JPH025473A

JPH025473A - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JPH025473A
Application number: JP63153503A
Authority: JP
Inventors: Shinji Uke; 真司宇家
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1990-01-10
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2714000B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、信号電荷の転送にＣＣＤを用いた固体撮像装
置に係わり、特に高速駆動に適した固体撮像装置に関す
る。

（従来の技術）近年、撮像管の代わりに半導体受光素子を用い、信号電
荷の転送にＣＣＤ　（電荷結合素子）を用いた固体撮像
装置が開発されている。この装置は、複数の受光素子を
マトリックス状に配置し、これらの受光素子配列に沿っ
てＣＣＤレジスタ（垂直ＣＣＤレジスタ及び水平ＣＣＤ
レジスタ）を配列したものであり、受光素子に蓄積され
た信号電荷をＣＣＤレジスタにより転送し、該レジスタ
から読出される信号を元に画像情報を得るものである。

ところで、この種の撮像装置に用いられるＣＣＤレジス
タは、ＣＣＤチャネル上に複数の転送電極を配置してな
るもので、転送電極に配線電極からタロツクパルスφＨ
を印加することにより駆動される。第７図は従来の固体
撮像装置におけるＣＯＤレジスタ部の構造を示す断面図
である。

図中１はｐ型シリコン基板、２はｎ型領域（ＣＯＤチャ
ネル）、３はゲート酸化膜、４は転送電極、８は層間絶
縁膜、９はコンタクトホール、１０はＡｌ配線電極、１
２はｐ＋型領領域１３はフィールド酸化膜である。

このようなレジスタ部構成において、ＣＣＤレジスタの
転送電極４に対するコンタクトホール９は、ＣＣＤチャ
ネル２のない周辺部で膜厚が０．８〜１μｍの厚い酸化
膜１３の上に形成せざるを得ない。これは、以下の２つ
の理由による。

第１に、ＣＣＤの埋込みチャネルに近接してＬＯＣＯ３
法等の厚い酸化膜を形成する素子分離工程を行うと、厚
い酸化膜の端部に結晶欠陥が発生して白キズの原因とな
る。従って、素子分離のためのフィールド酸化膜は、Ｃ
ＯＤチャネル及び画素を配列した有効領域とは十分に離
して形成しなければならない。第２に、ＣＣＤの埋込み
チャネルの上部で転送電極に対するコンタクトホールを
ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エツチング）等のプラ
ズマを用いた異方性エツチングによって形成すると、こ
の工程によるゲート酸化膜のダメージによって転送電極
からの電荷注入が起こり、画像欠陥が発生する。

以上の２つの理由によって、ＣＣＤレジスタの転送電極
に対するコンタクトホールは、ＣＣＤチャネル更には画
素セルを配置した有効領域の周辺部で、フィールド酸化
膜上に形成せざるを得ない。

そして、このコンタクトホールからＣＣＤチャネル上に
伸びる転送電極の長さは、例えば１インチフォーマット
の高精細テレビジョン用２次元固体撮像装置においては
、１４＋ｕａにも及ぶ。ＣＣＤレジスタの転送電極は通
常、多結晶シリコンによって形成され、幅４μｍで長さ
１４ｉｎの多結晶シリコンの抵抗値は約１０ＯＫΩ以上
となる。この転送電極の抵抗値による印加パルスの遅延
や波形歪みの影響、及び電力消費量は無視できないもの
となる。

特に、信号電荷を高速で転送する水平ＣＣＤレジスタの
部分では、転送電極の負荷抵抗は消費電力を増大させる
大きな要因であり、可能な限り低い負荷抵抗を実現する
ことが大きな課題となっている。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、転送電極に対するコンタクトホールを
フィールド酸化膜上に形成しているため、転送電極の負
荷抵抗が大きくなり、ＣＣＤレジスタを高速駆動できな
い問題があった。また、転送電極の負荷抵抗を小さくす
るためコンタクトホールをＣＣＤレジスタのチャネル上
に形成すると、コンタクトホール形成時に転送電極下の
ゲート酸化膜にダメージが生じ、画像欠陥を招く問題が
あった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、コンタクトホール形成による転送電
極下のゲート酸化膜へのダメージを低減することができ
、且つ転送電極の負荷抵抗を低減することができ、高速
駆動に適した固体撮像装置及びその製造方法を提供する
ことにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、転送電極上にバッファ電極を形成する
ことにより、コンタクトホール形成時における転送電極
下のゲート酸化膜のダメージを軽減することにある。

