JPH04302151A - 電荷結合装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単層導体からなる複数
の転送電極を有する電荷結合装置（ＣＣＤ）の製造方法
に係わり、特に隣接する転送電極間ギャップ長の縮小化
をはかった電荷結合装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤを用いた固体撮像装置の多
画素化には、目覚ましいものがある。２次元ＣＣＤ撮像
装置は通常、光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダ
イオード・アレイと、このフォトダイオード・アレイの
信号電荷を転送する垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤとにより
構成される。これらの撮像装置におけるＣＣＤには、通
常、層間絶縁膜を介して互いにオーバーラップする２層
の転送電極構造が用いられている。

【０００３】ところが、最近の多画素化とＣＣＤ各部の
微細化によって、第１層転送電極と第２層転送電極との
間の短絡事故がしばしば発生するという問題が生じてい
る。この原因は、転送電極が一般に多結晶シリコン膜に
より形成され、層間絶縁膜はこの転送電極を熱酸化して
得られる酸化膜であるため、あまり良質ではなく、また
層間絶縁膜の膜厚もスケーリングによって次第に薄くな
っていること、等にある。

【０００４】この問題を解決するには、ＣＣＤ開発初期
のものがそうであったように、オーバーラップのない単
層の転送電極構造とすればよい。しかしながら、単層の
転送電極構造では、転送電極間のギャップ部に電位バリ
アや電位ポケット等が形成されるため、信号電荷の転送
効率が低下したり転送不良が生じたりする。

【０００５】単層の転送電極構造における転送効率低下
の原因は、電子情報通信学会技術報告（ｖｏｌ．８９　
Ｎｏ．４４１　ｐ１〜ｐ６）にあるように、従来方法で
単層導体から転送電極を形成すると、隣接する転送電極
間のギャップが長くなり、転送電極間ギャップ部の電位
を転送電極により制御できなくなるためである。図３に
、従来の単層の転送電極構造のＣＣＤの製造方法を示す
。

【０００６】まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型埋込
みチャネル２を拡散で形成したｐ型シリコン基板１上に
ゲート酸化膜３を介して多結晶シリコン膜４を堆積し、
その上にレジスト５を塗布し、光リソグラフィ技術によ
りレジスト５を所望の形状に加工する。次いで、図３（
ｂ）に示すように、レジスト５をマスクとして、反応性
イオンエッチング等により多結晶シリコン膜４の一部を
除去する。その後、図３（ｃ）に示すように、Ｏ２　を
用いたプラズマ・アッシングによりレジスト５を除去す
ることにより、多結晶シリコン膜４からなる転送電極が
形成される。

【０００７】上記の方法では、隣接する転送電極のギャ
ップ長はレジストを加工形成するフォトリソグラフィ技
術によって制限される。このため、転送電極間のギャッ
プ長を縮小するには限界があり、２層の転送電極構造と
比較して転送電極間のギャップ長が大きくなる。従って
、転送電極間ギャップ部の電位を転送電極により制御で
きなくなり、先にも説明したように、信号電荷の転送効
率低下や転送不良等の問題を招く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、単層
の転送電極構造からなる電荷結合装置では、転送電極間
のギャップ長が大きいため、信号電荷の転送不良や転送
効率の低下を招く問題があった。

【０００９】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、単層の転送電極構造に
あっても転送電極間のギャップ長を短くすることができ
、信号電荷の転送不良や転送効率の低下を防止すること
のできる電荷結合装置の製造方法を提供することにある
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、単層の
転送電極間に選択的に導体膜を形成して、転送電極間ギ
ャップをより短くすることにある。

【００１１】即ち本発明は、単層導体からなる転送電極
を有する電荷結合装置を製造する方法において、半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜を堆積
したのち、この多結晶シリコン膜の一部を除去して多数
の転送電極に分離し、次いで転送電極となる多結晶シリ
コン部分に選択的に導体膜（金属膜や金属シリサイド等
）を形成するようにした方法である。

