバスライン部とを接続するコンタクトホールの設計の自由度を確保できる。更に、水平電荷転送部での層間容量を低減できる。
また、上記態様においては、前記水平電荷転送部の前記第2転送電極における前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、異なる転送パルスが印加される前記水平電荷転送部の前記第1転送電極及び同一の転送パルスが印加される前記水平電荷転送の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように、前記水平電荷転送部の前記第2転送電極を形成するのが好ましい。この場合は、水平電荷転送部での層間容量をよりいっそう低減できる。更に、水平電荷転送部の第2転送電極による段差を小さくできるため、その上に導電性の遮光膜が形成された場合において、配線間容量を低減できる。
また、本発明における固体撮像装置の製造方法は、信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極とを備える固体撮像装置の製造方法であって、(a)前記半導体基板に前記転送チャネルを形成する工程と、
(b)前記半導体基板上に第1導電膜を成膜し、前記第1導電膜をパターニングして前記複数の第1転送電極を形成する工程と、(c)前記第1転送電極の周囲に、前記第1転送電極と前記第2転送電極とを絶縁する第1層間絶縁膜を形成する工程と、(d)前記第1転送電極及び前記半導体基板を覆うように第2導電膜を成膜する工程と、(e)少なくとも前記バスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第1転送電極の上に前記第2導電膜が残存するように前記第2導電膜をパターニングする工程と、(f)前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第2導電膜の前記第1層間絶縁膜と前記半導体基板の厚み方向において重なる部分の全部又は一部が開口するようにレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして等方性エッチングを行って、前記第2転送電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
上記本発明における固体撮像装置の製造方法は、前記(f)の工程を実施した後に、前記(e)の工程を実施して前記第2転送電極を形成する態様とすることができる。この態様によれば、第2転送電極の上面の平坦化を容易に達成でき、段差の少ない構造を得ることができる。
また、上記本発明における固体撮像装置の製造方法は、前記半導体基板に、垂直方向及び水平方向に沿ってマトリクス状配置され、且つ、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部を形成する工程と、前記半導体基板に、垂直方向において互いに隣り合う前記光電変換部を分離する画素分離部を形成する工程とを更に有し、前記(f)の工程において、前記画素分離部が形成された領域上においても、前記第2導電膜の前記第1層間絶縁膜と前記半導体基板の厚み方向において重なる部分が開口するように前記レジストパターンを形成して、前記等方性エッチングを行う態様とすることもできる。この態様とすれば、得られた固体撮像装置において、光電変換部の周辺領域の段差を小さくできるため、光電変換部に入射する光の入射角を広げることができ、高感度の画素を得ることができる。
請求項7または8に記載の固体撮像装置の製造方法。
更に、上記本発明における固体撮像装置の製造方法は、前記第1転送電極及び前記第2転送電極を覆う第2層間絶縁膜を形成する工程と、前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第2層間絶縁膜に、前記第1転送電極又は前記第2転送電極が底面に露出するコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に導電性材料を充填し、更に、前記第2層間絶縁膜の上に前記導電性材料の膜を形成する工程と、前記導電性材料の膜をパターニングして前記遮光膜を形成する工程とを更に有する態様とすることもできる。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法について、図1〜図7を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態1における固体撮像装置の構成について図1〜図4を用いて説明する。
本実施の形態1における固体撮像装置も、背景技術に示した従来例1及び2に示した固体撮像装置と同様に、半導体基板上の受光領域に複数の画素をマトリクス状に配置して形成されている。また、各画素は、垂直電荷転送部(以下、「垂直CCD」。)と、フォトダイオード部とを備えている。更に、半導体基板には、水平電荷転送部(以下、「水平CCD」。)や、垂直バスライン部及び水平バスライン部も形成されている。
また、本実施の形態1においても、固体撮像装置はインターライン転送を採用したインターライン転送CCDである。但し、本発明においては、転送方式は特に限定されるものではなく、固体撮像装置は、フルフレームCCDや、フレーム転送CCDであっても良い。また、固体撮像装置がフルフレームCCDやフレーム転送CCDである場合は、垂直電荷転送部が、入射光を信号電荷に変換する光電変換部として機能する。
本実施の形態1における固体撮像装置の構成を部分毎に説明する。先ず、本実施の形態1における垂直CCDについて説明する。図1は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図である。図2は、図1に示す垂直CCD及び垂直バスライン部を切断して得られた断面図であり、図2(a)は切断線A−A´に沿った断面図、図2(b)は切断線B−B´に沿った断面図、図2(c)は切断線C−C´に沿った断面図である。なお、図2においては、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図1に示すように、本実施の形態1においても、背景技術に示した従来例1及び2と同様に、垂直CCD2は、垂直方向に沿って形成された複数の転送チャネル2aと、それらを横切るように形成された第1転送電極6及び第2転送電極9とを備えている。転送チャネル2aは、半導体基板1(図2参照)に形成されている。なお、以降の説明においては、垂直CCD2の第1転送電極6は「第1垂直転送電極」6、垂直CCD2の第2転送電極9は「第2水平転送電極」9とする。
また、図2(a)〜(c)に示すように、第1垂直転送電極6は半導体基板1上のゲート絶縁膜5の上に形成されている。第1垂直転送電極6と第2垂直転送電極9とは、第1層間絶縁膜8によって絶縁されている。転送チャネル2aが形成された領域上においては、第1転送電極6と第2転送電極9とは隣り合うように配置されている。
更に、本実施の形態1においても、フォトダイオード部11は、入射光の強さと入射時間とに応じて信号電荷を蓄積する光電変換部11aと、信号電荷の読み出しを行う読み出し部(図1において図示せず(図22(a)参照))と、画素分離部11cとを備えている。第1垂直転送電極6及び第2垂直転送電極9の上には、複数の転送チャネル2aを個別に覆うストライプ状の遮光膜13が形成されている。また、図1及び図2(a)に示すように、遮光膜13は、コンタクトホール14aを介して第1垂直転送電極6に接続され、コンタクトホール14bを介して第2垂直転送電極9に接続されている。
また、本実施の形態1においても、垂直バスライン部16は、垂直バスライン配線16a〜16dを備えており、垂直バスライン配線16a〜16dそれぞれには、異なる転送パルスΦV1〜ΦV4が供給されている。また、第1垂直転送電極6は、コンタクトホール18aを介して、垂直バスライン配線16b及び16dに接続されている。第2垂直転送電極9は、コンタクトホール18bを介して、垂直バスライン配線16a及び16bに接続されている。この構成により、第1垂直転送電極6と第2垂直転送電極9とには異なる転送パルスが印加される。
