JPH0360158A - 固体撮像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、固体撮像装置及びその製造方法に関わり、詳
しくは信号電荷の転送に電荷結合素子（以下ＣＣＤと称
す）を用いた固体撮像装置、特に、高速多段の転送が要
求される高精細固体撮像装置に好適なＣＣＬ）構造及び
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の固体搬像装置及びその製造方法については、特開
昭６３−１９４３５８号に開示されており、以ドこれを
例にとり説明する。

第２図（ａ）に、ＣＣＤを用いた２次元固体撮倣装置の
一例の平面図を示す、この図において、平面上に配置さ
れた受光蓄積部１１ａ、ｌｌｂ。

１１ｃ、・・・・・・で入射光を光電変換して得られた
信号電荷は、垂直ＣＧＤＩＯａ、１０ｂ、１０ｃ。

・・・・・・中を転送されて水平ＣＣＩ）１２に読みだ
され、更に、水平ＣＣＤ１２からアンプ１３に送りこま
れて増幅され、出力信号として取りだされる。

第２図（ｂ）、（ｃ）は、第２図（ａ）の受光蓄積部１
１ｂと垂直ＣＣＤ　１０　ｂの断面の例を、同図のＡＢ
Ｃ線に沿う部分について示したものである。

第２図（ｂ）において、遮光層１４の開口部１６を通っ
た光は、基板６と反対導電型の拡散層により形成された
受光蓄積部１７（ｌｌｂ）において光電変換され、信号
電荷となる。この信号電荷は、垂直ＣＣＵの、読みだし
ゲートとしても兼用される転送型Ｎｉ　３　ａをオンす
ることにより、埋込型のＣＣυ転送チャネル５に読みだ
され、更に転送１１１　＠　３　ａ　ｅ　３ｂ　’　ｖ
　Ｊ　ｃに適切なパルス電圧を加えることにより、ＣＣ
Ｖ転送チャネル５内を順次転送されて行く、ここで、第
２Ｌ！！Ｉ中、４はゲート絶縁膜を、１５は層間絶縁膜
を、１８は電極重なりを、１９は転送電極のエツジを示
す。

〔発明が解決しようとする６Ｍ） ＣＣＬ）を構成する転送電極のもとに保持された信号電
荷が隣接する転送電極ドへと移送されるとき、移送前後
の電荷量の比（転送効率）は、転送電極の間隔が大きい
ほど低ドし、信号電荷の損失を生じる。

このため、従来は、第２図（ｂ）に示すような２層電極
構造をとるのが一般的である。即ち、第１層目の電極材
料を被着、加工して転送電極３ａ。

３ｃ、３ｄを設け、この上に層間絶縁膜を介して第２層
目の電極材料を被着、加工して転送電極３ｂ’　を形成
する。この構造では、転送電極間隔ＷｌがＭ間絶縁臆の
厚さで決まるため、Ｗｚ　を十分小さな値とすることが
できる。

しかしながら、この構造では、第１層目と第２層目の転
送電極との間の合わせ余裕をとるために電極重なり１８
を必要とし、高集積化時のネックとなるとともに電［ｆ
なり１８の部分で生じる奇生容量は、このＣＣＤの駆動
速度を低ドさせる要因となる。また、この部分、とくに
、第１ｋｊ目の転送電極３ａ、３ｃのエツジ１９の部位
における層間耐圧・ショートが問題になる。また、第２
層目の転送電極の加工時には第１　Ａ１目の転送電極が
下地段差として存在するため、エッチ残りによる同−Ｍ
内転送電極間ショートなどの不良が発生しやすい。

これらの問題点の改碑を試みている従来例として、第２
図（ｃ）を示す、この例では、全ての転送電極を同一電
極材料屑からホトリソグラフィーによって形成すること
により、第２図（ｂ）におけるエツジ１９での層間耐圧
・ショート、及び段差によるエッチ残りによる層内ショ
ートの解決を図っているが、一方で、以ドのような新た
な問題が発生する。即ち、転送電極間の間隔Ｗ２はホト
リソグラフィーの能力によって定まる最小加工寸法以下
にはできず、Ｗ２の縮小による転送効率の改善がホトリ
ソグラフィーの能力によって制限されてしまうという点
である。

