JPH03109742A - 電荷転送装置及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層膜（いわゆるＭ
ＯＮＯ３構造）により電荷の転送を行うための転送電極
が形成される電荷転送装置とその製造方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、転送電極が酸化膜を形成した窒化膜上に設け
られる電荷転送装置とその製造方法において、転送電極
以外のゲート電極を窒化膜よりも下層の配線層を用いて
形成することにより、電荷転送装置の信頼性を向上させ
るものである。

〔従来の技術〕

ＣＣＤ固体撮像素子等の電荷転送装置は、複数の層によ
り形成された転送電極を用いて、電荷の転送を行ってい
る。この転送電極は、例えば２屡で形成する場合、１層
目が所定の間隔だけ離間して並列したパターンで形成さ
れ、２層目がそのパターン間を覆いながら並列するパタ
ーンに形成される。１層目の電極を例えばポリシリコン
層で形成した時では、酸化処理することで容易にポリシ
リコン層が酸化膜に被覆される。従って、転送電極間の
ピッチを微細な間隔にする場合に極めて有利とされるＪ ところで、各セル毎のフォトダイオードと電荷転送部（
レジスタ）の間に続み出しゲートが形成されるインター
ライン転送型やフレームインターライン転送型の固体撮
像素子は、従来、その読み出しゲートが転送電極の一部
を延在させる形で形成されていた。しかし、読み出しゲ
ートを単独で制御することで信号が簡素化されるため、
電極を３Ｎ構造とし、第１層目を読み出しゲートのよう
な電極に、第２層目、第３層目を転送電極にする構造に
することが案出されている。

［発明が解決しようとする課題］ このような転送電極を有した電荷転送部の構造として、
酸化膜上に電極を形成したＭＯＳ構造とする例も知られ
るが、ゲート耐圧や膜厚の均−性等の問題から、そのゲ
ート絶縁膜の構造を酸化膜。

窒化膜、酸化膜を積層した所謂ＭＯＮＯ３構造とする例
が知られる。そして、上述のように、読み出しゲートを
単独の層とする場合では、電荷転送部に３層のポリシリ
コン層が順次形成され、パターニングされることになる
。

ところが、シリコン基板上に酸化膜、窒化膜。

酸化膜を積層形成し、その後、３Ｍのポリシリコン層か
らなるゲート電極、転送電極を形成するものでは、その
ゲート絶縁膜の膜厚を均一することが回能となる。

すなわち、３層ポリシリコン層を用いる場合、まず、シ
リコン基板上に酸化膜、窒化膜、酸化膜を順次形成した
後、第１層目のポリシリコン層を被着し、これをパター
ニングする。この時、第４層目のポリシリコン層が除去
される領域では、オーバーエツチングにより、窒化膜上
の酸化膜が多少前られる０次に、第１層目のポリシリコ
ン層を被覆する酸化膜を熱酸化で形成するが、この場合
には、ポリシリコン層上に形成する酸化膜の膜厚が規制
されるため、十分な酸化膜を窒化膜上に回復させること
ができない０次に、転送電極となる第２層目のポリシリ
コン層を被着し、これをパターニングする。この場合、
第２層目のポリシリコン層は凹凸の有る領域に形成され
るため、７０〜１００％程度のオーバーエツチングが必
要とされ、このオーバーエツチングの際に窒化股上の酸
化膜が削られ、さらに窒化膜も削られてしまう。第３層
目のポリシリコン層は、その窒化膜が削られた領域に形
成されるために、結局、第３層目のポリシリコン層の下
部と第２層目のポリシリコン層の下部で、窒化膜の膜厚
が異なることになり、転送電極のポテンシャルが設計値
からずれてしまう等の問題が生ずる。

そこで、本発明は上述の技術的なＩｌ！題に鑑み、窒化
膜の膜厚が異なるような問題を防止し、装置の信鎖性を
向上させるような電荷転送装置及びその製造方法の提供
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明の電荷転送装置は
、多層の配線層をそれぞれパターニングして形成される
転送電極の下部に窒化膜とその窒化膜上に形成される薄
い酸化膜を積層した層が形成される電荷転送装置であっ
て、上記転送電極以外のゲート電極が上記窒化膜より下
層の配線層をパターニングしたものであることを特徴と
している。ここで、多層の配線層とは、例えばポリシリ
コン層等の配線層であり、転送電極以外のゲート電極の
例としては、ＣＣＤ固体撮像素子における読み出しゲー
ト電極やオーバーフローコントロールゲート、或いは固
体撮像素子や遅延素子等における出力回路等の周辺回路
のＭＯ３Ｉ−ランジスタのゲート電極、出力ゲート、プ
リチャージゲート等が挙げられる。なお、窒化膜より下
層とは、窒化膜の形成前に形成される意味である。