但し、本実施の形態1における固体撮像装置の垂直CCD2及び垂直バスライン部16の構成は、背景技術に示した従来例1及び2と以下の点で異なっている。本実施の形態1では、図1、図2(b)及び(c)に示すように、複数の第1垂直転送電極6及び複数の第2垂直転送電極9は、転送チャネル2aが形成されていない領域上においては、第2垂直転送電極9が第1垂直転送電極6の上に位置するように配置されている。
また、本実施の形態1では、図1及び図2(a)に示すように、第2垂直転送電極9は、転送チャネル2aが形成された領域上の部分が、第1転送電極6に、半導体基板1の厚み方向において重ならないように、即ち、第2垂直転送電極9の端部が第1垂直転送電極6の上へと突き出さないように形成されている。
このように、本実施の形態1においては、転送チャネル2aが形成された領域上において、第1垂直転送電極6の上には第2垂直転送電極9が存在しないため、コンタクトホール14aの形成領域は、従来例1に比べて広くなっている。例えば、画素サイズが3μm角の場合、垂直CCD2の第1垂直転送電極6の転送方向の長さは1μmを確保することができるため、第1コンタクトホール14aを0.3μm角以上の大きさで容易に形成することができる。
また、転送チャネル2aが形成されていない領域上、具体的には、バスライン配線16a〜16dが形成される領域に半導体基板の厚み方向において重なる領域において、第1垂直転送電極6及び第2垂直転送電極9の幅の制約は小さい。このため、コンタクトホール18a及び18bの形成領域は、従来例2に比べて広くなっている。例えば、画素サイズが3μm角の場合、第1垂直転送電極6及び第2垂直転送電極9における垂直バスライン配線16a〜16dと接触する部分の幅は、1μmを確保することができる。よって、コンタクトホール18a及び18bを0.3μm角以上の大きさで容易に形成することができる。
以上のように、本実施の形態1によれば、従来例1及び2に比べて、垂直CCD2及び水平バスライン部16における設計の自由度を高めることができ、画素の微細化を容易にできる。また、本実施の形態1によれば、従来例1のように第2垂直転送電極9の端部が第1垂直転送電極6と重ならないため、垂直CCD2における垂直転送電極間の層間容量Cを低減できる。よって、従来例1に比べて層間容量Cによる消費電力(=4CV2f)を低減することができる。なお、垂直CCD2において、電圧Vは4V〜10V、好ましくは6V〜8Vに設定される。また、周波数fは1kHz〜100kHz、好ましくは5kHz〜30kHzに設定される。
次に、本実施の形態1における水平CCDについて説明する。図3は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置の水平CCD及び水平バスライン部の構成を示す平面図である。図4は、図3に示す水平CCD及び水平バスライン部を切断して得られた断面図であり、図4(a)は切断線D−D´に沿った断面図、図4(b)は切断線E−E´に沿った断面図である。なお、図4においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図3に示すように、本実施の形態1においても、背景技術に示した従来例1及び2と同様に、水平CCD3は、水平方向沿って形成された転送チャネル3aと、これを横切るように形成された第1転送電極7及び第2転送電極9とを備えている。転送チャネル3aも半導体基板1(図4参照)に形成されている。なお、以降の説明においては、水平CCD3の第1転送電極7は「第1水平転送電極」7、水平CCD3の第2転送電極10は「第2水平転送電極」10とする。
また、後述するように、第1水平転送電極7は、第1垂直転送電極6と同一のプロセスによって形成され、第2水平転送電極10は、第2垂直転送電極9と同一のプロセスによって形成されている。よって、第1水平転送電極7も半導体基板1上のゲート絶縁膜5の上に形成されている。また、第1水平転送電極7と第2水平転送電極10も、第1層間絶縁膜8によって絶縁されている。転送チャネル3aが形成された領域上においては、第1水平転送電極7と第2水平転送電極10とは隣り合うように配置されている。
更に、本実施の形態1においても、水平バスライン部17は、水平バスライン配線17a及び17bを備えており、水平バスライン配線17a及び17bそれぞれには、異なる転送パルスΦH1及びΦH2が供給されている。また、第1水平転送電極7は、コンタクトホール19aを介して水平バスライン配線17a又は17bに接続されている。第2垂直転送電極9はコンタクトホール19bを介して水平バスライン配線17a又は17bに接続されている。
また、隣り合う1本の第1水平転送電極7と1本の第2水平転送電極10とは、一組となって、同一の水平バスライン配線17a又は17bに接続されている。よって、一組となった第1水平転送電極7及び第2水平転送電極10には同一の転送パルスが印加される。一方、隣接するが、組の異なる第1水平転送電極7と第2水平転送電極10とには、それぞれ異なる転送パルスが印加される。
更に、本実施の形態1においても、図4(a)に示すように、転送チャネル3aが設けられた領域では、第3層間絶縁膜15の上に遮光膜20が形成されている。遮光膜20は、水平バスライン配線17a及び17bと同じ金属材料によって、同一のプロセスで形成されている。
但し、本実施の形態1における固体撮像装置の水平CCD3及び水平バスライン部17の構成は、背景技術に示した従来例1及び2と以下の点で異なっている。本実施の形態1では、図3及び図4(b)に示すように、複数の第1水平転送電極7及び複数の第2水平転送電極10は、転送チャネル3aが形成されていない領域上、例えば水平バスライン部17の形成領域においては、第2水平転送電極10が第1水平転送電極7の上に位置するように配置されている。
従って、転送チャネル3aが形成されていない領域上において、第1水平転送電極7及び第2水平転送電極10の幅の制約は小さくなるため、コンタクトホール19a及び19bの形成領域は、従来例2に比べて広くなっている。例えば、画素サイズが3μm角の場合、第1水平転送電極7及び第2水平転送電極10における水平バスライン配線17a又は17bと接触する部分の幅は、1μmを確保することができる。このため、コンタクトホール19a及び19bを0.3μm角以上の大きさで容易に形成することができる。
このことから、本実施の形態1によれば、高画素化により、第1水平転送電極7と第2水平転送電極10のピッチが小さくなった場合でも、従来例2に比べて、水平バスライン部17における設計の自由度を高めることができ、画素の微細化を容易にできる。
また、本実施の形態1では、図3及び図4(a)に示すように、第2水平転送電極10は、転送チャネル3aが形成された領域上の部分が、異なる転送パルスが印加される第1水平転送電極7に、半導体基板1の厚み方向において重ならないように形成されている。即ち、本実施の形態1では、第2垂直転送電極9の端部のうち、同一の水平バスライン配線に接続された第1水平転送電極7側の端部9aのみが、第1水平転送電極7の上へと突き出している。
このため、本実施の形態1によれば、従来例1に比べて、水平CCD3における水平転送電極間の層間容量Cを低減できる。よって、従来例1に比べて層間容量Cによる消費電力(=2CV2f)を低減でき、ひいては水平CCDの消費電力も低減できる。なお、水平CCD3において、電圧Vは1V〜5V、好ましくは3V程度に設定される。また、周波数fは1kHz〜100kHz、好ましくは10kHz〜40kHzに設定される。
