JPH01241863A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＣＤによって信号電荷の転送を行う固体撮
像装置とその製造方法に関する。

（従来の技術） ２次元両像の撮像を行うＣＣＤ固体撮像装置は第４図に
そのデバイス構成を示すように、フォトダイオードで発
生した信号電荷を一行分づつ高速で転送する水平ＣＣＤ
と、水平ＣＣＤに比してはるかに低速で信号電荷の転送
を行う垂直ＣＣＤによって構成される。

垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤの転送電極は通常２層の転送電
極層で形成される第３図に示すような断面状態となる。

この第３図より理解できるように従来技術による場合、
第１層の転送電極と第２層の転送電極の層間絶縁膜は垂
直ＣＣＤと水平ＣＣＤで共通しており同じ膜厚となる。

この従来技術によって現在画素数では２０〜４０万画素
、受光部のサイズでは１／２１十〜２／３吋のＣＣｉ）
固体撮像装置が製造されている。

しかし、より多側メそでチップサイズも大きなＣＣＤ固
体撮像装置を実現しようとする場合、例えば１吋フォー
マット１００万画素ＣＣＤのように従来の１／２吋フォ
ーマツ１へ２０万画素ＣＣＤなどに比へてチップサイズ
と画素数がはるかに大きくなる場合には、以下の二つの
問題が顕著になる。

１、　　ＣＣＤ固体撮像装置の転送電極のオーバーラツ
プ長やオーバーラツプ面積の増加に伴って、同し絶縁膜
厚で得られる転送電極間の絶縁破壊電圧が低下する。

２゜　画素数を増やしたことによる信号転送速度の増加
に伴い、同一の転送電極間絶縁膜厚で得られるＣＣＤの
１段当たりの転送効率は減少する。

この事実にも関わらす、水平ＣＣＤの転送段数は増加す
るので１段当たりの転送効率は従来の画素数のＣＣＤに
より向−１−させなくてはならない。

つまり、従来技術によって実現されていたＣ　ＣＤ固体
撮像装置よりはるかに画素数が多くチップ面積も大きい
ＣＣＤ固体撮像装置を、従来と同様に垂直ＣＣＤと水平
ＣＣＤを同一の転送電極層と電極間絶縁層とで形成しよ
うとすれば、信号電荷を高速転送する水平ＣＣＤでは転
送効率が不足し、＝３− しかも面積の大きい垂直ＣＣＤでは転送電極間の絶縁破
壊電圧が低下して信頼性が減少し歩留りも低減する結果
となるのである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、多画素で高解像度の、例えば１００〜５００
万画素クラスのＣＣＤ固体撮像装置を実現しようとする
場合に、画素数を増加させ転送電極間のオーバーラツプ
長やオーバーラツプ面積が増加することに伴って発生す
る転送電極間の絶縁破壊電圧の低下や、画素数の増加に
伴う信号転送速度の増加によって起こる転送効率の低下
を解決すべき問題点とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ＣＣＤの転送電極を３層以上の電極層で構成
し、ＣＣＤ固体撮像装置における水平ＣＣＤのように高
速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極を垂直ＣＣＤのよ
うな低速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極とは別の組
み合わせの電極層の重ね合わせ構造で構成することによ
って高速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極間絶縁層と
低速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極間絶縁層を独立
のものとすることを、前述の問題点を解決する手段とす
る。

さらに、このようなＣＣＤ固体撮像装置を製造する為の
第１の手段として、高速転送を行うＣＣＤ部分を第１ポ
リＳｉ層と第２ポリＳｉ層とで形成し低速電荷転送を行
うＣＣＤ部分を第１ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ層とで形
成する場合において、第１ポリＳｉ層を所定の形状に加
工して後、第１ポリＳｉ層の上部に酸化膜層を形成して
第１ポリＳｉ層と第２ポリＳｉ層の層間酸化膜を形成し
、第１ポリＳｉ層」−の酸化膜を第２ポリＳｉ層のエツ
チング後にも除去せずに残し、第２ポリＳ」層のエツチ
ングの終了後にさらに酸化膜形成工程を追加して第２ポ
リＳｉ層の上部に酸化膜層を形成して第２ポリＳｉ層と
第３ポリＳｉ層の層間酸化膜を形成すると同時に第１ポ
リＳｌ上の酸化膜をさらに厚くして低速電荷転送をおこ
なうＣＣＤの第１ポリＳｉ層と第３ポリＳｉＭの間の層
間酸化膜を形成する。

