JP5428491B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
CCD型固体撮像素子の概要を図10の平面ブロック図に示す。
図10に示すように、半導体基板111に、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部112が、例えばフォトダイオードで形成されている。この光電変換部112の一方側には、光電変換部112から信号電荷を受け取って垂直方向に転送する垂直転送部113が設けられており、各垂直転送部113の出力端には、各垂直転送部113から信号電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送部114が設けられている。さらに、上記水平転送部114の出力端には、上記水平転送部114から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力する出力部115が備えられている。
そして、図11(2)に示すように、化学的機械研磨によって絶縁膜141上の余剰な金属材料151を研磨したとき、パターンの面積率に依存して研磨特性が異なる。このため、図11(3)に示すように、面積率が大きな箇所の転送電極132の表面にエロージョンが発生する。そのため、垂直転送部の転送電極131表面と比較して水平転送部の転送電極132表面に大きな段差を生じてしまう。
また、電極間絶縁膜を介して第1転送電極と第2転送電極とが分割されているが、第1転送電極と第2転送電極を同電位としているため、分割された第1転送電極と第2転送電極は一つの転送電極として動作する。
[固体撮像装置の構成の第1例]
本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第1例を、図1の概略平面レイアウト図および水平転送部の概略構成断面図によって説明する。
また上記半導体基板11には、各列方向の上記光電変換部12から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部13が設けられている。
また上記半導体基板11には、上記各垂直転送部13から出力された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部14が設けられている。さらに、上記水平転送部14の出力端には、上記水平転送部14から転送されてきた信号電荷を電圧に変換して出力する出力部15が備えられている。
上記水平転送部14は以下のような構成となっている。
例えば、上記第1電荷転送路21は、例えば、ドーパントにN型不純物のヒ素(As)を用い、注入エネルギーを170keV、ドーズ量を2.94×1012ions/cm2としたイオン注入により形成されたものである。この注入条件は一例であって、適宜選択することができる。
また、上記第2電荷転送路22は、上記第1電荷転送路21が形成された領域にP型の不純物をイオン注入して形成したものである。例えば、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを43keV、ドーズ量を7.5×1011ions/cm2としたイオン注入により形成されたものである。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。
上記ゲート絶縁膜30は、通常の転送電極下に形成されるゲート絶縁膜材料を用いることができる。ここでは、一例として、酸化シリコン膜で形成されている。
上記第1転送電極31および上記第2転送電極32は、ともに例えば金属電極で形成されている。ここでは、金属電極とは、金属単体、合金の他に、金属化合物も金属電極とする。
上記金属電極材料としては、低抵抗かつ遮光性を有するものが望ましい。ここでは、タングステン(W)を用いた。また、タングステン以外の材料の一例として、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、バナジウム(V)、白金(Pt)、金(Au)、銅(Cu)等の金属を用いることができる。もしくは上記金属の窒化物、上記金属のシリサイド物、上記金属のうちから選択される合金、またこれらの材料を2層以上に積層する構造であっても良い。
上記説明したように固体撮像装置1(1A)は形成されている。
このような構成では、転送電極131にLowレベルとHighレベルの電圧を順次印加することで、電荷転送路20に階段状のポテンシャルを発生させ、電荷転送路20にそって信号電荷(例えばエレクトロン)を矢印方向に転送することができる。
次に、本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第2例を、前記図1(1)および図3の概略構成断面図によって説明する。
また上記半導体基板11には、各列方向の上記光電変換部12から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部13が設けられている。
また上記半導体基板11には、上記各垂直転送部13から出力された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部14が設けられている。上記水平転送部14は以下のような構成となっている。