次に、本実施の形態1における固体撮像装置の製造方法について図5〜図7を用いて説明する。図5〜図7は、図1〜図4に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図5(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。同様に、図6(a)〜(f)、図7(a)〜(f)もそれぞれ主な一連の工程を示している。また、図5は図2(a)に示した断面図に対応し、図6は図2(b)に示した断面図に対応し、図7は図4(a)に示した断面図に対応する。なお、図5〜図7においては、導電性の部材(半導体基板を除く)とレジストパターンにのみハッチングを施している。
最初に、例えばシリコン基板などの半導体基板1に不純物をイオン注入して、光電変換部11a(図1参照)、画素分離部11c(図1参照)、転送チャネル2a及び3a(図1及び図3参照)等を形成する。次いで、図5(a)、図6(a)及び図7(a)に示すように、半導体基板1の表面に、熱酸化法や減圧CVD(化学気相成長)法を利用して、酸化膜や窒化膜等で形成されたゲート絶縁膜5を形成する。その上に、減圧CVD法を利用して、ポリシリコン膜等の第1導電膜を形成する。第1導電膜は、第1垂直転送電極6又は第1水平転送電極7となる。
次いで、フォトリソグラフィー法及びRIE(反応性イオンエッチング)法を実施し、第1の導電膜をパターニング除去する。これにより、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7が、設定された間隔を隔てて形成される。その後、熱酸化法等を実施して、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の周囲に第1層間絶縁膜8を形成する。
次に、図5(b)、図6(b)及び図7(b)に示すように、減圧CVD法を利用して、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上に、ポリシリコン膜等の第2導電膜21を形成する。第2導電膜21は、第2垂直転送電極9及び第2水平転送電極10となる。
次いで、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン22を形成する。レジストパターン22は、転送チャネル2a及び3aが形成されていない領域上では、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上方の領域がマスクされるように形成されている(図6(b)参照)。一方、レジストパターン22は、転送チャネル2a及び3aが形成された領域上では、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上方の領域が開口するように形成されている(図5(b)及び図7(b)参照)。
次に、図5(c)、図6(c)及び図7(c)に示すように、レジストパターン22をマスクとして異方性エッチングを行って、第2導電膜21をパターニング除去する。具体的には、RIE法を実施する。これにより、転送チャネル2a及び3aが形成されていない領域上においては、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上にのみ第2導電膜21が残存することになる(図6(c)参照)。また、転送チャネル2a及び3aが形成された領域上においては、第1垂直転送電極6又は第1水平転送電極7の端部と第2導電膜21とが重なった状態となる(図5(c)及び図7(c)参照)。RIE法の終了後、レジストパターン22を除去する。
次に、図5(d)、図6(d)及び図7(d)に示すように、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン23を形成する。レジストパターン23は、垂直CCDの転送チャネル2aが形成された領域上においては、第2導電膜21における、第1層間絶縁膜8(第1垂直転送電極6)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分が開口されるように形成されている(図5(d)参照)。
また、レジストパターン23は、水平CCDの転送チャネル3aが形成された領域上においては、第2導電膜21における、第1層間絶縁膜8(第1水平転送電極7)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分の一部が開口されるように形成されている(図7(d)参照。)。本例では、レジストパターン23は、第1水平転送電極7における、同一の水平バスライン配線に接続されていない第2導電膜21側の端部上面を開口している。
次いで、レジストパターン23をマスクとして等方性エッチングを行う。このとき、第2導電膜21のエッチングは、レジストパターン23の開口部の下方だけでなく、横にも進行するため、第2導電膜21の上面は、第1層間絶縁膜8の上面と略一致するようになる。そして、レジストパターン23を除去する。この結果、図5(e)、図6(e)及び図7(e)に示すように第2垂直転送電極9と第2水平転送電極10とが同時に形成される。
その後、図5(f)、図6(f)及び図7(f)に示すように、第2層間絶縁膜12、第3層間絶縁膜15、コンタクトホール14a、14b、19a、19b、遮光膜13を形成する。遮光膜13は、例えば、アルミやタングステンといった金属材料によって形成する。また、図示していないが、コンタクトホール18a及び18b、垂直バスライン配線16a〜16d、水平バスライン配線17a及び17bも形成する。更に遮光膜20も形成する。これにより、図1〜図4に示した固体撮像装置が得られる。
このように、本実施の形態1における固体撮像装置の製造方法を実施すれば、図1〜図4に示した本実施の形態1における固体撮像装置を得ることができる。また、本実施の形態1における固体撮像装置の製造方法によれば、従来例2のようにCMP法を実施しないで、第1垂直転送電極6に重なる第2垂直転送電極9の端部と、第1水平転送電極7に重なる第2水平転送電極10の端部とを除去できる。このため、従来例2のように、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7のパターンの粗密によって、第2導電膜21の厚みがばらつくのを抑制でき、膜厚の安定した第2垂直転送電極9及び第2水平転送電極10を得ることができる。よって、本実施の形態1によれば、第2垂直転送電極9及び第2水平転送電極10における抵抗バラツキが大きくなって、消費電力が増加するのを抑制できる。
なお、本実施の形態1では、垂直CCD2及び水平CCD3の両方において、第1転送電極と第2転送電極とが半導体基板1の厚み方向において重ならないようになっているが、これに限定されるものではない。垂直CCD及び水平CCDのどちらか一方においてのみ、第1転送電極と第2転送電極とが半導体基板の厚み方向において重ならないようになった態様であっても良い。
例えば、第1垂直転送電極6に接続するコンタクトホール14aの形成を容易することのみを目的とするならば、第1垂直転送電極6と第2垂直転送電極9との重なりだけを除去すれば良い。また、水平CCD3の消費電力の低減のみを目的とする場合は、第1水平転送電極7と第2水平転送電極10との重なりだけを除去すれば良い。このような両態様は必要に応じてそれぞれ独立に選択できる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2における固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法について、図8〜図12を参照しながら説明する。本実施の形態2における固体撮像装置は、図1〜図4に示した実施の形態1の固体撮像装置と同様の構成を有している。但し、本実施の形態2における固体撮像装置の製造方法は、以下の点で実施の形態1と異なっている。