即ち本発明は、半導体基板上に形成された複数の受光素
子と、これらの受光素子に蓄積された信号電荷を転送す
るＣＣＤレジスタと、該ＣＣＤレジスタの転送電極にク
ロックパルスを印加する配線電極と、転送電極と配線電
極との間に介在されこれらの電極を電気的に接続するた
めのコンタクトホールが形成された層間絶縁膜とを備え
た固体撮像装置において、前記転送電極上にバッファ電
極を設け、且つ前記転送電極と配線電極とを接続するた
めのコンタクトホールを前記ＣＣＤレジスタのチャネル
上に設けるようにしたものである。

また本発明は、上記構成の固体撮像装置の製造方法にお
いて、前記ＣＣＤレジスタの転送電極を形成した後、全
面に薄い第１の絶縁膜を形成し、次いでこの第１の絶縁
膜の前記ＣＣＤレジスタのチャネル上で且つ前記転送電
極上に位置する部位に第１のコンタクトホールを形成し
、次いで前記第１の絶縁膜上及び第１のコンタクトホー
ル内にバッファ電極を形成し、次いで全面に厚い第２の
絶縁膜を形成し、次いでこの第２の絶縁膜の前記ＣＣＤ
チャネル上で且つ前記バッファ電極上に位置する部位に
第２のコンタクトホールを形成し、しかるのち前記第２
の絶縁膜上及び第２のコンタクトホール内に配線電極を
形成するようにした方法である。

（作　用）本発明によれば、転送電極の上部に他の電極層や絶縁層
を積み重ねることによって、転送電極に対するコンタク
トホール（第２のコンタクトホール）の形成工程による
転送電極下のゲート酸化膜のダメージを軽減することが
できる。また、バッファ電極と転送電極間のバッファ絶
縁膜（第１の絶縁膜）を３０００Å以下と薄く形成し、
これにウェットエツチングでコンタクトホール（第１の
コンタクトホール）を形成すれば、該コンタクトホール
形成によるダメージをなくすことができる。

従って、ＣＣＤレジスタのチャネル上にコンタクトホー
ルを形成するにも拘らず、転送電極下のゲート酸化膜に
対するダメージを低減することができ、画像欠陥を招く
ことなしに転送電極の負荷抵抗を低減することが可能と
なる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装置の
ＣＣＤレジスタ部の構成を示す断面図である。ｐ型シリ
コン基板１の表面にｎ型ＣＣＤ埋込みチャネル２が形成
され、基板１上にはゲート酸化膜３を介して多結晶シリ
コンからなる転送電極４が形成されている。また、ＣＣ
Ｄチャネル２の周辺部にはフィールド酸化膜１３が形成
され、この酸化膜１３の下にはｐ＋型領領域１２形成さ
れている。

ここまでの構成は従来装置と同様であり、本実施例がこ
れと異なる点は、バッファ電極及びバッファ絶縁膜を設
けたことにある。即ち、転送電極４及びフィールド酸化
膜１３を上には、第１の絶縁膜として厚さ２０００人の
バッファ絶縁膜（ＳｉＯ□）５が設けられ、この絶縁膜
５の一部には第１のコンタクトホール６が形成されてい
る。

また、絶縁膜５上及びコンタクトホール６内には多結晶
シリコンからなる厚さ４ｏｏｏ人のバッファ電極７が形
成されている。そして、バッファ電極７及び絶縁膜５上
に、従来と同様に第２の絶縁膜としての層間絶縁膜（Ｓ
ｉ０２）８及び配線電極１０が設けられている。なお、
層間絶縁膜８に形成する第２のコンタクトホール９はフ
ィールド酸化膜１３上ではなく、ＣＯＤチャネル２上に
形成されるものとなっている。

第２図は本実施例装置の製造工程を示す断面図である。

まず、第２図（ａ）に示す如く、ｎ型ＣＣＤ埋込みチャ
ネル２．ゲート酸化膜３．ｐ＋領域１２及びフィールド
酸化膜１３が形成されたｐ型シリコン基板１上に、多結
晶シリコンからなる厚さ４０００人の転送電極４を形成
する。この転送電極４は、ＣＣＤチャネル方向と直交す
る方向に両端部がフィールド酸化膜１３の上に僅かに重
なるように配置し、且つＣＣＤチャネル方向に沿って複
数個配列する。続いて、全面に厚さ２０００人のバッフ
ァ絶縁膜５を形成し、例えばＮＨ４Ｆを用いて絶縁膜５
のチャネル上にコンタクトホール６を形成する。このと
き、絶縁膜５が薄いので、ＮＨ４Ｆを用いたウェットエ
ツチングでも十分にコンタクトホール６を形成すること
ができ、さらに転送電極４下のゲート酸化膜３にダメー
ジを与えることはなかった。

