JPH0393267A - 積層型固体撮像装置の画素電極形成方法 - 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） この発明は、固体撮像素子チップに光導電体膜を積層し
て構威される積層型固体撮像装置において、特にその画
素電極の形成方法に関する。

（従来の技術） 固体撮像素子チップに光導電体膜を積層した２階建て構
造の積層型固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くす
ることができるため、高感度かつ低スミアという優れた
特性を有する。このため、この積層型固体撮像装置は、
各種監視用テレビや高品位テレビなどのカメラとして有
望視されてい６る。

そして、この種の積層型固体撮像装置の光導電体膜とし
ては、現在までのところ、例えば、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ膜
（サチコン膜）．ＺｎＳｅ−ＺｎＣ　ｄ　Ｔ　ｅ　（ニ
ュービコン膜），ａ−５ｉ：Ｈ膜（水素化非晶質シリコ
ン膜）などのアモルファス材料膜が用いられている。こ
れらの材料の中でも特に、特性や加工性の良さ、低温形
成の可能性などから、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜が主に用いられる
ようになりつつある。

このａ−Ｓｉ：Ｈ膜は光導電膜として固体撮像素子チッ
プ上に積層する場合、従来は金属薄膜あるいは金属シリ
サイド薄膜をエッチングにより一部を除去することによ
り画素ごとに分離して画素電極を形或し、この画素電極
がチップ最上部に露出した状態でａ−Ｓｉ：Ｈ膜をその
上に形成する方法がとられている。（例えば、第１６回
国際固体素子コンファレンス、アブストラクト３２５〜
３２８ページ）。

ところが、このような構造では、各画素の画素電極端に
段差が存在し、この段差のためにａ−Ｓｉ：ＨｌｌＩの
一部に電界集中が生じたり、あるいは画素電極の段差の
近傍のａ−Ｓｉ：Ｈ膜内の一部に欠陥準位が増加するな
どして暗電流が増加し、再生画像上に白キズと呼ばれる
画像欠陥が現れる問題点があった。

この画素電極の段差を無くす方法としては、画素電極と
なる金属薄膜あるいは金属シリサイド膜の画素間隙に当
たる部分を酸化して絶縁体である酸化膜とすることによ
り画素電極を分離することが考えられる。しかしながら
、金属あるいは金属シリサイド薄膜の酸化膜は良質な膜
ではなく絶縁性が劣ると共にその表面の形状は凸凹とな
ってしまう。また酸化しない金属あるいは金属シリサイ
ド薄膜の部分も、高温工程である酸化中に結晶成長のた
めに表面の形状が凸凹となってしまう問題がある。その
ために、画素電極の分離に酸化を用いることは難しいと
考えられていた。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の積層型固体操像装置の画素電極形成
方法では、画素電極端の段差に起因して再生画像上に画
像欠陥が生じる問題点があった。

また、表面の滑らかな画素電極の形成ができない問題点
もあった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もの５で、画素電極端部における画素電極の段差を無く
すことにより画像欠陥のない積層型固体撮像装置を得る
ことのできる積層型固体撮像装置の画素電極形成方法を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を躬決するための手段） この発明の積層型固体撮像装置の画素電極形成方法は、
絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と、 前記ポリシリコン膜の一部を酸化して多数の画素電極に
分離する工程と、 前記画素電極となるポリシリコン膜部分および酸化シリ
コンの電極間隙部上に金属膜を一様に堆積し、アニール
によりこの金属膜を前記各画素電極となるポリシリコン
膜と反応させて金属シリサイドにする工程と、 前紀アニールにより反応せずに残った金属膜を除去する
工程とを含むものである。

（作用） この発明の積層型固体撮像装置の画素電極形成方法では
、画素電極としてポリシリコンを用い、各画素電極を分
離するために各画素電極の間隙部のポリシリコンを酸化
して酸化膜とし、その後、金属膜を全面に堆積してアニ
ールすることによりポリシリコンを金属シリサイド化し
、その後に余分な金属膜を画素電極部と画素電極間隙部
とから除去する。

こうして画素電極間隙部をシリコン酸化膜とすることに
より、画素電極間の絶縁性を高く保つことができ、また
表面形状も凸凹のないものとすることができる。

また、画素電極のポリシリコンを金属シリサイドとする
ことにより、光導電体膜を透過して画素電極に到達した
光を画素電極部分で反射することがアき、画素電極の下
側に光が漏れ込むのを防止することができ、画素電極下
の電荷転送部に光が漏れ込むことにより発生するスミア
を防止することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例の使用により得られる積層
型固体撮像装置の構造を示す断面図であり、１０はシリ
コン基板であり、このシリコン基板１０上に後述する蓄
積ダイオード、電荷転送部、転送ゲート、および引出し
電極などのチップ要素２０が形成されている。そして、
このチップ要素２０の上に画素電極３０が配列されて複
数の固体撮像素子チップが構成されている。なお、各画
素電極３０は、酸化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｏ，　）層３１
により分離されている。