図8〜図10を用いて本実施の形態2における固体撮像装置の製造方法について説明する。図8〜図10は、実施の形態2における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図8(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。同様に、図9(a)〜(f)、図10(a)〜(f)もそれぞれ主な一連の工程を示している。また、図8は図2(a)に示した断面図に対応し、図9は図2(b)に示した断面図に対応し、図10は図4(a)に示した断面図に対応する。なお、図8〜図10においても、導電性の部材(半導体基板を除く)とレジストパターンにのみハッチングを施している。
最初に、図8(a)、図9(a)及び図10(a)に示すように、転送チャネル2a及び3a(図1及び図3参照)等が形成された半導体基板1上に、ゲート絶縁膜5、第1垂直転送電極6、第1水平転送電極7、及び第1層間絶縁膜8を形成する。なお、図8(a)、図9(a)及び図10(a)に示す工程は、実施の形態1において図5(a)、図6(a)及び図7(a)に示した工程と同様に行われる。
次に、図8(b)、図9(b)及び図10(b)に示すように、減圧CVD法を利用して、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上に、第2導電膜21を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン24を形成する。レジストパターン24は、実施の形態1において図5(d)、図6(d)及び図7(d)に示したレジストパターン23と同様のものである。
具体的には、レジストパターン24も、垂直CCDの転送チャネル2aが形成された領域上においては、第2導電膜21における、第1層間絶縁膜8(第1垂直転送電極6)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分が開口されるように形成されている(図8(b)参照)。
また、図10(b)に示すように、レジストパターン24は、水平CCDの転送チャネル3aが形成された領域上においては、第2導電膜21における、第1層間絶縁膜8(第1水平転送電極7)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分の一部が開口されるように形成されている。図10(b)の例でも、図7(d)の例と同様に、レジストパターン24は、第1水平転送電極7における、同一の水平バスライン配線に接続されていない第2導電膜21側の端部上面を開口している。
次いで、図8(c)、図9(c)及び図10(c)に示すように、レジストパターン24をマスクとして等方性エッチングを行う。このときも、実施の形態1において図5(d)及び図7(d)に示した工程と同様に、第2導電膜21のエッチングは、レジストパターン24の開口部の下方だけでなく、横にも進行する。よって、第2導電膜21の上面は、第1層間絶縁膜8の上面と略一致するようになる。そして、レジストパターン23を除去する。
次に、図8(d)、図9(d)及び図10(d)に示すように、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン25を形成する。レジストパターン25は、実施の形態1において図5(b)、図6(b)及び図7(b)に示したレジストパターン22と同様に、転送チャネル2a及び3aが形成されていない領域上では、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上方の領域がマスクされるように形成されている(図9(d)参照)。
なお、レジストパターン25は、転送チャネル2aが形成された領域では、当該領域及びその周辺全部を覆うように形成されている(図8(d)参照)。また、レジストパターン25は、転送チャネル3aが形成された領域上では、第2導電膜21の第1垂直転送電極6に重なった部分の一部が開口するように形成されている(図10(d)参照)。
次いで、レジストパターン25をマスクとして異方性エッチングを行って、第2導電膜21をパターニング除去する。具体的には、RIE法を実施する。そして、レジストパターン25を除去する。この結果、図8(e)、図9(e)及び図10(e)に示すように第2垂直転送電極9と第2水平転送電極10とが同時に形成される。
その後、図8(f)、図9(f)及び図10(f)に示す工程を実施すれば、本実施の形態2においても、実施の形態1において図1〜図4に示した固体撮像装置が得られる。なお、図8(f)、図9(f)及び図10(f)に示す工程は、図5(f)、図6(f)及び図7(f)に示す工程と同様に行われる。
このように、本実施の形態2における固体撮像装置の製造方法は、等方性エッチングを行った後に異方性エッチングを行うことによって、第2垂直転送電極7及び第2水平転送電極10を形成しており、この点で、実施の形態1における固体撮像装置の製造方法と異なっている。つまり、本実施の形態2においては、背景技術において図24(a)に示した第2垂直転送電極109の端部109aや第2水平転送電極110の端部110aに相当する第2導電膜21の一部を先に除去する。その後、第2導電膜21に対して最終的なパターニングが行われる。
このため、本実施の形態2における固体撮像装置の製造方法を用いれば、実施の形態1において説明した効果の他に、更に優れた効果を得ることができる。この点について、図11及び図12を用いて説明する。図11は、実施の形態1において図5(d)に示した工程を詳細に示す断面図であり、図11(a)及び(b)は等方性エッチングの前後をそれぞれ示している。図12は、実施の形態2において図8(b)に示した工程を詳細に示す断面図であり、図12(a)及び(b)は等方性エッチングの前後をそれぞれ示している。なお、図11及び図12においては、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。また、図11及び図12中の破線はエッチングの進行を概念的に示している。
図11(a)に示すように、実施の形態1において、レジストパターン23をマスクとして等方性エッチングを行うと、第2導電膜21は、上方向と横方向との二方向から同時にエッチングされる。よって、図11(b)に示すように、実施の形態1においては、第2導電膜21の第1垂直転送電極6と重なる部分が完全に除去されていても、レジストパターン23と第2導電膜21との境界付近に僅かな突起21aが残存してしまう場合がある。
それに対して、図12(a)に示すように、実施の形態2においては、第1層間絶縁膜8の上面全体が第2導電膜21によって被覆された状態で等方性エッチングが行われる。よって、第2導電膜21は、先ず、上方向からエッチングされ、その後、上方向と横方向との二方向からエッチングされる。このため、第2導電膜21の第1垂直転送電極6と重なる部分が完全に除去されたときに、図11(b)に示すような突起21aは形成され難く、第2垂直転送電極9の上面は略平坦となり、第1層間絶縁膜8の上面と一致する。このことから、本実施の形態2によれば、実施の形態1に比べ、段差の少ない転送電極を形成することができる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3における固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法について、図13〜図20を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態3における固体撮像装置の構成について図13〜図17を用いて説明する。
