JPH07240512A - 固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法 - Google Patents
固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法Info
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- JPH07240512A JPH07240512A JP6030324A JP3032494A JPH07240512A JP H07240512 A JPH07240512 A JP H07240512A JP 6030324 A JP6030324 A JP 6030324A JP 3032494 A JP3032494 A JP 3032494A JP H07240512 A JPH07240512 A JP H07240512A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多層構造を有する転送電極の受光感度を向上
する。 【構成】 シリコン基板11上に、1層目の転送電極1
5が一定の間隔をおいて互いに並行に配置され、この転
送電極15の間隙を覆うようにして2層目の転送電極1
6が配置される。それぞれの転送電極15、16の膜厚
は、約50nmから約100nmまでの間に形成され、
それぞれの転送電極15、16の下のシリコン酸化膜1
4の膜厚は、約120nmから約180nmの間に形成
される。
する。 【構成】 シリコン基板11上に、1層目の転送電極1
5が一定の間隔をおいて互いに並行に配置され、この転
送電極15の間隙を覆うようにして2層目の転送電極1
6が配置される。それぞれの転送電極15、16の膜厚
は、約50nmから約100nmまでの間に形成され、
それぞれの転送電極15、16の下のシリコン酸化膜1
4の膜厚は、約120nmから約180nmの間に形成
される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、撮像領域が転送電極で
覆われた固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法に関す
る。
覆われた固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】フレームトランスファ型のCCD固体撮
像素子において、被写体からの光を受ける撮像部は、照
射された光に応答して発生する情報電荷を蓄積すると同
時に、所定の期間に蓄積された情報電荷を蓄積部へ転送
出力する構成となっている。このため、光の受光領域で
あっても情報電荷を転送出力するための転送電極が設け
られている。この転送電極については、その側辺部が隣
どうしオーバーラップされており、転送経路のポテンシ
ャル作用の連続性が確保されて電荷の転送効率の低下防
止が図られている。
像素子において、被写体からの光を受ける撮像部は、照
射された光に応答して発生する情報電荷を蓄積すると同
時に、所定の期間に蓄積された情報電荷を蓄積部へ転送
出力する構成となっている。このため、光の受光領域で
あっても情報電荷を転送出力するための転送電極が設け
られている。この転送電極については、その側辺部が隣
どうしオーバーラップされており、転送経路のポテンシ
ャル作用の連続性が確保されて電荷の転送効率の低下防
止が図られている。
【0003】図8は、フレームトランスファ型のCCD
固体撮像素子の撮像部を示す平面図で、図9は、そのX
−X線断面図である。この図面では、過剰な電荷を基板
側に吸収させる縦型オーバーフロードレイン構造のもの
を示している。N型のシリコン基板1の一面には、素子
領域となるP型の拡散層2が形成され、この拡散層2内
に高濃度のP型領域や厚い酸化膜(LOCOS)等から
なる複数の分離領域3が互いに平行に形成される。これ
らの分離領域3に挟まれたチャネル領域4には、表面部
分にN型の不純物が拡散されて埋め込みチャネル層5が
設けられている。そして、酸化シリコン膜6を介して1
層目の転送電極7がチャネル領域4と交差するようにし
て互いに平行に配列され、さらに2層目の転送電極8が
1層目の転送電極7の間隙を覆うようにして配列され
る。これらの転送電極7、8には、蓄積期間中にそれぞ
れ固定電位が与えられ、これにより、4本の転送電極
7、8を1単位とした受光画素が分離領域3の間に設定
される。そして、所定の受光期間を経過した後には、各
転送電極7、8に、4相のクロックパルスが印加され、
各受光画素に蓄積された情報電荷がチャネル領域4に沿
って蓄積部側に転送される。なお、チャネル領域4に過
剰な情報電荷が発生した場合には、その過剰電荷がシリ
コン基板1と拡散層2との間のポテンシャル障壁を越え
てシリコン基板1側に吸収される。
固体撮像素子の撮像部を示す平面図で、図9は、そのX
−X線断面図である。この図面では、過剰な電荷を基板