次いで、第２図（ｂ）に示す如く、全面に多結晶シリコ
ンからなる厚さ４０００人のバッファ電極７を形成し、
このバッファ電極７を一部エッチング除去し、該電極７
をＣＣＤチャネル２上に残す。このバッファ電極７を形
成することが本実施例の特徴である。

次いで、全面に厚さ　１．５μｍの層間絶縁膜８を形成
し、この絶縁膜８の一部にコンタクトホール９を形成す
る。ここで、コンタクトホール９は、ＣＣＤチャネル上
に複数個設けた。このコンタクトホール９の形成にはＲ
ＩＥ等のドライエツチングを用いたが、転送電極４上に
バッファ電極７が存在することから、該エツチングによ
るゲート酸化膜３へのダメージは極めて小さいものであ
った。

これ以降は、配線電極１０としてのＡ、９等を堆積形成
し、続いてこれを所望パターンに選択エツチングするこ
とによって、前記第１図に示す構造が実現されることに
なる。

なお、第１図に示すＣＣＤレジスタは水平ＣＣＤレジス
タであり、シリコン基板１上にはフォトダイオード等の
受光素子（図示せず）がマトリックス状に配列されると
共に、該受光素子配列に沿って垂直ＣＣＤレジスタ（図
示せず）が配列形成されている。そして、受光素子に蓄
積された信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタにより垂直方向
に転送して水平ＣＣＤレジスタに供給し、水平ＣＣＤレ
ジスタにより１ライン毎の信号電荷を水平方向に転送し
て読出すことにより画像情報を得るものとなっている。

また、配線電極は第３図に平面図を示す如く、ＣＯＤチ
ャネル２を挟んで両側に平行配置し、それぞれの電極１
０．１０’から櫛羽上にＣＣＤチャネル２上に一部延ば
し、ＣＣＤチャネル２上のコンタクトホール９，９′で
配線電極１０．１０’と転送電極４．４′との電気的接
続を行った。なお、この実施例では転送電極は２相駆動
としている。さらに、配線電極１０．１０’の配置例と
して、第４図に示す如く、該電極１０．１０’をＣＣＤ
チャネル２上に設けるようにしてもよい。

この場合、層間絶縁膜８に形成するコンタクトホール９
，９′を、接続すべき配線電極１０．１０’に合わせて
該電極１０．１０’の下に設ければよい。

このように本実施例によれば、転送電極４の上にバッフ
ァ電極７を設け、転送電極４と配線電極１０との電気的
接続のためのコンタクトホール９をＣＣＤチャネル２上
に設けているので、転送電極４の負荷抵抗を大幅に低減
することができる。

さらに、ＣＣＤチャネル２上にコンタクトホール９を形
成しているが、転送電極４の上にバッファ電極７が存在
することから、このコンタクトホール形成の際にゲート
酸化膜３に与えるダメージを軽減することができ、画像
欠陥の発生を防止することができる。また、転送電極４
と配線電極１０とのコンタクトをＣＣＤチャネル２上で
とることから、フィールド酸化膜１３上に転送電極４を
長く延長する必要がなくなり、これにより転送電極４の
負荷容量を低減することもできる。

従って、転送電極４における電力消費量の低減及び駆動
パルスの遅延や歪み等の低減をはかることができ、信号
電荷の転送効率を向上させて高速駆動が可能となる。こ
れにより、例えば２０００万画素上の画素数が必要とさ
れる１インチフォーマットの高精細テレビジョン用固体
撮像装置を実現する場合には、水平ＣＣＤレジスタにお
ける十分な転送効率を確保した上で、消費電力の大幅な
低減が達成される。

第５図は本発明の第２の実施例の要部構成を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。この実施例が先に説明し
た実施例と異なる点は、第１のコンタクトホール６の形
成に際し、後に形成する第２のコンタクトホール９の下
になる部分にバッファ絶縁膜５を残す構造としたことに
ある。

このような構成であれば、先の第１の実施例に比べて絶
縁膜５の膜厚分だけ、コンタクトホール９からゲート酸
化膜３までの距離が長くなり、ゲート酸化膜３に対する
ダメージをより軽減することができる。