この固体撮像素子チップ上に、光導電体膜４０が積層さ
れている。この光導電体膜４０はａ−Ｓ１：Ｈ系であり
、ｉ型の非晶質水素化シリコンカーバ・イト　（ａ−Ｓ
ＩＣ：Ｈ　　（ｉ））層４１と、ｉ型の非品質水素化シ
リコン（ａ−Ｓ　ｉ　：　Ｈ　（ｉ）　）層４２と、ｐ
型の非品質水素化シリコンカーバイ？（ａ−ＳｉＣ：Ｈ
（ｐ））層４３との３層構造となっている。ｉ型の非品
質水素化シリコンカーバイト層４１は厚さ２０ＯＡ，ｉ
型の非品質水素化シリコン層４２は厚さ３μｍＳｐ型の
非品質水素化シリコンカーバイト層４３は厚さ２００Ａ
である。そして、光電変換は主にａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）層
４２で行われる。

固体撮像素子チップの１画素の構成について詳しく説明
すると、シリコン基板１０の表面にチップ要素２０とし
ての素子分離層２１、ｎ＋型チャンネル（垂直ＣＣＤチ
ャンネル）２２、ｎ＋＋型蓄積ダイオード２３を形威し
た後、その上に転送ゲート２４．２５を形成する。ここ
で、転送ゲート２４の一部は、信号読出しゲートとなる
。

ついで・、酸化シリコン（ＳｉＯ■）などの第１絶縁膜
２６を形成した後、この第１絶縁膜２６にコンタクトホ
ールをあけて引出し電極２７を形成する。さらに、平坦
化用のボロン燐シリケートガラス（Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ）膜
から成る第２絶縁膜２８を堆積し、この第２絶縁膜２８
にコンタクトホールを？けて画素電極３０を形成する。

このようにして、固体撮像素子チップの１画素分が形威
されているのである。

次に、この固体撮像素子チップの画素電極３０、および
画素電極３０を分離しているＳｉＯ２層３１を形成する
方法の実施例について第２図に基づいて説明する。なお
、この第２図は、第１図における画素電極３０とＳｉｎ
２層３１とを含む部分について示してある。

同図（ａ）に示すように、コンタクトホールのあけられ
ている第２絶縁膜２８上に熱ＣＶＤによりポリシリコン
を１５０ＯＡの厚さで堆積し、その表面を２０ＯＡだけ
酸化することによりポリシリコン膜５１とＳｉＯ■層５
２とを形成する。

次に、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）を熱ＣＶＤ
により２００ＯＡ堆積し、その上に感光性レジストを塗
布し、光リソグラフィー技術を用いて画素間隙上部に当
たる部分のレジストを除去し、その後、反応性イオンエ
ッチングを用いて画素間隙上部に当たる部分のＳｉ，Ｎ
４層５３を除去し、同図に（ｂ）に示すようにＳｉ，Ｎ
，膜５３を形成する。なお、Ｓｉ，Ｎ４層５３のエッチ
ング時にポリシリコン膜５１はＳｉｎ，層５２が存在す
るためにエッチングされることはない。

次に、Ｓｉ，Ｎ４膜５３をマスクとしてポリシリコン膜
５１の画素間隙部に相当する部分を酸化し、同図（ｃ）
に示すようにＳｉｎ２層５４を形成する。

次に、同図（ｄ）に示すようにｓｔ３Ｎ４膜５３を化学
エッチングにより除去し、ＳＬ０２層５２をフッ酸溶液
により除去する。このＳｉｎ２層５２のエッチング時に
Ｓｉｎ２層５４の一部もエッチングされて膜厚が減少し
、同図（ｄ）に示す形状となる。

次に、・同図（ｅ）に示すように、全表面にチタン（Ｔ
ｉ）金属を５００Ａ程度スパッタリングにより堆積し、
Ｔ　ｉ　＠　５　５を形成する。

そして、この状態で、９ｏｏ℃でアニールすることによ
り、同図（ｆ）に示すようにポリシリコン７８１５１を
シリサイド化し、ＴｉシリサイドＨ５６を形或する。こ
の時、電極間隙部上のＴｉ膜５５はシリサイド化されず
にＴｉ膜５５として残ることになる。

ここで、Ｔｉシリサイド膜５６はポリシリコン膜５１と
Ｔｉ膜５５とが反応して形成される。したがって、Ｔｉ
膜５５の膜厚が小さい場合はポリシリコンＩｌ！ｉ５１
の全部がシリサイド化されず、ＴｉシリサイドＨ５６の
下部はポリシリコンのままとなるが、少なくとも上部は
Ｔｉシリサイドとなるのである。逆に、Ｔ　ｉ　１！　
５　５の膜厚が大きい場合には、Ｔｉシリサイド膜５６
の上部にＴｉ膜が残るが、このＴｉ膜は次の工程のＴｉ
膜５５のエッチング時に除去されるため、結局のところ
はＴｉシリサイド膜５６の上部はＴｉシリサイド膜とな
る。