【００１２】また本発明は、単層導体からなる転送電極
を有する電荷結合装置を製造する方法において、半導体
基板上にゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜を堆積し
たのち、この多結晶シリコン膜の一部を除去して多数の
転送電極に分離し、次いで転送電極となる多結晶シリコ
ン部分及びゲート絶縁膜の電極間ギャップ部分上に金属
膜を堆積し、次いで金属膜に熱処理を施し該金属膜を多
結晶シリコン膜と反応させて金属シリサイドを形成し、
しかるのち熱処理により反応せずに残った金属膜を除去
するようにした方法である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、単層の多結晶シリコンからな
る転送電極の表面、即ち上部と側部に金属や金属シリサ
イド等の導体膜が選択的に形成される。転送電極の側部
に金属，金属シリサイド等の導体膜が形成されると、そ
の分、単に多結晶シリコンのみにより形成した転送電極
に比較して、隣接する転送電極間のギャップ長を縮小す
ることができる。従って、転送電極間のギャップ長が大
きいことにより生じる信号電荷の転送不良や転送効率の
低下を防止することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例に係わるＣＣ
Ｄの製造工程を示す断面図である。まず、図１（ａ）に
示すように、ｐ型シリコン基板１１の表面に不純物拡散
によりｎ型の埋込みチャネル１２を形成したのち、基板
１１上に熱酸化によるゲート酸化膜（ゲート絶縁膜）１
３を形成し、その上に多結晶シリコン膜１４を堆積する
。

【００１６】次いで、図１（ｂ）に示すように、フォト
リソグラフィ技術を用いて多結晶シリコン膜１４の一部
を除去し、多結晶シリコン膜１４からなる複数の転送電
極を形成する。

【００１７】次いで、図１（ｃ）に示すように、選択Ｃ
ＶＤ法等を用い、多結晶シリコン膜１４上に金属膜１５
を選択的に成長させる。これにより、隣接する多結晶シ
リコン膜１４間の一部に金属膜１５が設けられることに
より、転送電極間ギャップ長が短くなる。

【００１８】具体的には、真空ポンプにより排気された
反応室内に、図１（ｂ）に示す状態の試料基板を配置し
、該基板を一定温度、例えば　３００℃に保持する。そ
して、反応室内に、原料ガスとして６弗化タングステン
（ＷＦ６）とシラン（ＳｉＨ４　）との混合ガスを導入
する。ＷＦ６　とＳｉＨ４　は熱によって分解し、ＷＦ
６　は還元されてタングステン（Ｗ）となり多結晶シリ
コン膜１４の上に堆積する。なお、ＷＦ６　を還元する
ガスとしてこの場合はＳｉＨ４　を用いたが、水素（Ｈ
２　）を用いてもよい。

【００１９】このようにして作成された転送電極は、多
結晶シリコン膜１４の側部にＷ膜１５を形成することで
、単に多結晶からのみ形成された転送電極に比して、転
送電極間のギャップ長が短くなる。このため、転送電極
間ギャップ部の電位を該ギャップに隣接する転送電極に
より十分に制御することができ、転送電極間のギャップ
部に電位バリアや電位ポケット等が形成されることはな
い。従って、転送電極間ギャップ長が大きいことによっ
て生じる信号電荷の転送不良や転送効率低下を防止する
ことができ、素子特性の向上をはかることができる。 図２は本発明の第２の実施例に係わるＣＣＤの製造工程
を示す断面図である。なお、図１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。

【００２０】この実施例では、まず先の実施例と同様に
、図２（ａ）に示すように、ｎ型の埋込みチャネル１２
を形成したｐ型シリコン基板１１上にゲート酸化膜１３
を形成し、その上に多結晶シリコン膜１４を堆積する。 その後、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ
技術を用いて多結晶シリコン膜１４の一部を除去し、多
結晶シリコン膜１４からなる複数の転送電極を形成する
。次いで、図２（ｃ）に示すように、全面にチタン（Ｔ
ｉ）をスパッタ法により堆積しＴｉ膜１６を形成する。

【００２１】次いで、図２（ｃ）に示す基板を９００℃
でアニールすることにより、図２（ｄ）に示すように、
多結晶シリコン膜１４の一部をシリサイド化して、Ｔｉ
シリサイド膜１７を形成する。このとき、Ｔｉ膜１６の
一部はシリサイド化されずに残る。ここで、Ｔｉシリサ
イド膜１７は多結晶シリコンとＴｉとが反応して形成さ
れる。従って、多結晶シリコンの膜厚が薄い場合は多結
晶シリコンの全てがシリサイド化される場合もある。

【００２２】次いで、図２（ｅ）に示すように、Ｔｉシ
リサイド膜１７及びゲート絶縁膜１３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，ア
ンモニア水，過酸化水素水及び水の混合液によりＴｉ膜
１６をエッチングする。これにより、導電体部分が多数
に分離され、多結晶シリコン膜１４とＴｉシリサイド膜
１７からなる転送電極が形成される。