本実施の形態3における固体撮像装置は、第1垂直転送電極、第2垂直転送電極、第1水平転送電極、及び第2水平転送電極の構造において、実施の形態1における固体撮像装置と異なっている。但し、本実施の形態3における固体撮像装置は、それ以外の点については、実施の形態1における固体撮像装置と同様に構成されている。
本実施の形態3における固体撮像装置の構成を部分毎に説明する。先ず、本実施の形態3における垂直CCDについて説明する。図13は、本発明の実施の形態3における固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図である。図14は、図13に示す垂直CCD及び垂直バスライン部を切断して得られた断面図であり、図14(a)は切断線F−F´に沿った断面図、図14(b)は切断線G−G´に沿った断面図、図14(c)は切断線H−H´に沿った断面図である。なお、図14においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図13及び図14(a)に示すように、本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、第2垂直転送電極39は、転送チャネル2aが形成された領域上の部分が、第1垂直転送電極36に、半導体基板1の厚み方向において重ならないように形成されている。また、図13及び図14(c)に示すように、本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、第1垂直転送電極36及び第2垂直転送電極39は、垂直バスライン部16が形成される領域においては、第2垂直転送電極39が第1垂直転送電極36の上に位置するように配置されている。
このため、本実施の形態3における固体撮像装置においても、実施の形態1と同様に、従来例1及び2に比べて、垂直CCD2及び水平バスライン部16における設計の自由度を高めることができ、画素の微細化を容易にできる。また、本実施の形態1と同様に、垂直CCD2における垂直転送電極間の層間容量Cを低減できるため、垂直CCD2の消費電力の低減を図ることができる。
但し、図13、図14(b)に示すように、本実施の形態3では、実施の形態1と異なり、第2垂直転送電極39は、画素分離部11cが形成された領域上の部分も、第1垂直転送電極36に、半導体基板1の厚み方向において重ならないように形成されている。本実施の形態3では、第2垂直転送電極9が第1垂直転送電極6の上に配置されるのは、バスライン配線16a〜16dが形成される領域と半導体基板の厚み方向において重なる領域、及びその近傍の領域のみである。
このため、本実施の形態3によれば、図14(b)に示すように、画素分離部11cが形成された領域上において、第1垂直転送電極36と、第2垂直転送電極39とによる段差を、実施の形態1に比べて小さくできる。この点について図15を用いて説明する。
図15は、実施の形態1及び実施の形態2における画素分離部の断面構造を示す断面図であり、図15(a)は実施の形態1の固体撮像装置の画素分離部の断面構造を示す断面図、図15(b)は実施の形態2の固体撮像装置の画素分離部の断面構造を示す断面図である。なお、図15(a)は図2(b)に対応し、図15(b)は図14(b)に対応している。また、図15においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図15(a)に示すように、実施の形態1においては、第2垂直転送電極9は、画素分離部11cが形成された領域上の部分が第1垂直転送電極6の上に位置するように形成されている。これに対して、図15(a)に示すように、実施の形態3においては、第2垂直転送電極9は、画素分離部11cが形成された領域上の部分が第1垂直転送電極6に重ならないように形成されている。このため、実施の形態3における段差の高さh2は、実施の形態1における段差の高さh1よりも低くなる。つまり、実施の形態3によれば、光電変換部11a(図1及び図13参照)の周辺の領域の段差を小さくできる。
このため、図15(a)及び(b)に示すように、実施の形態3において光電変換部11aに集光できる光の入射角度θ´は、実施の形態1において光電変換部11aに集光できる光の入射角度θに比べて大きくなる。よって、実施の形態3によれば、実施の形態1に比べて、画素の感度を向上することができる。
また、光電変換部11a(図1及び図13参照)の周辺の領域の段差を小さくできるため、遮光膜13が複数の短冊状部分で構成されている場合(図1、図13、図21参照)は、隣り合う短冊状部分間に隙間を形成するのが容易となる。このため、遮光膜13においてショートが発生するのを抑制することもできる。
次に、本実施の形態3における水平CCDについて説明する。図16は、本発明の実施の形態3における固体撮像装置の水平CCD及び水平バスライン部の構成を示す平面図である。図17は、図16に示す水平CCD及び水平バスライン部を切断して得られた断面図であり、図16(a)は切断線I−I´に沿った断面図、図16(b)は切断線J−J´に沿った断面図である。なお、図16においても、導電性の部材(半導体基板を除く)にのみハッチングを施している。
図16及び図17(b)に示すように、本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、第1水平転送電極37及び第2水平転送電極40は、転送チャネル3aが形成されていない領域上、例えば水平バスライン部17の形成領域において、第2水平転送電極40が第1水平転送電極37の上に位置するように配置されている。
従って、本実施の形態3を用いても、実施の形態1と同様に、高画素化により、第1水平転送電極37と第2水平転送電極40のピッチが小さくなった場合でも、従来例2に比べて、水平バスライン部17における設計の自由度を高めることができ、画素の微細化を容易にできる。
また、図16及び図17(a)に示すように、本実施の形態3においても、実施の形態1と同様に、第2水平転送電極40は、転送チャネル3aが形成された領域上の部分が、異なる転送パルスが印加される第1水平転送電極37に、半導体基板1の厚み方向において重ならないように形成されている。従って、本実施の形態3を用いても、従来例1に比べて、水平CCD3における水平転送電極間の層間容量Cを低減でき、水平CCD3の消費電力の低減を図ることができる。
但し、図16及び図17(a)に示すように、本実施の形態3においては、実施の形態1と異なり、第2水平転送電極40の転送チャネル3aが形成された領域上の部分は、同一の転送パルスが印加される第1水平転送電極37にも、半導体基板1の厚み方向において重ならないようになっている。このため、本実施の形態3によれば、実施の形態1に比べて、水平CCD3における水平転送電極間の層間容量を更に低減でき、水平CCD3の消費電力の低減化を更に促進できる。また、転送チャネル3aが形成された領域上において、実施の形態1に比べて、第2水平転送電極40による段差を小さくできるため、第1水平転送電極37及び第2水平転送電極40と遮光膜20とで形成される配線間容量C´´を低減できる。
次に、本実施の形態3における固体撮像装置の製造方法について図18〜図20を用いて説明する。図18〜図20は、図13、図14、図16及び図17に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図18(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。同様に、図19(a)〜(f)、図20(a)〜(f)もそれぞれ主な一連の工程を示している。また、図18は図14(a)に示した断面図に対応し、図19は図14(b)に示した断面図に対応し、図20は図17(a)に示した断面図に対応する。なお、図18〜図20においては、導電性の部材(半導体基板を除く)とレジストパターンにのみハッチングを施している。