次に、Ｔｉシリサイド膜５６およびＳｔＯ，層５４に対
して選択性のあるエッチング液、例えばエチレンジアミ
ン四酢酸とアンモニア水と過酸化水素水と水との混合液
によりＴｉ膜５５をエッチングし、同図（ｇ）に示すよ
うに画素電極３０およびＳｉｎ２層３１を形或する。

このようにして得られた画素電極では、第２図（ｇ）に
示すように画素間隙部がＳｉｎ２層３１となっているた
めに画素電極端部の画素電極３０の段差がなく、平坦な
構造となっている。そして、Ｓｌｏ２層３１はポリシリ
コンの酸化膜であり、良好な絶縁性を示し、さらに画素
電極３０の少なくとも上部はＴｉシリサイド層となって
いる。

このようにして得られた画素電極を備える積層型固体撮
像装置では、画素電極３０の間隙部が平坦となっている
ために、従来の積層型固体撮像装置で見られる画素電極
端部の段部に発生するａ−Ｓｔ　：Ｈ膜内の一部の欠陥
準位の増加や電界集中がなく、これらが原因で生じる画
像欠陥の無い積層型固体撮像装置とすることができる。

また、画素電極３０の少なくとも上部はＴｉシリサイド
層となっているため、光導電体膜４０を透過して画素電
極３０に到達した光をここで反射することができ、ノイ
ズの一種であるスミアを生じることもない。

なお、この発明は上記の実施例に限定されることはなく
、電荷転送部として実施例ではＣＣＤを用いたＣＣＤ型
の撮像装置について説明したが、ＭＯＳ型の撮像装置に
も適用することができる。

また、ポリシリコン膜５１をシリサイド化するのにＴｉ
膜を用いたが、このＴｉの代わりにジルコニウム（Ｚｒ
），ハフニウム（Ｈｆ），バナジウム（ｖ）．ニオブ（
Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），クロム（Ｃｒ），モリブデ
ン（Ｍｏ），　　タングステン（Ｗ），鉄（Ｆｅ），コ
バルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）．プラチナ（Ｐｔ）
，パラジウム（Ｐ　ｄ）などのシリサイド化できる金属
を広く用いることができる。

さらに、ポリシリコン膜５１、Ｔｉ膜５５の膜厚は画素
電極３０の間隙の形状を平坦化するべく、適宜変更して
もよい。

またさらに、上記の実施例では光導電体膜としてａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を主体とする材料を用いたが、Ｓｅ−ＡＳ−Ｔ
ｅｌｌ！（サチコン膜）やＺｎＳｅ−ＺｎＣｄＴｅｌｌ
ｌ！（ニュービコン膜）などのａ−Ｓｉ：ＨＪＩＩ以外
の光導電体膜であってもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、各画素電極を酸化シリ
コン層により分離し、しかも画素電極の間隙部を平坦化
できるので画像欠陥の生じない積層型固体撮像装置の作
成に利用することができる。また、画素電極を金属シリ
サイド層とするために、光導電体膜を透過してくる光に
対して画素電極により反射させることができ・て電荷転
送部にまで光を漏れ込む事が防止でき、ノイズの一種で
あるスミアが生じることもない積層型固体撮像装置の作
戊に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を使用して得られた画素電
極を用いた積層型固体撮像装置の断面図、第２図（ａ）
〜（ｇ）は上記の実施例の画素電極形威工程の説明図で
ある。 １０・・・シリコン基板　　２０・・・チップ要素２１
・・・素子分離層　　　２２・・・ＣＣＤチャンネル２
３・・・蓄積ダイオード　２４．２５・・・転送ゲート
２６．２８・・・絶縁膜　　２７・・・引出し電極３０
・・・画素電極 ３１・・・酸化シリコン層（Ｓｉ０２層）４０・・・光
導電膜 ４１・・・ｉ型の非品質水素化シリコンカーバイ４２・
・・ｉ型の非品質水素化シリコン層４３・・・ｐ型の非
品質水素化シリコンカーバイ５１・・・ポリシリコン膜
　５２・・・Ｓｉ０２層５３・・・Ｓｉ，Ｎ４膜　５４
・・・Ｓｉ０２層５５・・・Ｔｉ膜　　　　　５６・・
・Ｔｉシリサイド層 ド層 ド膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜上にポリシリコン膜を堆積する工程と、 前記ポリシリコン膜の一部を酸化して多数の画素電極に
   分離する工程と、 前記画素電極となるポリシリコン膜部分および酸化シリ
   コンの電極間隙部上に金属膜を堆積し、アニールにより
   この金属膜を前記各画素電極となるポリシリコン膜と反
   応させて金属シリサイドにする工程と、 前記アニールにより反応せずに残った金属膜を除去する
   工程とから成る積層型固体撮像装置の画素電極形成方法
   。
2. （２）前記金属膜としてジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニ
   ウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タ
   ンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）
   、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）
   、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、もしくはパラ
   ジウム（Ｐｄ）膜を用いることを特徴とする請求項１の
   積層型固体撮像装置の画素電極形成方法。