JPH04346269A - 固体撮像装置 - 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】この発明は、電荷変調素子（Ｃｈ
ａｒｇｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ：以下
ＣＭＤと略称する）等の光電変換素子を使用した固体撮
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＤを受光素子として用いた固体撮像
装置は、本件発明者等により、特開昭６０−１４０７５
２号公報等において、その技術についての開示がなされ
ている。

【０００３】図３は、かかるＣＭＤを受光素子として用
いた固体撮像装置の構成例を示す断面構造図である。図
において、１は半導体基板、２はソース（ドレイン）拡
散層、３はドレイン（ソース）拡散層、４はゲート電極
、５はソース（ドレイン）電位を与えるためのＡｌ−Ｓ
ｉ等の金属膜よりなるソース（ドレイン）電極配線層、
同様に６はドレイン（ソース）電位を与えるためのＡｌ
−Ｓｉ等の金属膜よりなるドレイン（ソース）電極配線
層、７は絶縁保護膜、８はゲート絶縁膜である。図３に
おいては３画素分の断面構造を示している。

【０００４】次に上記構成のＣＭＤ固体撮像装置の動作
を、ＮチャネルＣＭＤを用いた場合について説明する。 ゲート電極４の上部より入射する光９は、絶縁保護膜７
，ゲート電極４，ゲート絶縁膜８を順次通過して半導体
基板１内で正孔電子対を生成する。この内の生成正孔は
負電圧が印加されたゲート電極４下の絶縁膜半導体界面
１０に蓄積される。蓄積正孔によりドレイン拡散層３と
ソース拡散層２間に存在する電子に対する電位障壁が低
下し、その結果蓄積正孔により変調されたソース電流が
流れる。このソース電流を検出することにより、入射光
量に依存した信号電流が、非破壊的に得られることにな
る。

【０００５】次に図４に示したＣＭＤ固体撮像装置の平
面構造について説明する。図において、１１−１，１１
−２は水平方向に配列されている隣接するＣＭＤ受光素
子からなる画素、１２はソース領域、１３−１，１３−
２は各画素１１−１，１１−２の各ソース領域１２を囲
むようにポリシリコンで形成されたゲート電極であり、
そして該ゲート電極１３−１，１３−２から延長部１３
−１ａ　，１３−２ａ　をそれぞれ交差するように斜め
方向に延長させてゲート結合部１４を形成している。１
５は水平方向に配列された画素列間に沿って前記ゲート
電極結合部１４上を通るように配列されている、第２ア
ルミニウムで形成されたゲート配線層で、該ゲート配線
層１５には一つのゲートコンタクト１６を介して前記ゲ
ート電極結合部１４が接続されている。１７は浅い拡散
層領域で形成されている浅いドレイン領域であり、１８
は深い拡散層で形成されている深いドレイン領域で、各
画素間の分離領域を構成している。１９は第１アルミニ
ウムで形成されたソース配線層で、垂直方向に配列され
た各画素の各ソース領域１２上を通るように配列され、
各画素のソース領域１２とソースコンタクト２０により
接続されている。２１は第１アルミニウムで形成された
ドレイン配線層で、前記ゲート電極結合部１４の配列さ
れていない画素間において垂直方向に配列されており、
深いドレイン領域１８とドレインコンタクト２２を介し
て接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記図４に示したＣＭ
Ｄ固体撮像装置の平面構造からわかるように、第２アル
ミニウムで形成されたゲート配線層１５，第１アルミニ
ウムで形成されたソース配線層１９及び第１アルミニウ
ムで形成されたドレイン配線層２１により、ＣＭＤ固体
撮像装置の受光部表面が部分的に覆われることとなり、
現状ではその被覆率が約５０％程度となっている。

【０００７】ところで、アルミニウムの表面反射率は可
視光領域において約９０％程度にも達する。そのためＣ
ＭＤ固体撮像装置の受光部表面に強い光が入射した場合
、アルミニウムからなる各金属配線層上に入射し反射さ
れた光が、固体撮像装置の上部に存在する絶縁材料より
なる保護膜の表面又は保護ガラス下面あるいはレンズ下
面において部分的に再反射され、ＣＭＤ固体撮像装置の
受光部表面に再入射する現象が生ずる。この現象により
、ＣＭＤ固体撮像装置においては入射光が強い場合に、
偽信号の一種であるフレアーが生ずる欠点を有していた
。