この問題は、現在主流となっているテレビ方式（例えば
ＮＴＳＣ）はもとより、それ以上に高速且つ多段の転送
を必要とする（従ってより高い転送効率を必要とする）
高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）対応の搬像装置におい
ては重大な問題となる。この点に関しては、従来例にお
いて考慮されていなかった。

本発明の目的は、転送電極間の耐圧低下やショート及び
エッチ残りを防止しながら高い転送効率を実現し、更に
は転送電極間の寄生容量をも低減することにより、高い
性能と歩留まりとを両立しうる固体撮像装置ならびにそ
の製造方法を提供することにある。

〔Ｒ題を解決するための手段〕

上記目的は、以下のようにして達成される。即ち、半導
体基板上に、入射光を光電変換して信号電荷を作り出す
複数の受光蓄積部と、前記信号電荷を転送する電荷結合
素子とを備えた固体撮像装置において、前記信号電荷の
転送を制御するために、前記半導体基板上に絶縁膜を介
して設けられた複数の転送電極を、単一の電極材料Ｍを
切断分離することにより形成され、かつ前記信号電荷の
転送方向に垂直な転送電極側壁間の間隔を、リソグラフ
ィーの能力によって定まる最小加工寸法以下の値となる
ようにする。

また、このような転送電極構造の製造方法は、以下のよ
うになる。即ち、前記複数の転送電極を形成する工程が
、 （１）前記半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程
と、その第１の絶縁膜上に電極材料層を形成する工１ｊ
ｌと、その電極材料層上に治２の絶縁膜を形成する工程
と、その第２の絶縁膜をパタニングする工程と、パター
ニングした第２の絶縁膜の側壁部のみに第３の絶縁膜を
形成する工程と、前記第２及び第３の絶縁膜をマスクと
して、前記電極材料層をエツチングにより複数の転送電
極に切断分離する工程、あるいは、（２）前記半導体基
板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、その第■の絶、
ｌ７ｔｉ上に電極材料Ｍを形成する工程と、その電極材
料Ｍ上にマスクパターンを形成する工程と、そのマスク
パターンにより前ｇｃ！電極材料層を途中までエツチン
グする工程と、前記マスクパターンと電極材料層上方の
側壁部、若しくは前記電極材料層のみの側壁部に第２の
絶縁膜を形成する工程と、前記マスクパターンと第２の
絶縁膜、若しくは前記第２の絶縁膜のみをマスクとして
、前記電極材料層をエツチングにより複数の転送電極に
切断分離する工程、 を含むようにする。

〔作用〕

本発明の固体撮像装置においては、単一の電極材料層を
切断分離して複数の転送電極を形成しているため、下地
に転送電極による段差がなく、エッチ残りが生じにくい
。また、転送電極の対向部分にはエツジがなく、側壁部
で対向しているため、転送電極間の耐圧低−トやショー
トも防止される５更に、転送電極を切断分離するための
マスク材料の側壁部に絶縁膜を形成してマスク寸法を拡
大することにより、リソグラフィーの能力によって定ま
る最小加工寸法以下の転送電極間隔を実現できる（間隔
の値は側壁絶縁膜の厚さを変えることにより変更可能）
ため、転送効率の改善がリソグラフィーの能力によって
制限されることがない６加えて、電極材料を側壁絶縁膜
を形成する前のマスク寸法のもとで途中までエツチング
することにより、最小の間隔で対向する転送電極側壁の
＋ｆｒｊＭが低減でき、転送電極間の寄生容量を減少さ
せることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の固体搬像装置に備わるＣＣＤの第一
実施例であり、転送方向に平行な断曲図をもって示して
いる（但し、ここでは第２図に示したような受光蓄積部
１７．層間絶縁膜１５．遮光層１４な・どは省略してい
る）。

第１図（ａ）においては、半導体基板６の内部に、その
半導体基板６と反対導電型のＣＣＬ）転送チャネル５が
形成されている。このような半導体基板６上にゲート絶
縁膜４が形成され、その上に転送電極３が形成されてい
る。転送電極３上には。

絶縁膜ｌとその側壁に形成された側壁絶縁膜２が設けら
れ、転送電極３を形成する際のマスクと成る。

第１図（ｂ）では、転送電極３が、絶縁膜ｌをマスクと
して途中までエッチされている点が第１図（ａ）と異な
るが、その他は同じである６本実施例においては、絶縁
膜１の側壁に側壁絶縁膜２を張り出させて転送電極３の
エツチングマスクとしているため、転送電極３の間隔を
狭めることができる。また、第１図（ｂ）では、転送電
極３を途中までエツチングしているため、最小の間隔で
対向している転送電極３の側壁の面積が第１図（ａ）に
比べて減少しており、転送電極間の寄生容量を減らすこ
とができる。