例えば、上記第1電荷転送路21は、例えば、ドーパントにN型不純物のヒ素(As)を用い、注入エネルギーを170keV、ドーズ量を2.94×1012ions/cm2としたイオン注入後に、P型不純物のホウ素(B)を用い、注入エネルギーを45keV、ドーズ量を2.1×1011ions/cm2としたイオン注入により形成されたものである。この注入条件は一例であって、適宜選択することができる。
また、上記第2電荷転送路22は、上記第1電荷転送路21が形成された領域にP型の不純物をイオン注入して形成したものである。例えば、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを45keV、ドーズ量を4.2×1011ions/cm2としたイオン注入により形成されたものである。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。
また、上記第3電荷転送路23は、上記第1電荷転送路21が形成された領域にP型の不純物をイオン注入して形成したものである。例えば、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを43keV、ドーズ量を6.3×1011ions/cm2としたイオン注入により形成されたものである。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。
上記ゲート絶縁膜30は、通常の転送電極下に形成されるゲート絶縁膜材料を用いることができる。ここでは、一例として、酸化シリコン膜で形成されている。
上記第1転送電極31、第2転送電極32および第3転送電極33は、ともに例えば金属電極で形成されている。ここでは、金属電極とは、金属単体、合金の他に、金属化合物も金属電極とする。
上記金属電極材料としては、低抵抗かつ遮光性を有するものが望ましい。ここでは、タングステン(W)を用いた。また、タングステン以外の材料の一例として、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、ロジウム(Rh)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、バナジウム(V)、白金(Pt)、金(Au)、銅(Cu)等の金属を用いることができる。もしくは上記金属の窒化物、上記金属のシリサイド物、上記金属のうちから選択される合金、またこれらの材料を2層以上に積層する構造であっても良い。
上記説明したように固体撮像装置1(1B)は形成されている。
[固体撮像装置の製造方法の第1例]
次に、本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第1例を、図6〜図7の製造工程断面図によって説明する。図6〜図7では、固体撮像装置の水平転送部の製造方法を示す。なお、水平転送部以外の例えば光電変換部、水平転送部、周辺回路部等は、従来の製造方法と同様である。また、水平転送部は垂直転送部と同時形成することも可能である。
例えば、上記半導体基板11上に水平転送部が形成される領域に開口部を設けたレジストマスク(図示せず)を形成し、第1電荷転送路21を形成するイオン注入を行なう。このイオン注入は、例えば、ドーパントにN型不純物のヒ素(As)を用い、注入エネルギーを170keV、ドーズ量を2.94×1012ions/cm2とする。この注入条件は一例であって、適宜選択することができる。
その後、上記レジストマスクを除去する。そして新たに、第2電荷転送路を形成する領域上に開口部を設けたレジストマスク(図示せず)を形成する。このレジストマスクを用いたイオン注入法によって、上記第1電荷転送路21にP型の不純物をイオン注入して第2電荷転送路22を形成する。
上記第2電荷転送路22を形成するイオン注入条件は、一例として、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを43keV、ドーズ量を7.5×1011ions/cm2とする。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。
このようにして、上記電荷転送路20に、電荷転送方向にそったポテンシャル準位を形成する。
次に、上記第1電荷転送路21上および上記第2電荷転送路22上のそれぞれに上記ゲート絶縁膜30を介して、かつ上記第1電荷転送路21と上記第2電荷転送路22との間上に隙間を設けてダミー電極パターン61を形成する。このダミー電極パターン61は、通常のパターン形成方法と同様に、例えばポリシリコン膜を成膜した後、リソグラフィー技術とエッチング(例えばドライエッチング)技術によってパターニングして形成される。
さらに、隣接する上記ダミー電極パターン61間の上記隙間に電極間絶縁膜41で埋め込む。このとき、上記電極間絶縁膜41によって、上記ダミー電極パターン61も埋め込まれる。そこで、例えば化学的機械研磨によって、上記ダミー電極パターン61の表面を露出させる。
また、電極間絶縁膜41を介して第1転送電極31と第2転送電極32とが分割されているが、第1転送電極31と第2転送電極32を配線35によって接続することで同電位としている。このため、分割された第1転送電極31と第2転送電極32は一つの転送電極として動作することが可能になる。
次に、本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を、図8の製造工程断面図によって説明する。