側に吸収させる縦型オーバーフロードレイン構造のもの
を示している。N型のシリコン基板1の一面には、素子
領域となるP型の拡散層2が形成され、この拡散層2内
に高濃度のP型領域や厚い酸化膜(LOCOS)等から
なる複数の分離領域3が互いに平行に形成される。これ
らの分離領域3に挟まれたチャネル領域4には、表面部
分にN型の不純物が拡散されて埋め込みチャネル層5が
設けられている。そして、酸化シリコン膜6を介して1
層目の転送電極7がチャネル領域4と交差するようにし
て互いに平行に配列され、さらに2層目の転送電極8が
1層目の転送電極7の間隙を覆うようにして配列され
る。これらの転送電極7、8には、蓄積期間中にそれぞ
れ固定電位が与えられ、これにより、4本の転送電極
7、8を1単位とした受光画素が分離領域3の間に設定
される。そして、所定の受光期間を経過した後には、各
転送電極7、8に、4相のクロックパルスが印加され、
各受光画素に蓄積された情報電荷がチャネル領域4に沿
って蓄積部側に転送される。なお、チャネル領域4に過
剰な情報電荷が発生した場合には、その過剰電荷がシリ
コン基板1と拡散層2との間のポテンシャル障壁を越え
てシリコン基板1側に吸収される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のようなCCD固
体撮像素子の受光部については、チャネル領域4に入射
する光の光電効果によって情報電荷を得ているため、チ
ャネル領域4上の転送電極7、8に開口部を設けること
や、転送電極7、8の膜厚を薄くすること等、チャネル
領域4への光の入射効率を高くする対策が講じられてい
る。特に、解像度の向上に対応するために各部の微細化
が図られると、1つの受光画素の面積が小さくなり、入
射効率の向上による受光感度の改善が課題となる。
体撮像素子の受光部については、チャネル領域4に入射
する光の光電効果によって情報電荷を得ているため、チ
ャネル領域4上の転送電極7、8に開口部を設けること
や、転送電極7、8の膜厚を薄くすること等、チャネル
領域4への光の入射効率を高くする対策が講じられてい
る。特に、解像度の向上に対応するために各部の微細化
が図られると、1つの受光画素の面積が小さくなり、入
射効率の向上による受光感度の改善が課題となる。
【0005】各部が微細化された固体撮像素子では、転
送電極7、8やチャネル領域4の幅を考慮すると、通常
は、転送電極7、8に開口部を設けることは実質的に困
難であることから、転送電極7、8の膜厚を薄くして光
の入射効率を向上するようにしている。しかし、転送電
極7、8の膜厚については、光の干渉による透過率の低
下が問題となるため、単に薄くするのみでは光の入射効
率を向上することはできない。
送電極7、8やチャネル領域4の幅を考慮すると、通常
は、転送電極7、8に開口部を設けることは実質的に困
難であることから、転送電極7、8の膜厚を薄くして光
の入射効率を向上するようにしている。しかし、転送電
極7、8の膜厚については、光の干渉による透過率の低
下が問題となるため、単に薄くするのみでは光の入射効
率を向上することはできない。
【0006】そこで本発明は、転送電極及びこの転送電
極の下の酸化膜の膜厚を最適化することにより、光の入
射効率、即ち受光感度を向上することを目的とする。
極の下の酸化膜の膜厚を最適化することにより、光の入
射効率、即ち受光感度を向上することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、第1の特徴とするとこ
ろは、半導体基板に入射される光に応答して発生する情
報電荷を、半導体基板上に配置された複数の転送電極の
作用により基板の表面領域に形成されるポテンシャル井
戸に蓄積する固体撮像素子において、情報電荷の移動を
阻止する複数の分離領域が互いに平行に配列された半導
体基板と、この半導体基板の表面を被う絶縁膜と、この
絶縁膜上で上記分離領域と交差する方向に延在し、互い
に一定の間隔を空けて平行に配列される複数の第1の転
送電極と、これらの第1の転送電極の各間隙を覆うよう
にして配置される複数の第2の転送電極と、を備え、上
記半導体基板上の絶縁膜の膜厚が約120nm乃至約1
80nmの範囲に形成されると共に、上記第1及び第2
の転送電極の膜厚が約50nm乃至約100nmの範囲
に形成されることにある。
解決するために成されたもので、第1の特徴とするとこ
ろは、半導体基板に入射される光に応答して発生する情
報電荷を、半導体基板上に配置された複数の転送電極の
作用により基板の表面領域に形成されるポテンシャル井
戸に蓄積する固体撮像素子において、情報電荷の移動を
阻止する複数の分離領域が互いに平行に配列された半導
体基板と、この半導体基板の表面を被う絶縁膜と、この
絶縁膜上で上記分離領域と交差する方向に延在し、互い
に一定の間隔を空けて平行に配列される複数の第1の転
送電極と、これらの第1の転送電極の各間隙を覆うよう