最初に、半導体基板1に、光電変換部11a(図13参照)、画素分離部11c、転送チャネル2a及び3a(図13及び図16参照)等を形成する。次いで、図18(a)、図19(a)及び図20(a)に示すように、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜5、第1垂直転送電極36、第1水平転送電極37、及び第1層間絶縁膜8を形成する。なお、図18(a)、図19(a)及び図20(a)に示す工程は、実施の形態1において図5(a)、図6(a)及び図7(a)に示した工程と同様に行われる。
次に、図18(b)、図19(b)及び図20(b)に示すように、減圧CVD法を利用して、第1垂直転送電極36及び第1水平転送電極37の上に、ポリシリコン膜等の第2導電膜41を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン42を形成する。
レジストパターン42は、転送チャネル2a及び3aが形成されていない領域上では、画素分離部11c(図13参照)が形成された領域上を除き、第1垂直転送電極36及び第1水平転送電極37の上方の領域がマスクされるように形成される。一方、レジストパターン42は、図19(b)に示すように、画素分離部11cが形成された領域上では、第1垂直転送電極37によって盛り上がった部分の上面の半分がマスクされるように形成される。また、レジストパターン42は、転送チャネル2a及び3aが形成された領域上では、第1垂直転送電極6及び第1水平転送電極7の上方の領域が開口するように形成されている(図18(b)及び図20(b)参照)。
次に、図18(c)、図19(c)及び図20(c)に示すように、レジストパターン42をマスクとして異方性エッチングを行って、第2導電膜41をパターニングする。具体的には、RIE法を実施する。これにより、転送チャネル2a及び3aが形成されていない領域上においては、第1垂直転送電極36及び第1水平転送電極37の上にのみ第2導電膜21が残存することになる(図示せず)。また、転送チャネル2a及び3aが形成された領域上、及び画素分離部11cが形成された領域上においては、第1垂直転送電極36又は第1水平転送電極37の端部と第2導電膜21とが重なった状態となる。RIE法の終了後、レジストパターン42を除去する。
次に、図18(d)、図19(d)及び図20(d)に示すように、フォトリソグラフィー法を実施して、レジストパターン43を形成する。レジストパターン43は、垂直CCDの転送チャネル2aが形成された領域上、及び画素分離部11cが形成された領域上においては、第2導電膜41における、第1層間絶縁膜8(第1垂直転送電極6)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分が開口されるように形成されている(図18(d)及び図19(d))。
また、レジストパターン43は、水平CCDの転送チャネル3aが形成された領域上においては、第2導電膜41における、第1層間絶縁膜8(第1水平転送電極37)と半導体基板1の厚み方向において重なる部分が開口されるように形成されている(図20(d))。
次いで、レジストパターン43をマスクとして等方性エッチングを行う。このとき、第2導電膜41のエッチングは、レジストパターン43の開口部の下方だけでなく、横にも進行するため、第2導電膜21の上面は、第1層間絶縁膜8の上面と略一致するようになる。そして、レジストパターン43を除去する。この結果、図18(e)、図19(e)及び図20(e)に示すように第2垂直転送電極9と第2水平転送電極10とが同時に形成される。
その後、図18(f)、図19(f)及び図20(f)に示すように、第2層間絶縁膜12、第3層間絶縁膜15、コンタクトホール14a、14b、19a、19b、遮光膜13を形成する。また、図示していないが、コンタクトホール18a及び18b、垂直バスライン配線16a〜16d、水平バスライン配線17a及び17b、遮光膜20も形成する。これにより、図13、図14、図16及び図17に示した固体撮像装置が得られる。
このように、本実施の形態3における固体撮像装置の製造方法においても、実施の形態1及び2と同様に、従来例2のようにCMP法を実施しないで、第1垂直転送電極36に重なる第2垂直転送電極39の端部と、第1水平転送電極37に重なる第2水平転送電極40の端部とを除去できる。このため、従来例2のように、第1垂直転送電極36及び第1水平転送電極37のパターンの粗密によって、第2導電膜41の厚みがばらつくのを抑制でき、膜厚の安定した第2垂直転送電極39及び第2水平転送電極40を得ることができる。よって、本実施の形態3においても、第2垂直転送電極39及び第2水平転送電極40における抵抗バラツキが大きくなって、消費電力が増加するのを抑制できる。
また、本実施の形態3における固体撮像装置の製造方法によれば、等方性エッチングを行うため、画素分離11cが形成された領域上において、背景技術において図38(b)に示したエッチング残り224が形成されるのも抑制できる。よって、エッチング残りを原因として、垂直転送電極間のショートや、画像の黒キズなどが発生するのを回避できる。
なお、本実施の形態3においては、実施の形態1と同様に、異方性エッチングを実施した後に等方性エッチングを実施しているが、これに限定されるものではない。本実施の形態3においても、実施の形態2と同様に、等方性エッチングを実施した後に異方性エッチングを実施しても良い。この場合、第2垂直転送電極39及び第2水平転送電極40の平坦化を促進することができる。
また、本実施の形態3においても、垂直CCD2及び水平CCD3の両方において、第1転送電極と第2転送電極とが半導体基板1の厚み方向において重ならないようになっているが、これに限定されるものではない。垂直CCD及び水平CCDのどちらか一方においてのみ、第1転送電極と第2転送電極とが半導体基板の厚み方向において重ならないようになった態様であっても良い。
例えば、第1垂直転送電極36に接続するコンタクトホール14aの形成を容易することのみを目的とするならば、第1垂直転送電極36と第2垂直転送電極39との重なりだけを除去すれば良い。また、水平CCD3の消費電力の低減のみを目的とする場合は、第1水平転送電極37と第2水平転送電極40との重なりだけを除去すれば良い。このような両態様は必要に応じてそれぞれ独立に選択できる。
本発明によれば、消費電力が少なく、又配線設計の自由度の高い固体撮像装置を得ることができる。この固体撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等への適用に有用であり、産業上の利用可能性を備えている。
図1は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図である。 図2は、図1に示す垂直CCD及び垂直バスライン部を切断して得られた断面図であり、図2(a)は切断線A−A´に沿った断面図、図2(b)は切断線B−B´に沿った断面図、図2(c)は切断線C−C´に沿った断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の水平CCD及び水平バスライン部の構成を示す平面図である。 図3に示す水平CCD及び水平バスライン部を切断して得られた断面図であり、図4(a)は切断線D−D´に沿った断面図、図4(b)は切断線E−E´に沿った断面図である。 