【０００８】更に図３に示した断面構造において、絶縁
膜半導体界面１０に斜めに光が入射した場合、その半導
体表面で部分的に反射した光は、半導体表面上部に存在
するゲート電極４の下部あるいは各金属配線層下部で再
反射され、これらの反射が繰り返されることにより、入
射光が部分的に他画素に伝達される現象が生ずる。この
現象により画素間光信号混合（クロストーク）の増大、
あるいは遮光された画素から得られる基準暗時出力信号
（Ｏ．Ｂ．出力）の変動が生ずる欠点を有していた。

【０００９】上記フレアー，クロストーク，Ｏ．Ｂ．出
力変動等の現象を改善するためには、金属配線層による
受光部の被覆率を減少させることも考えられるが、その
場合にはチップ作成プロセスにおいて、より厳しいデザ
インルールが要求される。

【００１０】本発明は、従来のＣＭＤ等の受光素子を用
いた固体撮像装置における上記問題点を解消するために
なされたもので、金属配線層の被覆率を減少させること
なく、フレアー，クロストーク，Ｏ．Ｂ．出力変動等の
現象を改善することを可能にした固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明においては、金属層の上部及び下部
に可視光の反射を抑える作用を有する導電性薄膜を形成
する技術を応用し、配線層等を構成する金属薄膜をＡｌ
系材料からなる薄膜を含む多層薄膜で形成するものであ
る。

【００１２】金属層の上部及び下部に可視光の反射を抑
える作用を有する導電性薄膜を形成する技術については
、フォトレジストの異常露光（ハレーション）を防止し
、更に微細な金属配線を形成するという目的のために、
微細化が進む半導体メモリー分野において精力的にその
研究開発が行われており、例えば第３８回半導体集積回
路シンポジウム講演論文集ｐｐ．　１３−１８“Ａｌ／
ＴｉＯＸ　ＮＹ　積層配線”において、積層配線技術の
開示がされている。

【００１３】図１は、上記論文中に掲載されている、積
層金属の表面反射率の測定結果を示したものである。す
なわち膜構造として、Ａｌ−Ｓｉ金属膜上にＴｉＯＸ　
ＮＹ　薄膜（酸素含有量２０ａｔ．　％）を形成したも
のにおいて、ＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜膜厚をパラメータと
して、入射光波長に対する反射率の測定結果が示されて
いる。この結果よりＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜膜厚が４０ｎ
ｍの場合、入射光波長が５５０　ｎｍにおいて最小反射
率となり、また４００　ｎｍ〜７００　ｎｍの可視光範
囲において反射率は３０％以下に抑えられていることが
わかる。すなわち単層のＡｌ−Ｓｉ金属膜と比較して可
視光入射範囲において、反射率は１／３以下に低減可能
であることがわかる。

【００１４】本発明においては、上記反射低減技術を利
用し、配線層等を構成する金属薄膜をＡｌ系材料からな
る薄膜を含む多層薄膜で形成したため、金属薄膜の上部
又は下部における反射が低減され、それによりフレアー
及びクロストークの発生，Ｏ．Ｂ．出力の変動を有効に
低減することが可能となる。

【００１５】

【実施例】次に実施例について説明する。図２は、本発
明に係る固体撮像装置の一実施例を示す断面構造図で、
図３に示した従来例と同一又は同等の部材には同一符号
を付して、その説明は省略し、ソース（ドレイン）電極
配線層及びドレイン（ソース）電極配線層の構成につい
てのみ説明する。