にして配置される複数の第2の転送電極と、を備え、上
記半導体基板上の絶縁膜の膜厚が約120nm乃至約1
80nmの範囲に形成されると共に、上記第1及び第2
の転送電極の膜厚が約50nm乃至約100nmの範囲
に形成されることにある。
【0008】そして、第2の特徴とするところは、半導
体基板の表面領域に情報電荷の移動を阻止する複数の分
離領域が互いに平行に配列され、上記半導体基板上に上
記分離領域と交差する方向に延在する複数の転送電極が
絶縁膜を介して平行に配列される固体撮像素子におい
て、固体撮像素子の分光感度が所望の波長で極大値を示
すように上記転送電極の膜厚を設定し、その転送電極の
膜厚で固体撮像素子の分光感度が所望の特性を示すよう
に上記絶縁膜の膜厚を設定することによって固体撮像素
子の膜厚を最適化することにある。
体基板の表面領域に情報電荷の移動を阻止する複数の分
離領域が互いに平行に配列され、上記半導体基板上に上
記分離領域と交差する方向に延在する複数の転送電極が
絶縁膜を介して平行に配列される固体撮像素子におい
て、固体撮像素子の分光感度が所望の波長で極大値を示
すように上記転送電極の膜厚を設定し、その転送電極の
膜厚で固体撮像素子の分光感度が所望の特性を示すよう
に上記絶縁膜の膜厚を設定することによって固体撮像素
子の膜厚を最適化することにある。
【0009】
【作用】本発明の第1の特徴によれば、転送電極の下の
絶縁膜を120nmから180nmの間に設定し、各転
送電極の膜厚を50nmから100nmの間に設定する
ことで、撮像素子の分光感度の極大値が可視光領域に位
置するようになる。従って、可視光領域の波長を有する
光が最も効率よく転送電極を透過して転送電極の下に位
置するチャネル領域に到達し、可視光領域の光に対する
受光感度が向上される。
絶縁膜を120nmから180nmの間に設定し、各転
送電極の膜厚を50nmから100nmの間に設定する
ことで、撮像素子の分光感度の極大値が可視光領域に位
置するようになる。従って、可視光領域の波長を有する
光が最も効率よく転送電極を透過して転送電極の下に位
置するチャネル領域に到達し、可視光領域の光に対する
受光感度が向上される。
【0010】本発明の第2の特徴によれば、分光感度の
極大値を示す波長を転送電極の膜厚によって設定し、分
光感度の特定範囲の特性を転送電極の下の絶縁膜の膜厚
制御により設定することで、所望の分光感度特性を容易
に得ることができる。従って、短波長の光の感度がよ
く、バランスのよい分光感度特性を有する固体撮像素子
を実現できる。
極大値を示す波長を転送電極の膜厚によって設定し、分
光感度の特定範囲の特性を転送電極の下の絶縁膜の膜厚
制御により設定することで、所望の分光感度特性を容易
に得ることができる。従って、短波長の光の感度がよ
く、バランスのよい分光感度特性を有する固体撮像素子
を実現できる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の固体撮像素子の撮像部を示
す断面図で、図2は、その転送電極部分を拡大した図で
ある。N型のシリコン基板11の一面には、P型の不純
物が拡散された拡散層12が形成され、この拡散層12
内に高濃度のP型領域または厚い酸化膜よりなる複数の
分離領域(図示せず)が互いに平行に配置される。分離
領域に挟まれるチャネル領域には、表面領域にN型の不
純物が拡散された埋め込みチャネル層13が形成され
る。シリコン基板11上には、熱酸化による酸化シリコ
ン膜14aを介して多結晶シリコンを材料とする複数の
転送電極15が、チャネル領域と交差し、互いに一定の
間隔をおいて配置される。ここで、酸化シリコン膜14
aの膜厚は約160nm、転送電極15の膜厚は約75
nmに形成される。
す断面図で、図2は、その転送電極部分を拡大した図で
ある。N型のシリコン基板11の一面には、P型の不純
物が拡散された拡散層12が形成され、この拡散層12
内に高濃度のP型領域または厚い酸化膜よりなる複数の
分離領域(図示せず)が互いに平行に配置される。分離
領域に挟まれるチャネル領域には、表面領域にN型の不
純物が拡散された埋め込みチャネル層13が形成され
る。シリコン基板11上には、熱酸化による酸化シリコ
ン膜14aを介して多結晶シリコンを材料とする複数の
転送電極15が、チャネル領域と交差し、互いに一定の
間隔をおいて配置される。ここで、酸化シリコン膜14
aの膜厚は約160nm、転送電極15の膜厚は約75
nmに形成される。
【0012】1層目の転送電極15上には、熱酸化によ
る酸化シリコン膜14b、14c及び気相成長による酸
化シリコン膜14dからなる2層構造の絶縁膜を介し、
1層目の転送電極15の間隙部分を覆うようにして2層
目の転送電極16が配置される。熱酸化によって転送電
極15の間隙部分に形成される酸化シリコン膜14bは
約10nm、気相成長による酸化シリコン膜14dは約
150nmの膜厚に形成され、転送電極16は約75n