図1〜図4に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図5(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図1〜図4に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図6(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図1〜図4に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図7(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 実施の形態2における固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図8(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 実施の形態2における固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図9(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 実施の形態2における固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図10(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 実施の形態1において図5(d)に示した工程を詳細に示す断面図であり、図11(a)及び(b)は等方性エッチングの前後をそれぞれ示している。 実施の形態2において図6(b)に示した工程を詳細に示す断面図であり、図12(a)及び(b)は等方性エッチングの前後をそれぞれ示している。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図である。 図13に示す垂直CCD及び垂直バスライン部を切断して得られた断面図であり、図14(a)は切断線F−F´に沿った断面図、図14(b)は切断線G−G´に沿った断面図、図14(c)は切断線H−H´に沿った断面図である。 実施の形態1及び実施の形態2における画素分離部の断面構造を示す断面図であり、図15(a)は実施の形態1の固体撮像装置の画素分離部の断面構造を示す断面図、図15(b)は実施の形態2の固体撮像装置の画素分離部の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の水平CCD及び水平バスライン部の構成を示す平面図である。 図16に示す水平CCD及び水平バスライン部を切断して得られた断面図であり、図16(a)は切断線I−I´に沿った断面図、図16(b)は切断線J−J´に沿った断面図である。 図13、図14、図16及び図17に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図18(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図13、図14、図16及び図17に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図19(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図13、図14、図16及び図17に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図20(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の全体構成を概略的に示す構成図である。 図21に示す固体撮像装置の画素の構成を拡大して示す構成図であり、図22(a)は遮光膜より下層を示し、図22(b)は遮光膜が設けられた状態を示している。 図21に示す固体撮像装置の垂直CCD及び垂直バスライン部の構成を示す平面図であり、図21中の破線で囲まれた領域Xに対応している。 図23に示す構成を切断して得られた断面図であり、図24(a)は切断線Q−Q´に沿った断面図、図24(b)は切断線R−R´に沿った断面図、図24(c)は切断線S−S´に沿った断面図である。 図21に示す固体撮像装置の水平転送電極、水平バスライン部の構成を具体的に示す平面図である。 図25に示す構成を切断して得られた断面図であり、図26(a)は切断線T−T´に沿った断面図、図26(b)は切断線U−U´に沿った断面図である。 図21〜図26に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図27(a)〜(d)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図21〜図26に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図28(a)〜(d)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図21〜図26に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図29(a)〜(d)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の他の例における垂直転送電極、垂直バスライン部及び遮光膜の構成を示す平面図である。 図30に示す構成を切断線に沿って切断して得られた断面図であり、図31(a)は切断線V−V´に沿った断面図、図31(b)は切断線W−W´に沿った断面図、図31(c)は切断線X−X´に沿った断面図である。 従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の他の例における水平転送電極、水平バスライン部の構成を示す平面図である。 図32に示す構成を切断線に沿って切断して得られた断面図であり、図33(a)は切断線Y−Y´に沿った断面図、図33(b)は切断線Z−Z´に沿った断面図である。 図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図34(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図35(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法を示す断面図であり、図36(a)〜(f)はそれぞれ主な一連の工程を示している。 図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法における一工程のみを示す断面図であり、図37(a)〜(c)は同一工程中の異なる部位の断面を示している。 図30〜図33に示した固体撮像装置の製造方法における第2垂直転送電極の形成工程を示す断面図であり、図38(a)及び(b)は連続した工程を示している。
符号の説明
1 半導体基板
2 垂直CCD(垂直電荷転送部)
3 水平CCD(水平電荷転送部)
4 画素
5 ゲート絶縁膜
6、36 第1垂直転送電極
7、37 第1水平転送電極
8 第1層間絶縁膜
9、39 第2垂直転送電極
10、40 第2水平転送電極
11 フォトダイオード部
11a 光電変換部
11c 画素分離部
12 第2層間絶縁膜
13、20 遮光膜
14a、14b、18a、18b、19a、19b コンタクトホール
15 第3層間絶縁膜
16 垂直バスライン部
16a〜16d 垂直バスライン配線
17 水平バスライン部
17a、17b 水平バスライン配線
21、41 第2導電膜
22、23、24、25、42、43 レジストパターン

Claims (11)

  1. 信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、
    電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極と、前記第1転送電極及び前記第2転送電極の上に前記転送チャネルを覆うように形成された遮光膜とを備え、