【００１６】まず、ソース（ドレイン）電位を与えるた
めのＡｌ−Ｓｉ等の金属膜よりなるソース（ドレイン）
電極配線層５、及びドレイン（ソース）電位を与えるた
めのＡｌ−Ｓｉ等の金属膜よりなるドレイン（ソース）
電極配線層６をスパッター法により形成する前に、最初
にシリコン拡散層と良好なオーミック・コンタクト特性
の得られるＴｉ膜をスパッター法により形成する。該Ｔ
ｉ膜の膜厚については、前記論文集で開示されているＴ
ｉＯＸ　ＮＹ　薄膜と同様、可視光範囲において表面反
射率が最低になる膜厚（〜４０ｎｍ前後）を選択する。 続いて同じくスパッター法によりＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜
を堆積する。ＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜の膜厚は、前記論文
集に示されているように、可視光範囲において表面反射
率が最低になる４０ｎｍ近辺が望ましい。 図２においては、前記Ｔｉ膜とＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜を
合わせて、５′及び６′で示している。Ｔｉ膜及びＴｉ
ＯＸ　ＮＹ　薄膜５′，６′を形成後、再度スパッター
法によりＡｌ−Ｓｉ膜よりなる、ソース（ドレイン）電
極配線層５、及びドレイン（ソース）電極配線層６を堆
積し、最後に同じくスパッター法によりＴｉＯＸ　ＮＹ
薄膜５″，６″を４０ｎｍ近辺の厚さに堆積する。

【００１７】これらＴｉ膜，ＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜，Ａ
ｌ−Ｓｉ膜，ＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜よりなる積層金属膜
を形成した後、ホトリソグラフィー法及びリアクティブ
・イオン・エッチング法等を用いて、金属配線層を形成
する。

【００１８】なお、ここでは金属配線層を一層として説
明を行ったが、遮光金属薄膜の追加形成等で、二層以上
の金属薄膜層を形成する場合は、各々の金属薄膜層を全
て積層金属化すればよい。但し第二層以上の金属薄膜層
は、通常は直接シリコン拡散層とコンタクトしないため
、この場合は積層金属層の最下層のＴｉ膜は形成不要と
なる。

【００１９】上記実施例では、Ａｌ−Ｓｉ膜よりなるソ
ース電極配線層及びドレイン電極配線層の上部及び下部
に反射低減用のＴｉ系薄膜を形成したものを示したが、
本発明の目的に適合する材料及び膜厚であれば、Ｔｉ系
以外の材料を用いて反射低減用の薄膜を形成してもよく
、例えばＷ系薄膜あるいはＭｏ系薄膜を使用し、同等の
作用効果を達成することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、配線層等を構成する金属薄膜における
反射が低減され、金属薄膜の被覆率を減少させることな
く、フレアー及びクロストークの発生、及びＯ．Ｂ．出
力の変動を低減することができる。

【００２１】また配線層等の金属薄膜を多層薄膜構成と
したため、ヒロック発生を抑制し、またＳｉ拡散層との
コンタクト抵抗を低減することが可能となり、更には金
属配線層を更に微細化できるなどの利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ−Ｓｉ金属膜上にＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜を
形成したものにおいて、ＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜の膜厚を
パラメータとして、入射光波長に対する反射率の測定結
果を示す図である。

【図２】本発明に係る固体撮像装置の一実施例を示す断
面構成図である。

【図３】従来のＣＭＤ固体撮像装置の断面構成を示す図
である。

【図４】従来のＣＭＤ固体撮像装置の平面構造の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　ソース（ドレイン）拡散層 ３　　ドレイン（ソース）拡散層 ４　　ゲート電極 ５　　ソース（ドレイン）電極配線層 ５′　　Ｔｉ膜及びＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜５″　　Ｔｉ
ＯＸ　ＮＹ　薄膜 ６　　ドレイン（ソース）電極配線層 ６′　　Ｔｉ膜及びＴｉＯＸ　ＮＹ　薄膜６″　　Ｔｉ
ＯＸ　ＮＹ　薄膜 ７　　絶縁保護膜 ８　　ゲート絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板に設けられた多数の光電変
   換素子を含む受光部を備えた固体撮像装置において、該
   半導体基板上に配置される配線層，遮光層等を構成する
   金属薄膜を、Ａｌ系材料を含む２種類以上の異なる材料
   を重ね合わせて得られる多層薄膜で形成したことを特徴
   とする固体撮像装置。