次に、上記電荷転送装置を形成するための本発明の電荷
転送装置の製造方法は、半導体基板上に酸化膜を介して
第１層目の配線層を形成し、その第１層目の配線層をパ
ターニングして転送電極以外のゲート電極を形成する工
程と、そのゲート電極上及び上記酸化膜上に窒化膜及び
薄い酸化膜を積層して形成する工程と、上記窒化膜及び
薄い酸化膜上に第２層目の配線層を形成し、その第２層
目の配線層をパターニングする工程と、全面に第３層目
の配線層を形成し、主に第２層目の配線層が除去された
領域にその第３層目の配線層をパターニングして残存さ
せる工程とを有することを特徴とする。

（作用］ 電荷転送装置の構造を窒化膜より下層の配線層（例えば
第１層目のポリシリコン層）を用いて転送電極以外のゲ
ート電極を形成することにより、窒化膜とその上部に形
成される酸化膜は、そのゲート電極のパターニングの際
に削られることがない。逆に、窒化膜上の酸化膜は、窒
化膜の下層にのみ配線層が有る状態で酸化されるために
、十分に酸化することができる。従って、十分に酸化さ
れた状態の酸化膜上で転送電極となる配線Ｍ（例えば第
２層目のポリシリコン層）をパターニングしても、酸化
膜から窒化膜まで削られるようなことはなく、従って、
転送電極の下部でゲート絶縁膜の膜厚がばらつくような
ことはない。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 本実施例は、３層のポリシリコン層より電極が構成され
るインターライン転送型のＣＣＤＣＤ固体素像素子であ
り、撮像部における各画素の読み出しゲートを第１層目
のポリシリコン層で形成した例である。

第１図は本実施例のＣＣＤ固体１最像素子の撮像部の一
部を示す図であり、ｐ型のシリコン基板１上にシリコン
酸化膜２を介して第１層目のポリシリコン層からなる読
み出しゲート電極３が形成されている。ｐ型のシリコン
基板ｌの表面には、読み出しゲート電極３の下部の領域
を挟んでセンサ一部４と埋め込みチャンネル層５がそれ
ぞれｎ型の不純物領域により形成されている。センサ一
部４は、被写体からの光を受光して信号電荷への変換を
行うための領域である。また、埋め込み層チャンネル層
５は、■方向に電荷を転送して行くための層である。こ
こで、読み出しゲート電極３の下部の絶縁膜は、シリコ
ン酸化膜２のみであり、第１層目のポリシリコン層をパ
ターニングして形成された読み出しゲート電極３はＭＯ
Ｓ構造とされる。

上記読み出しゲート電極３は、ポリシリコン層を酸化し
て形成したシリコン酸化膜９に被覆されており、当該読
み出しゲート電極３よりも上部の膜とされるシリコン窒
化膜６と、そのシリコン窒化膜６の表面を酸化して形成
されたシリコン酸化膜７が、上記シリコン酸化膜９の一
部を覆う形状に形成されている。すなわち、読み出しゲ
ート電極３はシリコン窒化膜６よりも下層に形成される
。

このシリコン窒化膜６とシリコン酸化膜７を積層させた
領域の上には、第２層目のポリシリコン層と第３層目の
ポリシリコン層により第１．第２の転送電極８，１０が
形成される。第１の転送電極８は、第２層目のポリシリ
コン層をパターニングして形成され、読み出しゲート電
Ｐｉａ上から埋め込みチャンネル層５上に亘り、シリコ
ン基板１上にシリコン酸化膜２．シリコン窒化膜６．シ
リコン酸化膜７を介して形成される。従って、第１の転
送電極８は、ＭＯＮＯ３構造とされる。この第１の転送
電極８は、電荷転送方向である■方向に互いに離間した
パターンで形成される。また、同様に、第２の転送電極
ＩＯは、第３層目のポリシリコン層をパターニングして
形成され、電荷転送方向であるＶ方向に互いに離間した
パターンで形成される。この第２の転送電極１０は、第
１の転送電極８のパターンの間で臨んだシリコン酸化膜
７上に形成され、各パターンの■方向の端部は、第１の
転送電極８上に重なる。第２の転送電極１０も第１の転
送電極８と同様にシリコン基板ｌ上にシリコン酸化膜２
．シリコン窒化膜６．シリコン酸化膜７を介して形成さ
れる。従って、第２の転送電極１０もＭＯＮＯ３構造と
される。なお、これら第１．第２の転送電極８．１０は
、それぞれ第２層目めポリシリコン層、第３層目のポリ
シリコン層を酸化して形成されたシリコン酸化膜１１．
１２にそれぞれ被覆される。