上記第2電荷転送路22を形成するイオン注入条件は、一例として、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを45keV、ドーズ量を4.2×1011ions/cm2とする。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。
上記第2電荷転送路23を形成するイオン注入条件は、一例として、P型の不純物にホウ素(B)を用い、注入エネルギーを45keV、ドーズ量を6.3×1011ions/cm2とする。この注入条件は一例であって、先に形成されたN型領域はP型にならないようにして、適宜選択することができる。その後、上記レジストマスクを除去する。
次に、上記第1、第2、第3電荷転送路21、22、23上のそれぞれに上記ゲート絶縁膜30を介して、かつ上記第1、第2、第3電荷転送路22とのそれぞれの間上に隙間を設けてダミー電極パターン61(前記図6(2)参照)を形成する。このダミー電極パターン61は、通常のパターン形成方法と同様に、例えばポリシリコン膜を成膜した後、リソグラフィー技術とエッチング(例えばドライエッチング)技術によってパターニングして形成される。
さらに、隣接する上記ダミー電極パターン61間の上記隙間に電極間絶縁膜41で埋め込む。このとき、上記電極間絶縁膜41によって、上記ダミー電極パターン61も埋め込まれる。そこで、例えば化学的機械研磨によって、上記ダミー電極パターン61の表面を露出させる。
また、電極間絶縁膜41を介して第1転送電極31と第2転送電極32と第3転送電極33とが分割されているが、第1転送電極31と第2転送電極32と第3転送電極33とを配線35によって接続することで同電位としている。このため、分割された第1転送電極31と第2転送電極32と第3転送電極33とは一つの転送電極として動作することが可能になる。
次に、本発明の固体撮像装置が適用される撮像装置の構成の一例を、図9のブロック図によって説明する。この撮像装置は、本発明の固体撮像装置を用いたものである。
Claims (3)
- 半導体基板に第1電荷転送路と該第1電荷転送路よりも不純物濃度が低い第2電荷転送路を交互に形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記第1電荷転送路上および前記第2電荷転送路上のそれぞれに前記ゲート絶縁膜を介して、かつ前記第1電荷転送路と前記第2電荷転送路との間上に隙間を設けてダミー電極パターンを形成する工程と、
隣接する前記ダミー電極パターン間の前記隙間に電極間絶縁膜で埋め込む工程と、
前記各ダミー電極パターンの表面を露出させた後、前記各ダミー電極パターンを除去して電極形成溝を形成する工程と、
前記各電極形成溝に導電性材料を埋め込んで化学的機械研磨によって前記電極間絶縁膜上の余剰な導電性材料を除去して、前記電極形成溝内に、固体撮像装置の水平転送部における転送電極を構成する、前記第1電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して形成された第1転送電極と前記第2電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して形成された第2転送電極とを形成する工程と、
前記第1転送電極と前記第2転送電極とを同電位とするために配線で接続する工程と、
を有する、
固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板に、第1電荷転送路と、該第1電荷転送路よりも不純物濃度が低い第2電荷転送路と、該第2電荷転送路よりも不純物濃度が低い第3電荷転送路をこの順で繰り返した状態に形成する工程と、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し、前記第1電荷転送路上、前記第2電荷転送路上および前記第3電荷転送路上のそれぞれに前記ゲート絶縁膜を介して、かつ各電荷転送路間上に隙間を設けてダミー電極パターンを形成する工程と、
隣接する前記ダミー電極パターン間の前記隙間に電極間絶縁膜で埋め込む工程と、
前記各ダミー電極パターンの表面を露出させた後、前記各ダミー電極パターンを除去して電極形成溝を形成する工程と、
前記各電極形成溝に導電性材料を埋め込んで化学的機械研磨によって前記電極間絶縁膜上の余剰な導電性材料を除去して、前記電極形成溝内に、固体撮像装置の水平転送部における転送電極を構成する、前記第1電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して形成された第1転送電極と前記第2電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して形成された第2転送電極と前記第3電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して形成された第3転送電極とを形成する工程と、
前記第1転送電極と前記第2転送電極と前記第3転送電極とを同電位とするために配線で接続する工程と、
を有する、
固体撮像装置の製造方法。 - 前記電極形成溝に前記導電性材料を埋め込む前に前記電極形成溝の内面にバリアメタル層を形成する、
請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
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