【００２３】ここで、多結晶シリコン膜１４の厚さを　
０．４μｍ、多結晶シリコン膜１４の間隔をフォトリソ
グラフィの限界である　０．８μｍ、Ｔｉ膜１６の厚さ
を　０．２〜０．３μｍ、Ｔｉシリサイド膜１７の厚さ
を　０．２μｍとすると、転送電極間ギャップ長は、多
結晶シリコン単独の場合の　０．８μｍから　０．４μ
ｍへと約１／２に縮小化された。

【００２４】このようにして作成された転送電極は、先
の実施例と同様に多結晶シリコン単独の場合よりも電極
間ギャップ長が短くなり、信号電荷の転送不良や転送効
率低下を防止することができる。

【００２５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。第１の実施例では、金属膜としてＷ
を用いたが、Ｗの代わりにＭｏ，Ａｌ等の金属、或いは
Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａやその他の高融点金属のシリサイ
ドを用いることもできる。要は、多結晶シリコンに選択
成長可能な導電体であれば用いることが可能である。さ
らに、多結晶シリコンと仕事関数の近いものであれば、
電位ポケット発生を防ぐことができより望ましい。金属
膜を熱ＣＶＤ法により堆積する場合、ＭｏではＭｏＣｌ
５　，ＭｏＦ６　等と、Ｈ２　やＡｒの混合ガスを原料
ガスとして用いればよい。Ａｌでは、Ａｌ（ＣＨ３　）
３　，ＡｌＣｌ３　等を用いればよい。また、高融点金
属シリサイドでは、ＷＦ６　，ＭｏＣｌ５　，ＴｉＣｌ
４，ＴａＣｌ３　等のガスとＳｉＨ４　やＳｉ２　Ｈ６
　の混合ガスを原料ガスとして用いればよい。

【００２６】本実施例では、金属膜の堆積方法として熱
ＣＶＤ法を用いたが、光ＣＶＤ法によっても選択成長が
可能である。その場合は、原料ガスとしてＭ（ＣＨ３　
）３　，Ｍ（ＣＯ）５　，Ｍ（ＣＯ）６　（Ｍ＝金属）
等を用い、原料ガスを分解する光の光源としてはエキシ
マレーザ，アルゴンレーザ，真空紫外ランプ，Ｈｇラン
プ等を用いればよい。

【００２７】また、第２の実施例では、多結晶シリコン
をシリサイド化するのにＴｉ膜を用いたが、この代わり
としてはジルコニウム（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（Ｎ
ｉ），プラチナ（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）等のシリ
サイド化できる金属を広く用いることができる。その他
、本発明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。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、単
層の転送電極間に選択的に金属や金属シリサイド等の導
体膜を形成することにより、単層の転送電極構造にあっ
ても転送電極間のギャップ長を短くすることができ、信
号電荷の転送不良や転送効率の低下を防止することので
きる電荷結合装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わるＣＣＤの製造工
程を示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施例に係わるＣＣＤの製造工
程を示す断面図。

【図３】従来のＣＣＤの製造工程を示す断面図。

【符号の説明】

１１…ｐ型シリコン基板（半導体基板）、１２…ｎ型埋
込みチャネル、１３…ゲート酸化膜（ゲート絶縁膜）、
１４…多結晶シリコン膜、１５…Ｗ膜、１６…Ｔｉ膜、
１７…Ｔｉシリサイド膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上にゲート絶縁膜を介して多結
   晶シリコン膜を堆積する工程と、前記多結晶シリコン膜
   の一部を除去して多数の転送電極に分離する工程と、前
   記転送電極となる多結晶シリコン部分に選択的に導体膜
   を形成する工程とを含むことを特徴とする電荷結合装置
   の製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板上にゲート絶縁膜を介してポリ
   シリコン膜を堆積する工程と、前記多結晶シリコン膜の
   一部を除去して多数の転送電極に分離する工程と、前記
   転送電極となる多結晶シリコン部分及び前記ゲート絶縁
   膜の電極間ギャップ部分上に金属膜を堆積する工程と、
   前記金属膜に熱処理を施し該金属膜を前記多結晶シリコ
   ン膜と反応させて金属シリサイドを形成する工程と、前
   記熱処理により反応せずに残った金属膜を除去する工程
   とを含むことを特徴とする電荷結合装置の製造方法。