このような構造のＣＣＤＣＤ固体素像素子読み出しゲー
ト電極３がＭＯ３構造とされ、シリコン窒化膜６．シリ
コン酸化膜７の存在により、第１゜第２の転送電極８．
１０がＭＯＮＯ３構造とされる。このシリコン窒化膜６
．シリコン酸化膜７は、第１層目のポリシリコン層から
なる読み出しゲート電極３の形成後に形成されるため、
第１層目のポリシリコン層のパターニングの際のダメー
ジがなく、特にシリコン酸化膜７は、十分な酸化により
形成される。そして、シリコン酸化膜７は、第２層目の
ポリシリコン層のエツチングの時のみエツチングされ、
シリコン窒化膜６まで削られるような問題は生じない、
このように第１．第２の転送電極８．１０の下部のシリ
コン窒化膜６が削られるような問題が生じないために、
第１．第２の転送電極８．１０は共に等しい膜厚のシリ
コン窒化膜６．シリコン酸化膜７の上部に形成される。

このため、各転送電極８．１０同士でのポテンシャルの
設計値からのずれは未然に防止されることになる。

また、上記シリコン窒化膜６．シリコン酸化膜７は、共
に読み出しゲート電極３上で切断されるが、この切断は
、第１．第２のの転送電極８．１０とセルファラインで
行うことも可能である。従って、素子の微細化を図った
場合に有利である。

また、上記シリコン窒化膜６は、第１層目のポリシリコ
ン層と第２層目のポリシリコン層の間の層間絶縁膜とし
ても機能し、第２層目以上のポリシリコン層のエツチン
グの際の第１層目のポリシリコン層の保護膜としても機
能する。

第２の実施例 本実施例は、周辺回路のＭＯＳ）ランジスタのゲート電
極と、電荷転送部の終端部のプリチャージゲート電極及
び出力ゲート電極が、第１層目のポリシリコン層により
形成され、第２．第３層目のポリシリコン層を用いて転
送電極が形成されるＣＣＤの例である。

その構造は、第２図に示すように、同一の基板を分けて
図示したシリコン基板２１ａ、２１ｂ上に、それぞれ電
荷転送部と周辺回路の各素子を形成している。

電荷転送部側の上記シリコン基板２１ａ上には、シリコ
ン酸化膜２２を介して、プリチャージゲート電極２３及
び出力ゲート電極２４が第１層目のポリシリコン層をパ
ターニングして形成されている。従って、プリチャージ
ゲート電極２３．出力ゲート電極２４はＭＯＳ＋ｌ遣と
される。プリチャージゲート電極２３に隣接したシリコ
ン基板２１ａの表面には、プリチャージドレイン領域２
５が形成され、プリチャージゲート電極２３と出力ゲー
ト電極２４の間の領域には、浮遊拡散領域２６が形成さ
れる。この電荷転送部の埋め込みチャンネル層２７上に
は、シリコン酸化膜２２が形成されているが、さらにシ
リコン窒化膜２８と、そのシリコン窒化膜を酸化して得
られたシリコン酸化膜２９が形成されている。これらシ
リコン窒化膜２８とシリコン酸化膜２９は、埋め込みチ
ャンネル層２７上のシリコン酸化膜２２上に形成され、
出力ゲート電極２４上で終端するパターンに形成される
。

そして、上記埋め込みチャンネル層２７上には、第１の
転送電極３０と第２の転送電極３１が形成される。第１
の転送電極３０は第２層目のポリシリコン層をパターニ
ングして形成され、第２の転送電極３１は第３層目のポ
リシリコン層をパターニングして形成される。これら第
１．第２の転送電極３０．３１は、シリコン酸化膜２２
．シリコン窒化膜２８．シリコン酸化膜２９上に形成さ
れるため、ＭＯＳＯ３構造とされる。そして、特にシリ
コン酸化膜２９がエツチングされるのは、第２層目のポ
リシリコン層である第１の転送電極３０のパターニング
の際のみであることから、シリコン酸化膜２９の下部の
シリコン窒化膜２８までエツチングされるようなことは
ない。なお、各転送電極３０．３１はシリコン酸化膜に
より被覆されるが、第２図中は図示を省略している。