つぎに、第１図（ａ）に示したＣＣＤを実現するための
製造方法の一実施例を第３図（ａ）　−（ｇ）に示す。

まず、半導体基板６内に、それと反対導電型のＣＣＤ転
送チャネル５を形成したのち、半導体基板６上に、ゲー
ト絶縁膜４を成長させる（ａ）。

つきに、その上に転送電極となる電極材料層２０を形成
しくｂ）、更にその上に絶＆′１１にｌを被着する（Ｑ
）、　＃Ｉ！ｌ縁膜１をリソグラフィーによりパターニ
ングしたのち（ｄ）、引き続き全面に絶縁膜２１を被着
する（ｅ）、この絶縁膜２１を、異方性のドライエッチ
により被ぶ厚さと同じだけエツチングして、側壁絶縁膜
２を形成する（ｆ）。最後に、絶縁膜１と側壁絶縁膜２
とをマスクとして電極材料層２０をエツチングし、転送
電極３を形成する。この方法により、転送電極３は単一
の電極材料層２０の切断分離によって形成され、耐圧低
ドやエッチ残りの問題が解消される。また、転送電極３
の間隔は、リソグラフィーにより定まる最小加工寸法（
絶縁膜１の間隔）よりも、側壁絶縁膜２の幅の２倍だけ
小さくでき、よって転送効率を改善できる。

第４図（ａ）−（ｄ）は、第１図（ｂ）に示したＣＯＤ
の製造方法の第１の実施例である。

まず、第４図（ａ）は、第３図（ｄ）と同じ状態の断面
図である。ここから、絶縁膜ｌをマスクとして電極材料
層２０を途中までエツチングする（ｂ）。更に、全面に
絶縁膜を被着して異方性エッチを行うことにより、側壁
絶縁膜２を形成する（Ｃ）、最後に絶縁膜１と側壁絶縁
膜２とをマスクとして、残る電極材料層２０をエツチン
グすることにより転送電極３が形成される（ｄ）、この
方法をとることにより、最小の間隔で対向する転送電極
３の側壁の面積が減少し、転送電極間の寄生容量が低減
できる。

第５図（ａ）−（ｄ）は、第１図（ｂ）に示したＣＣＵ
の製造方法の第２の実施例である。

この方法では、まず半導体基板６にＣＣＵ）転送チャネ
ル５とゲート絶縁膜４を形成したのち、その上に第１電
極材料層２３を形成し、更にその上に絶縁膜２２を形成
する（ａ）。つぎに、絶縁膜２２にスルーホール２５を
開口したのちに第２電極材料層２４を形成し、更にその
上に絶縁膜を被着、パターニングして絶縁ＰＩｊＡ１を
形成する（ｂ）。

ここで、スルーホール２５により、第１電極材料層２３
と第２電極材料層２４とが電気的に導通する。続いて、
絶縁膜１をマスクとして第２電極材料層２４をエツチン
グする（ｃ）。この時、絶縁１ｌＩＡ２２がエツチング
ストッパーとして働く、そして、側壁絶縁膜２を形成す
ると同時に絶縁膜２２もエツチングし、最後に絶縁膜１
と側壁絶縁膜２をマスクとして第１電極材料層２３をエ
ツチングすることにより転送ｍ極３が形成される（ｄ）
。

この方法を用いると、絶縁膜２２がエツチングストッパ
ーとして働くため、第４図に示した実施例のように、電
極材料層のエツチングを途中で止めるといった微妙な制
御が不要となる。

第６図−々）−（ｄ）は、第１図（ｂ）に示したＣＣＤ
の製造方法の第３の実施例である。

この方法では、まず半導体基板６にＣＣＤ転送チャネル
５とゲート絶縁膜４を形成したのち、その上に第１電極
材料層２３を多結晶シリコンを用いて形成する。つぎに
その表向を３００℃以上で大気に触れさせたり、あるい
は水洗を行うなどして自然酸化ｌｌ！１１３０を成長さ
せてからその上に第２電極材料層２４を形成する（ａ）
、この時、自然酸化膜３０は第１電極材料層２３と第２
電極材料層２４の電気的接触を妨げない。つきに、その
上に絶ｗｍを被着、パターニングし、絶縁膜１を形成す
る（ｂ）。続いて、絶縁膜１をマスクとして第２電極材
料Ｍ２４をエツチングする（ｃ）。この時、等方性のエ
ツチングを行うことにより、自動酸化膜３０がエツチン
グストッパーとして働く。