もしくは、上記のようなＣＣＤ固体撮像装置を製造する
為の第２の手段として、高速転送を行うＣＣＤ部分を第
２ポリＳｉ層と第３ポリＳｉＭとで形成し低速電荷転送
を行うＣＣＤ部分を第１ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ層と
で形成する場合において、第１ポリＳｉ層を所定の形状
に加工し、第１ポリＳｉ層の表面に酸化膜層を形成して
後この酸化膜層を除去せずに残し、第２ポリＳｉ層のエ
ツチングの終了後にさらに酸化膜形成工程を追加して第
２ポリＳｉ層の」一部に酸化膜層を形成して第２ポリＳ
ｉ層と第３ポリＳｉ層の層間酸化膜を形成すると同時に
第１ポリＳｉ上の酸化膜をさらに厚くして低速電荷転送
をおこなうＣＣＤの第３ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ層の
間の層間酸化膜を形成する。

（作　用） 本発明によれば、高速電荷転送を行うＣＣＤ部分の転送
電極間絶縁膜は可能な限り薄く、また、低速の電荷転送
を行い転送電極間のオーバーラツプ長やオーバーラツプ
面積の大きなＣＣＤ部分の転送電極間絶縁膜は十分に厚
い状態とすることが可能である。ＣＣＤの高速動作時の
転送効率を向上させるには、転送電極間の絶Ｂ層の厚さ
を可能な限り減少させることによって転送電極間でのポ
テンシャルポケットの発生を抑制することが有効である
。さらに、転送電極間の絶縁破壊電圧を高めるためには
転送電極間絶縁膜の厚さを厚くすることが効果的である
。

本発明によれば高速の信号電荷転送を行うＣＣＤ部分と
低速の電荷転送を行い転送電極間のオーバーラツプ長や
オーバーラツプ面積が大きな０００部分とをそれぞれ独
立の薄い層間絶縁層と厚い眉間絶縁層によって形成し、
高速の信号電荷転送を行うＣＣＤ部分では高い転送効率
が得、低速の電荷転送を行う転送電極間のオーバーラツ
プ長やオーバーラツプ面積の大きなＣＣＤ部分では転送
電極間絶縁破壊電圧が向」−１もしくは電極間オーバー
ラツプ長の増加に伴う転送電極間絶縁破壊電圧の低下を
防ぐことが可能となる。

また、前述の製造上の手段によってこのような固体撮像
装置を容易に製造することができる。

（実施例） 本発明の第１の実施例を第１図に用いて説明する。

第１図は、信号電荷を高速に転送する必要のある水平Ｃ
ＣＤと水平ＣＣＤに比べはるかに低速で信号を転送する
垂直ＣＣＤの信号電荷を転送する方向での断面を連続的
に現わした図である。

垂直ＣＣＤの部分は第１ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ層と
で構成され、水平ＣＣＤは第１ポリＳｉ層と第２ポリＳ
ｉ層とで形成されている。

水平ＣＣＤを構成する第１ポリＳｉ電極と第２ポリＳｉ
電極との間の転送電極間絶縁膜は垂直ＣＣＤを構成する
第４ポリＳｉ電極と第３ポリＳｉ電極の間の転送電極間
絶縁膜より薄くなっており、水平ＣＣＤが垂直ＣＣＤよ
り高速の電荷転送を行うのに有利になっている。