周辺回路側のシリコン基板２Ｉｂ上には、シリコン酸化
膜２２が形成され、そのシリコン酸化膜２２の上部には
出力回路の電解効果型トランジスタのゲート電極３２が
形成されている。このゲート電極３２に隣接したシリコ
ン基板２１ｂの表面には、ソース・ドレイン領域３３．
３３が形成される。この周辺回路における素子は、ゲー
ト電極３２が第１層目のポリシリコン層をパターニング
して形成され、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜２２のみ
であるためにＭＯＳ構造とされる。

このような構造の本実施例のＣＯＤは、第１層目のポリ
シリコン層により、周辺回路の素子のゲート電極３２．
電荷転送部のプリチャージゲート電極２３．出力ゲート
電極２４が形成され、第２層、第３層目のポリシリコン
層を用いて転送電極３０．３１が形成される。この構造
において、シリコン窒化膜２８．シリコン酸化膜２９は
、第１層目のポリシリコン層のパターニング後に形成さ
れるため、シリコン酸化膜２９がエツチングされるのは
、第２層目のポリシリコン層のパターニングの際のみと
なり、シリコン窒化膜２８までもエツチングにより除去
されるような問題は抑えられることになる。

また、第１．第２の転送電極３０．３１は、共に削られ
ていないシリコン窒化膜２８等の上部に形成されるため
、ＭＯＳＯ３構造から転送電極の耐圧や信顧性に優れる
ことになり、ポテンシャルの設計値とのずれ等も防止で
きる。

第３の実施例 本実施例は、第１の実施例の構造のＣＣＤ固体撮像素子
の製造方法の例である。

まず、第３図ａに示すように、単結晶のｐ型のシリコン
基板４１上にシリコン酸化膜４２を形成する０次に、読
み出しゲート電極となる第１層目のポリシリコン層４３
を形成し、この第１層目のポリシリコン層４３を所要の
読み出しゲート電極のパターンにパターニングする０次
いで、この第１層目のポリシリコン層４３を酸化して、
該第１層目のポリシリコン層４３を被覆するシリコン酸
化膜４４を形成する。なお、シリコン酸化膜４４を形成
する代わりに、シリコン酸化膜４２を除去し、ゲート酸
化処理を行っても良い、上記読み出しゲート電極とされ
る第１層目のポリシリコン層４３に隣接したシリコン基
板４１上には、ｎ型の不純物領域４５やｎ“型の不純物
領域４６が形成される。これら不純物領域４５．４６の
形成は、例えばイオン注入法により読み出しゲート電極
とセルファラインで行われる。また、不純物領域４５．
４６の形成は、さらに後の工程で行うことも可能である
。

次に、第３図すに示すように、全面にシリコン窒化膜４
７が形成される。このシリコン窒化膜４７は、例えばＣ
ＶＤ法によって形成され、転送電極のゲート耐圧の向上
のためや、酸化による膜厚の変動防止のために形成され
る０次に、このシリコン窒化１１４７の表面は、酸化さ
れて薄いシリコン酸化膜４８が得られる。この酸化の際
、表面に存在する膜は窒化膜のみであるため、第１層目
のポリシリコン層４３の形成後であっても、制約なく十
分な膜厚の酸化膜の形成が可能である。

次に、全面に第２層目のポリシリコン層４９が形成され
、この第２層目のポリシリコン層４９は、第３図Ｃに示
すように、第１の転送電極のパターンにパターニングさ
れる。この転送電極のパターンは、電荷の転送方向で互
いに間隔を開けながら並ぶ複数の帯状の電極パターンか
らなるものとされる。このパターニングは、表面が凹凸
であるために、オーバーエツチングされることになるが
、先に薄いシリコン酸化膜４８は十分な膜厚になされて
いるために、シリコン窒化膜４７までも削られてしまう
ようなことがない。従って、転送電極の下部の絶縁膜の
膜厚は全体に亘って均一なものにすることが可能である
。このような第２層目のポリシリコン層４９の後、その
第２Ｎ目のポリシリコン層４９が酸化され、該第２Ｎ目
のポリシリコン層４９の表面に層間絶縁膜としてのシリ
コン酸化膜５０が形成される。また、同時に、その酸化
によって、シリコン窒化膜４７上のシリコン酸化膜４８
も再び形成されることになる。