    前記バスライン部は、異なる転送パルスを供給する複数のバスライン配線を有し、前記複数のバスライン配線それぞれは、前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極のうちのいずれかと接続されている固体撮像装置であって、
    前記複数の第1転送電極及び前記複数の第2転送電極は、少なくとも前記バスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第2転送電極が前記第1転送電極の上に位置するように配置され、前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第1転送電極と前記第2転送電極とが隣り合うように配置され、
    前記第2転送電極は、前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、少なくとも、異なる転送パルスが印加される前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記電荷転送部が、前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部であって、
    前記垂直電荷転送部の前記転送チャネルは、垂直方向に沿って複数設けられ、
    前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極及び前記第2転送電極は、前記垂直電荷転送部の前記複数の転送チャネルを横切るように設けられ、
    前記垂直電荷転送部の前記第2転送電極は、前記垂直電荷転送部の前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記垂直電荷転送部の前記遮光膜は、前記垂直電荷転送部の前記複数の転送チャネルそれぞれを個別に覆うように形成され、
    前記遮光膜は、前記転送チャネルが形成された領域上において、コンタクトホールを介して、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極又は前記第2転送電極に接続されている請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記半導体基板に、入射光を信号電荷に変換する光電変換部が更に設けられ、
    前記光電変換部は、前記半導体基板上に、垂直方向及び水平方向に沿ってマトリクス状に複数配置されている請求項1から3のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 前記半導体基板に、垂直方向において互いに隣り合う前記光電変換部を分離する画素分離部が形成されており、
    前記垂直電荷転送部の前記第2転送電極は、前記画素分離部が形成された領域上の部分も、前記垂直電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている請求項4に記載の固体撮像装置。
  6. 前記電荷転送部が、前記信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部であって、
    前記水平電荷転送部の前記転送チャネルは、水平方向に沿って設けられ、
    前記水平電荷転送部の前記第1転送電極及び前記第2転送電極は、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルを横切るように設けられ、
    前記水平電荷転送部の前記第2転送電極は、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、少なくとも、異なる転送パルスが印加される前記水平電荷転送部の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている請求項1に記載の固体撮像装置。
  7. 前記水平電荷転送部の前記第2転送電極は、前記水平電荷転送部の前記転送チャネルが形成された領域上の部分が、異なる転送パルスが印加される前記水平電荷転送部の前記第1転送電極及び同一の転送パルスが印加される前記水平電荷転送の前記第1転送電極に、前記半導体基板の厚み方向において重ならないように形成されている請求項6に記載の固体撮像装置。
  8. 信号電荷を転送する電荷転送部と、電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とが設けられた半導体基板を備え、電荷転送部は、前記半導体基板に形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るように設けられた複数の第1転送電極及び複数の第2転送電極とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
    (a)前記半導体基板に前記転送チャネルを形成する工程と、
    (b)前記半導体基板上に第1導電膜を成膜し、前記第1導電膜をパターニングして前記複数の第1転送電極を形成する工程と、
    (c)前記第1転送電極の周囲に、前記第1転送電極と前記第2転送電極とを絶縁する第1層間絶縁膜を形成する工程と、
    (d)前記第1転送電極及び前記半導体基板を覆うように第2導電膜を成膜する工程と、
    (e)少なくとも前記バスライン部の異なる転送パルスを供給する複数のバスライン配線が形成される領域に前記半導体基板の厚み方向において重なる領域において、前記第1転送電極の上に前記第2導電膜が残存するように前記第2導電膜をパターニングする工程と、
    (f)前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第2導電膜の前記第1層間絶縁膜と前記半導体基板の厚み方向において重なる部分の全部又は一部が開口するようにレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして等方性エッチングを行って、前記第2転送電極を形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記(f)の工程を実施した後に、前記(e)の工程を実施して前記第2転送電極を形成する請求項8に記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記半導体基板に、垂直方向及び水平方向に沿ってマトリクス状配置され、且つ、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部を形成する工程と、
    前記半導体基板に、垂直方向において互いに隣り合う前記光電変換部を分離する画素分離部を形成する工程とを更に有し、
    前記(f)の工程において、前記画素分離部が形成された領域上においても、前記第2導電膜の前記第1層間絶縁膜と前記半導体基板の厚み方向において重なる部分が開口するように前記レジストパターンを形成して、前記等方性エッチングを行う請求項8または9に記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 前記第1転送電極及び前記第2転送電極を覆う第2層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記転送チャネルが形成された領域上において、前記第2層間絶縁膜に、前記第1転送電極又は前記第2転送電極が底面に露出するコンタクトホールを形成する工程と、
    前記コンタクトホール内に導電性材料を充填し、更に、前記第2層間絶縁膜の上に前記導電性材料の膜を形成する工程と、
    前記導電性材料の膜をパターニングして遮光膜を形成する工程とを更に有する請求項8〜10のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
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