また、通常は垂直ＣＣＤの部分の方が水平ＣＣＤの部分
より転送電極間のオーバーラツプ長ははるかに大きくな
るため、オーバーラツプ長の小さい水平ＣＣＤの部分に
比へて電極間絶縁破壊電圧が低くなるが、垂直ＣＣＤを
構成する第１ポリＳｉ電極と第３ポリＳｉ電極の間の電
極間絶縁層が厚いので水平ＣＣＤと垂直ＣＣＤの両方で
同等の電極間絶縁破壊電圧を得ることが可能となる。

本発明の特許請求範囲第２項に関わる実施例を第２−ａ
　−ａ図を用いて説明する。

第２−　ａ　−ａ図は第１図と同様に信号電荷を高速に
転送する必要のある水平ＣＣＤと垂直ＣＣＤの信号電荷
を転送する方向での断面製連続的に現わした図であり、
特許請求範囲第」項記載の固体撮像装置を製造する工程
を現わしたものである。

第２−ａ図はＰ型Ｓｉ基板０）の表面にＣＣＤの埋込み
チャネル■と深い電位の埋込みチャネル■、及びゲート
酸化膜０）を形成して後にこの」一部に第１ポリ５ｉＪ
ＩＱ５１を形成し、これを垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤの転
送電極に対応する形状に加工し、さらにこの第１ポリ５
ｉＪｌ（ハ）の表面に水平ＣＣＤの転送電極間に必要と
される最小限度の膜厚の酸化膜（８）を形成した状態で
ある。

これらの上部に第２ポリＳｉ層０を形成し、水平ＣＣＤ
の所定の転送電極の形状に加工すると第２−ｂ図の状態
になる。

ここで、第２ポリＳｉ層を第３ポリＳ」層のエツチング
工程から保護する目的で第２ポリＳｉ層０の表面を覆う
酸化膜を形成すると、この工程と同時に垂直ＣＣＤ部の
第１ポリＳｉ層表面の酸化膜厚も増加して厚い転送電極
間絶縁層（９）が形成される。

第２−　ｃ図は、第２−ｂ図の状態の表面に第３ポリＳ
ｉ層を形成しこれを所定の垂直ＣＣＤ部での転送電極の
形状に加工した状態である。

以−ヒのような工程によって、水平ＣＣＤの転送電極を
第２ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ層とて構成する本発明の
特許請求範囲第１項記載の固体撮像装置を容易に製造す
ることが可能である。

さらに、以上の実施例から容易に拡張することが可能な
ように、水平ＣＣＤの転送電極を第２ポリｓｉＭと第３
ポリＳ〕層とで構成する本発明の特許請求範囲第１項記
載の固体撮像装置も同様の工程によって容易に製造する
ことができる。

また、以上の方法を組み合わせれば高速の信号電荷転送
を行うＣＣＤ部分を、第１ポリＳｉ層と第２ポリＳｉ層
とを重ね合わせた電極構造と第１−ポリＳｉ層と第２ポ
リＳｉ層の重ね合わせた電極構造とを併用して構成する
ことが可能であり、２個以上の水平ＣＣＤを備えた多線
読み出しＣＣＤ固体撮像装置を実現することができる。

第５図はそのようなＣＣＤ固体撮像装置の水平ＣＣＤと
垂直ＣＣＤの信号電荷を転送する方向での断面を連続的
に現わした図であり、信号電荷を高速で転送する水平Ｃ
ＣＤは第１ポリＳｉ層と第２ポリＳｉ層とを重ね合わせ
た電極構造と第１ポリＳｉ層と第２ポリＳｉ層の重ね電
わせた電極構造とを併用して構成し、水平ＣＣＤの転送
電極は薄い層間酸化膜によって絶縁され、垂直ＣＣＤの
転送電極は厚い層間酸化膜によって絶縁される状態とな
っている。