第６図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す断面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。この実施例は、先の第２
の実施例に加え、第２のコンタクトホール９を形成する
部分の下部にバッファ電極１０とは別のバッファ電極１
１を追加した構造としたものである。このような構成で
あれば、先の第２の実施例に比べて、バッファ電極１１
の膜厚分だけゲート酸化膜３に対するダメージをさらに
小さくすることができる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。例えば、第１の絶縁膜の膜厚は２０
００人に限るものではなく、ＮＨ４Ｆ等の溶液エツチン
グで選択エツチングできる厚さであればよく、−殻内に
は３０００Å以下であればよい。同様にバッファ電極の
膜厚も４０００人に何等限定されるものではなく、仕様
に応じて適宜変更可能である。また、転送電極は２相駆
動に何等限定されるものではなく、３相駆動や４相駆動
に適用することが可能である。

また、前記バッファ電極７に対するコンタクトホール６
を形成する部分の第１の絶縁膜５とバッファ電極７との
間に、バッファ電極７が接続される転送電極４とは異な
る転送電極を形成するようにしてもよい。この場合、第
３図の構造と略等しい断面構造となり、第３図の構造と
異なるのは、バッファ電極１１に対応する部分がＣＯＤ
の転送電極の一部となることである。そして、バッファ
電極１１形成のために新たな電極層の追加を必要としな
いので、第３の実施例に比べて形成工程を短縮すること
が可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、ＣＯＤレジスタの
転送電極上にバッファ電極を設けることにより、転送電
極と配線電極とを電気的に接続するためのコンタクトホ
ールを、画像欠陥や暗電流を増加させずにＣＣＤチャネ
ルの上に形成することが可能となる。従って、転送電極
における負荷抵抗及び負荷容量が低減されることになり
、ＣＯＤレジスタ駆動に要する電力の消費を大幅に低減
することができる。また、転送電極に印加される駆動パ
ルスの遅延や歪みが軽減できるため、信号電荷の転送効
率が向上し、より高速の駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる固体撮像装置の
ＣＯＤレジスタ部構成を示す断面図、第２図は上記実施
例装置の製造工程を示す断面図、第３図は上記実施例装
置のＣＯＤレジスタ部構成を示す平面図、第４図はＣＣ
Ｄレジスタ部構成の変形例を示す平面図、第５図は本発
明の第２の実施例の要部構成を示す断面図、第６図は本
発明の第３の実施例の要部構成を示す断面図、第７図は
従来装置の要部構成を示す断面図である。１・・・ｐ型シリコン基板、２・・・ｎ型領域（ＣＣＤ
埋込みチャネル）、３・・・ゲート酸化膜、４・・・転
送電極、５・・・バッファ絶縁膜（第１の絶縁膜）、６
・・・第１のコンタクトホール、７．１１・・・バッフ
ァ電極、８・・・層間絶縁膜（第２の絶縁Ｍ）９・・・
第２のコンタクトホール、１０・・・配線電極、１２・
・・ｐや型領域、１３・・・フィールド酸化膜。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図（ａ）（ｃ）第２図第第図図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に形成された複数の受光素子と、こ
れらの受光素子に蓄積された信号電荷を転送するＣＣＤ
レジスタと、該ＣＣＤレジスタの転送電極にクロックパ
ルスを印加する配線電極と、転送電極と配線電極との間
に介在されこれらの電極を電気的に接続するためのコン
タクトホールが形成された層間絶縁膜とを備えた固体撮
像装置において、前記転送電極上にバッファ電極を設け、且つ前記転送電
極と配線電極とを接続するためのコンタクトホールを前
記ＣＣＤレジスタのチャネル上に設けてなることを特徴
とする固体撮像装置。
（２）半導体基板上に形成された複数の受光素子と、こ
れらの受光素子に蓄積された信号電荷を転送するＣＣＤ
レジスタと、該ＣＣＤレジスタの転送電極にクロックパ
ルスを印加する配線電極とを備えた固体撮像装置の製造
方法において、前記ＣＣＤレジスタの転送電極を形成したのち全面に第
１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜の前記
ＣＣＤレジスタのチャネル上で且つ前記転送電極上に位
置する部位に第１のコンタクトホールを形成する工程と
、前記第１の絶縁膜上及び第１のコンタクトホール内に
バッファ電極を形成する工程と、次いで全面に第２の絶
縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜の前記ＣＣＤ
レジスタのチャネル上で且つ前記バッファ電極上に位置
する部位に第２のコンタクトホールを形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上及び第２のコンタクトホール内に配
線電極を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮
像装置の製造方法。
（３）前記第１の絶縁膜を前記第２の絶縁膜に対して薄
く形成し、前記第１のコンタクトホールをウェットエッ
チングにより形成し、前記第２のコンタクトホールをド
ライエッチングにより形成したことを特徴とする請求項
２記載の固体撮像装置の製造方法。
（４）前記第２のコンタクトホールを、前記第１のコン
タクトホールの位置とずらして形成したことを特徴とす
る請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。