最後に、側壁絶縁膜２を形成して絶縁膜１と共に第１電
極材料層２３のエツチングマスクとし、転送電極３を形
成する（ｄ）。

この方法をとることにより、第５図に示した方法のよ％
に一絶縁膜２２や、スルーホール２５の形成が小要とな
り、プロセスが大幅に簡略化される。

第７図（ａ）−（ｄ）は、本発明の固体撮像装置に備わ
るＣＯＤの第２の実施例である。

第７図（ａ）は、第６図（ｃ）の状態から、半導体基板
６の表面に対し斜め方向より不純物イオンビーム４０を
照射し、不純物打ち込み層４１を形成したところである
。続いて第６図（ｄ）と同じプロセスを施し、さらに不
純物物打ち込み層４１を活性化して拡散層７を形成した
のが第７図（ｂ）である、この拡散層７の導電型をＣＣ
Ｌ）転送チャネル５と反対導電型とすることにより、本
実施例のＣＯＤは２相駆動型となり、かつ第７図（ｂ）
において、拡散層７は転送電極３のどちらか一端に局所
的に形成され、更には転送電極３と拡散Ｍ７とのあいだ
には合わせ余裕が不要なので、完全自己整合型の２相駆
動ＣＣＤが実現できる。

鎗８図は、本発明の固体撮像装置に備わるｃｃｐの第３
の実施例である０本実施例では、第１図（ｂ）の構造の
ＣＣＤに対し、絶縁膜ｌ及び側壁絶縁膜λ、をマスクと
して不純物イオン打ち込みを行い、転送電極３の間隙に
自己整合的にイオン打ち込み層４２を形成している。Ｃ
ＣＤ転送チャネル５とは反対導電型となる不純物を打ち
込むことにより、転送電極３の電界よる空乏層が転送電
極３の間隙（４２の領域）にも十分に伸びるようになる
ため、転送効率が更に改善される。また、この方法は、
第上図（ｂ）の構造のＣＣＤに限らず、本発明の他の実
施例に対しても同様に応用できる。

第９図（ａ）　−（ｂ）は、本発明の固体撮像装置に備
わるＣＯＤの第４の実施例である。本実施例では、第１
図（ｂ）に示された本発明による転送電極構造を、第１
図（ｂ）とは異なる構造を持つ半導体基板上に形成して
いる。第９図（ａ）では。

Ｎ型半導体基板５１の中にＰウェル５０を形成し、更に
その中にＣＣＬ）転送チャネル５を設けている。

このようにすることにより、本実施例を用いた固体撮像
装置においては、縦型オーバーフロードレイン構造を採
ることができるようになるとともに、スメアに強くなる
、といった利点が生まれる。また、第９図（ｂ）では、
第９図（ａ）の構造に加えて、ＣＣＤ転送チャネル５を
Ｐウェル５０よりも高濃度のＰウェル５２で覆っている
。この濃度差によるポテンシャルバリアによって、ＣＣ
Ｄ転送チャネル５へのスメア電荷の混入が一層抑制され
る。

なお、本実施例の説明中に現れる導電型は、全てを反対
に読み換えても同じ効果をもつ。また、Ｎ型半導体基板
５１や、Ｐウェル５０をエピタキシャル層で置き換えて
もよく、イントリンシックゲッタリングを導入した半導
体基板であってもかまわない。更には、本実施例に示し
た構造は、本発明中に挙げた他の全ての実施例に対して
もまったく同様に成り立つ。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置及びその製造方法によれば、単一
の電極材料層を切断分離して転送電極を形成し、その際
に側磯絶ＲＭにを用いることによって転送電極の間隔を
リソグラフィーの能力で定まる最小加工寸法より小さな
値にすることができる。