〔発明の効果〕

本発明によって、１００〜５００万画素を有する多画素
でチップサイズも大きな固体撮像装置においても、高い
転送効率を有する高速電荷転送ＣＣＤと十分な電極間絶
縁破壊電圧を有する低速電荷転送ＣＣＤの両方を備えた
ＣＣＤ固体撮像装置が実現できると共に、そのようなＣ
ＣＤを容易に製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一項に基づいて形成された固体撮
像装置の垂直ＣＣＤの断面図と水平ＣＣＤの断面図を信
号電荷が転送される方向に連続的に現わした素子断面図
、第２図は、本発明の第２項にもとづいてＣＣＤを形成
する工程を現わした図、第３図は、従来技術に基づいて
形成したＣＣＤの断面を示す図、第４図は、ＣＣＤ固体
撮像装置の構成に示す図、第５図は、第１ポリＳｉ層と
第２ポリＳｉ層とを重ね合わせた電極構造と第１ポリＳ
ｉ層と第２ポリＳｉ層の重ね合わせた電極構造とを併用
して水平ＣＣＤを構成した場合の実施例である。 １・・Ｐ型Ｓｉ基板　　　　　　　　　２・埋込みチャ
ネル３　深い電位の埋込みチャネル　　４　ゲート酸化
膜５　第１ポリＳｉ層　　　　　　　６　第２ポリ５ｉ
Ｐ７７　第３ポリＳｉ層　　　　　　　　８・・薄い層
間酸化膜９　厚い層間酸化膜　　　　　　　１０　　垂
直ＣＣＤｌｌ・水平ＣＣＤ　　　　　　　　　　１２　
　フォ１ヘダイオード１３・オンチッププリアンプ Φν□　垂直ＣＣＤの第１相転送電極 Φｖ２　　垂直ＣＣＤの第２相転送電極Φｖ３・垂直Ｃ
ＣＤの第３相転送電極 Φｖ４　　垂直ＣＣＤの第３相転送電極Φ１（□　水平
ＣＣｌ）の第１相転送電極Φ１１２　　水平ＣＣＤの第
２相転送電極Φ旧　水平ＣＣＤ間の１〜ランスファーゲ
−１〜代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＣＣＤを信号電荷の転送に用い、信号電荷を高速
   転送する水平ＣＣＤと、前記信号電荷を高速転送するＣ
   ＣＤに比べて低速の信号電荷転送を行なう垂直ＣＣＤを
   有し、異なるクロックパルスを印加する転送電極の間を
   絶縁する為の転送電極間絶縁層を有し、ＣＣＤの転送電
   極を３層以上の電極層で構成する固体撮像装置において
   、高速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極の重ね合わせ
   構造を低速電荷転送を行なうＣＣＤの転送電極とは別の
   組み合わせの電極層で形成することによって高速電荷転
   送を行なうＣＣＤの転送電極間絶縁層と低速電荷転送を
   行なうＣＣＤの転送電極間絶縁層が独立していることを
   特徴とする固体撮像装置。
2. （２）本発明の特許請求の範囲第１項記載のＣＣＤの転
   送電極を３層のポリＳｉ層によって形成し、高速の電荷
   転送を行うＣＣＤの転送電極を第１ポリＳｉ層と第２ポ
   リＳｉ層を重ね併せた電極構造、もしくは第２ポリＳｉ
   層と第３ポリＳｉ層を重ね併せた電極構造、またはその
   両方を併用した電極構造で構成し、低速電荷転送をおこ
   なうＣＣＤの転送電極を第１ポリＳｉ層と第３ポリＳｉ
   層で構成する固体撮像装置の製造方法において、第１ポ
   リＳｉ層の上部に酸化膜層を形成して第１ポリＳｉ層と
   第２ポリＳｉ層の層間酸化膜を形成し、第１ポリＳｉ層
   上部の酸化膜を第２ポリＳｉ層のエッチング後にも除去
   せずに残し、第２ポリＳｉ層のエッチングの終了後にさ
   らに酸化工程を追加して第２ポリＳｉ層の上部に酸化膜
   層を形成する工程によって第２ポリＳｉ層と第３ポリＳ
   ｉ層の層間酸化膜を形成すると共に第１ポリＳｉ層上部
   の酸化膜を厚くしせしめて第１ポリＳｉ層と第３ポリＳ
   ｉ層の層間酸化膜を形成することを特徴とする固体撮像
   装置の製造方法。