次に、第′３図ｄに示すように、第３層目のポリシリコ
ン層５１が形成され、この第３層目のポリシリコンＪｉ
５１がパターニングされる。この第３層目のポリシリコ
ン層５１のパターンは、第２層目のポリシリコン層４９
の帯状パターンの間の領域を覆うパターンであって、転
送方向においては、第２層目のポリシリコン層４９の端
部上に第３層目のポリシリコン層５１が一部重複する。

この第３層目のポリシリコン層５１も第２層目のポリシ
リコン層４９と同様に、シリコン酸化膜４２．シリコン
窒化膜４７．シリコン酸化膜４８をゲート絶縁膜とし、
従って、転送電極の構造はＭＯＮＯ３構造とされる。

次に、第３層目のポリシリコンＪｉｉ５１を酸化して、
その第３層目のポリシリコン層５１を被覆する酸化膜５
２を形成した後、第３図ｅに示すように、第２層目のポ
リシリコン層４９及び第３Ｎ目のポリシリコン層５１を
マスクとして、薄いシリコン酸化膜４８．シリコン窒化
膜４７を切断する。

これによって、センサ一部として機能する不純物領域４
６上の窒化膜が除去される。以下、一般のプロセスに従
って、アルミ配線層、眉間絶縁膜。

遮光膜等が形成され、ＣＣＤ固体撮像素子が完成する。

このような本実施例のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法で
は、薄いシリコン酸化膜４８は、第２層目のポリシリコ
ン層４９のパターニングの際のみエツチングされるだけ
であり、オーバーエツチングした場合であっても、その
下部のシリコン窒化膜４７まで削られることが防止され
る。このため、転送電極を構成する第２層目、第３層目
のポリシリコン層４９．５１の下部のシリコン窒化膜４
７は電荷転送部全体に亘って均一の膜厚となり、電荷転
送の信Ｈ性を高くすることができる。

また、転送電極がＭＯＮＯ３構造となるために、ゲート
耐圧が確保されることになる。

〔発明の効果〕 本発明の電荷転送装置及びその製造方法では、転送電極
以外のゲート電極が、窒化膜より下層の配線層を加工し
て形成されるため、窒化膜上に酸化膜を形成し、その上
部に多層の転送電極を形成する場合に、その酸化膜が転
送電極以外のゲート電極の形成の時のダメージを受けて
いないため、その酸化膜の下部の窒化膜まで削られてし
まうようなことがない、このため、転送電極をゲート絶
縁膜の耐圧を確保できるＭＯＮＯ３構造にすることがで
き、転送電極全体に亘って均一の膜厚のゲート絶縁膜を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電荷転送装置の一例の要部を一部破断
して示す断面斜視図、第２図は本発明の電荷転送装置の
他の一例の要部を示す断面図、第３図ａ〜第３図ｅは本
発明の電荷転送装置の製造方法の一例を説明するための
各々工程断面間である。 １．２１ａ、２１ｂ、４１−シリコン基板２．７，２２
．２９．４２．４８・・・シリコン酸化膜 ３・・・読み出しゲート電極 ６．２８．４７・・・シリコン窒化膜 ８．３０・・・第１の転送電極 １０．３１・・・第２の転送電極 ２３・・・プリチャージゲート電極 ２４・・・出力ゲート電極 ３２・・・ゲート電極 ４３・・・第１層目のポリシリコン層 ４９・・・第１層目のポリシリコン層 ５１・・・第１層目のポリシリコン層 特許出廓人　　　ソニー株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多層の配線層をそれぞれパターニングして形成さ
   れる転送電極の下部に窒化膜とその窒化膜上に形成され
   る薄い酸化膜を積層した層が形成される電荷転送装置に
   おいて、 上記転送電極以外のゲート電極が上記窒化膜より下層の
   配線層をパターニングしたものであることを特徴とする
   電荷転送装置。
2. （２）半導体基板上に酸化膜を介して第１層目の配線層
   を形成し、その第１層目の配線層をパターニングして転
   送電極以外のゲート電極を形成する工程と、 そのゲート電極上及び上記酸化膜上に窒化膜及び薄い酸
   化膜を積層して形成する工程と、 上記窒化膜及び薄い酸化膜上に第２層目の配線層を形成
   し、その第２層目の配線層をパターニングする工程と、 全面に第３層目の配線層を形成し、主に第２層目の配線
   層が除去された領域にその第３層目の配線層をパターニ
   ングして残存させる工程とを有することを特徴とする電
   荷転送装置の製造方法。