この結果、転送電極間の耐圧低下やショートを防ぎなが
ら転送効率を改善できるので、ＨＩ）　Ｔ　Ｖ対応の高
精細撮像装置で必要とされる高速多段の電荷転送を可能
にすると共に１歩留まりも向上させることができる。ま
た、斜めイオン打ち込みを併用することにより、完全自
己整合型の２相駆動ＣＣＤが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の固体撮像装置に備わるＣＣＤ転送電
極部の断面図、第２図は、従来例の固体撮像装置の平面
図およびその転送電極部の断面図、第３図は第１図（ａ
）に示した電極部の製造方法の一実施例を示す工程断面
図、第４図は、第１図（ｂ）に示した電極部の製造方法
の実施例を示す工程断面図、第５図乃至第９図は、本発
明の他の実施例の固体撮像装置に備わるＣＣＤ転送電極
部の製造工程を示す断面図である。 １．２１．２２・・・絶縁膜、２・・・側壁絶縁膜、３
・・・転送電極、３　ａ　−３ｄ・・・第１層目の転送
電極、３ｂ’・・・第２層目の転送電極、４・・・ゲー
ト絶縁膜、５、、　ＣＯＤ転送チャネル、６・・・半導
体基板、７・・・拡散層、１０ａ−１０ｃｍ垂直ＣＣＤ
、１１ａ−１１ｃ、１７−受光＃核部、１２　・・・水
平ＣＣＤ、１３・・・アンプ、１４・・・遮光層、１５
・・・層間絶縁膜、１６・・・開口部、１８・・・電極
部なり、１９・・・エツジ、２０・・・電極材料層、２
３・・・第１電極材料層、２４・・・第２電極材料層、
２５・・・スルーホール、３０・・・自然酸化膜、４０
・・・不純物イオンビーム、４１゜４２・・・イオン打
ち込み層、５０・・・Ｐウェル、５１早 日 （ｂ） 第 凹 （α） 第 ３ 圀 （０Ｌ） （ｂ） （Ｃ） 第 圀 （ｄ） （ｅ） Ｃ子） 第 妃 （）） 堺 凹 （え） 第 呂 （す （ｃｔ） 第 図 （入） 累 ダ （４ン 因 （Ｃ） （ｄ） 第　６ （ａ、） 圀 （ｂ） （す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を光電変換して信号電荷を作り出す複数の受
   光蓄積部と、前記信号電荷を転送する電荷結合素子とを
   半導体基板上に備えた固体撮像装置において、前記信号
   電荷の転送を制御するために前記半導体基板上に絶縁膜
   を介して設けられた複数の転送電極が、導電性をもつ単
   一の電極材料層を切断分離することにより形成され、か
   つ前記転送電極の側壁のうち、前記信号電荷の転送方向
   に垂直なものの間隔が、当該の製造プロセスで用いられ
   ているリソグラフィーによる加工寸法よりも小さくなる
   ように構成したことを特徴とする固体撮像装置。 ２、前記複数の転送電極を構成する材料が、以下に挙げ
   る材料のうち少なくともいずれかひとつを含むような、
   特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 （１）Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ （２）（１）のシリサイド （３）多結晶シリコン、アモルファスシリコン３、特許
   請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法におい
   て、前記半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と
   、その第１の絶縁膜上に導電性を持つ電極材料層を形成
   する工程と、その電極材料層上に第２の絶縁膜を形成す
   る工程と、その第２の絶縁膜をパターニングする工程と
   、パターニングした第２の絶縁膜の側壁部のみに第３の
   絶縁膜を形成する工程と、前記第２及び第３の絶縁膜を
   マスクとして、前記電極材料層をエッチングにより複数
   の転送電極に切断分離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。 ４、特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方
   法において、前記半導体基板上に第１の絶縁膜を形成す
   る工程と、その第１の絶縁膜上に導電性を持つ電極材料
   層を形成する工程と、その電極材料層上にマスクパター
   ンを形成する工程と、そのマスクパターンにより前記電
   極材料層を途中までエッチングする工程と、前記マスク
   パターンと電極材料層双方の側壁部、若しくは前記電極
   材料層のみの側壁部に第２の絶縁膜を形成する工程と、
   前記マスクパターンと第２の絶縁膜、若しくは前記第２
   の絶縁膜のみをマスクとして、前記電極材料層をエッチ
   ングにより複数の転送電極に切断分離する工程とを含む
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 ５、前記電極材料層を途中までエッチングする工程にお
   いて、シリコンの自然酸化膜をエッチングのストッパー
   とすることを特徴とする、特許請求の範囲第４項記載の
   固体撮像装置の製造方法。