mの膜厚に形成される。これにより、2層目の転送電極
16の下に形成される酸化シリコン膜14b、14dの
膜厚が、1層目の転送電極15の下に形成される酸化シ
リコン膜14aの膜厚と等しくなる。そして、転送電極
16上には絶縁膜としてPSG膜17が形成され、各転
送電極15、16に電力を供給するアルミニウム等の配
線が撮像部の周辺領域でPSG膜17上に配置される。
る酸化シリコン膜14b、14c及び気相成長による酸
化シリコン膜14dからなる2層構造の絶縁膜を介し、
1層目の転送電極15の間隙部分を覆うようにして2層
目の転送電極16が配置される。熱酸化によって転送電
極15の間隙部分に形成される酸化シリコン膜14bは
約10nm、気相成長による酸化シリコン膜14dは約
150nmの膜厚に形成され、転送電極16は約75n
mの膜厚に形成される。これにより、2層目の転送電極
16の下に形成される酸化シリコン膜14b、14dの
膜厚が、1層目の転送電極15の下に形成される酸化シ
リコン膜14aの膜厚と等しくなる。そして、転送電極
16上には絶縁膜としてPSG膜17が形成され、各転
送電極15、16に電力を供給するアルミニウム等の配
線が撮像部の周辺領域でPSG膜17上に配置される。
【0013】以上の構造の固体撮像素子においては、可
視光領域内(波長550nm前後)に分光感度の極大値
を有していると共に、可視光領域の短波長側、即ち、青
色部分(波長500nm前後)における受光感度が良好
である。ここで示した各膜厚の値は、各種の条件を設定
したシミュレーション結果及び実際に製造された固体撮
像素子を用いた測定結果に基づいて決定される。次に、
各膜厚値の最適化方法について説明する。
視光領域内(波長550nm前後)に分光感度の極大値
を有していると共に、可視光領域の短波長側、即ち、青
色部分(波長500nm前後)における受光感度が良好
である。ここで示した各膜厚の値は、各種の条件を設定
したシミュレーション結果及び実際に製造された固体撮
像素子を用いた測定結果に基づいて決定される。次に、
各膜厚値の最適化方法について説明する。
【0014】まず、転送電極の下の酸化膜厚を一定値
(150nm)としたとき、転送電極の膜厚をa:40
nm、b:60nm、c:80nm及びd:100nm
とすると、それぞれの場合での固体撮像素子の分光感度
特性は、シミュレーションによれば図3に示すようにな
る。この図において、横軸は入射する光の波長、縦軸は
入射する光の相対的な感度をそれぞれ表している。各分
光感度特性は、aを除いて、入射光の波長が400nm
程度で立ち上がり、800nm程度で収束している。そ
して、分光感度のピーク位置は、転送電極の膜厚が厚く
なるに従って長波長側へずれる傾向にあることが確認で
きる。ここで、可視光領域(波長が約400nm〜約8
00nmの範囲)での分光感度の様子をみると、可視光
領域の中間から短波長側にかけてピークを有するb及び
cが理想に近い特性であることが分かる。このように、
絶対感度のピークが可視光領域の中間から相対的に感度
不足となりやすい短波長側にあれば、短波長側と長波長
側とでバランスのとれた分光感度特性となる。
(150nm)としたとき、転送電極の膜厚をa:40
nm、b:60nm、c:80nm及びd:100nm
とすると、それぞれの場合での固体撮像素子の分光感度
特性は、シミュレーションによれば図3に示すようにな
る。この図において、横軸は入射する光の波長、縦軸は
入射する光の相対的な感度をそれぞれ表している。各分
光感度特性は、aを除いて、入射光の波長が400nm
程度で立ち上がり、800nm程度で収束している。そ
して、分光感度のピーク位置は、転送電極の膜厚が厚く
なるに従って長波長側へずれる傾向にあることが確認で
きる。ここで、可視光領域(波長が約400nm〜約8
00nmの範囲)での分光感度の様子をみると、可視光
領域の中間から短波長側にかけてピークを有するb及び
cが理想に近い特性であることが分かる。このように、
絶対感度のピークが可視光領域の中間から相対的に感度
不足となりやすい短波長側にあれば、短波長側と長波長
側とでバランスのとれた分光感度特性となる。
【0015】一方、転送電極の膜厚と感度との関係は、
実測値及びシミュレーションの結果より、図4に示すよ
うになる。この図において、横軸は転送電極の膜厚、縦
軸は相対的な感度を表している。尚、この感度について
は、転送電極の膜厚のそれぞれの値に対して計算される
分光感度を全波長領域で積分して得られた値に基づくも
のである。
実測値及びシミュレーションの結果より、図4に示すよ
うになる。この図において、横軸は転送電極の膜厚、縦
軸は相対的な感度を表している。尚、この感度について
は、転送電極の膜厚のそれぞれの値に対して計算される
分光感度を全波長領域で積分して得られた値に基づくも
のである。
【0016】シミュレーション結果によると、転送電極
の膜厚が75nm付近で感度がピークとなり、この値以
上に転送電極が薄くなっても光の透過率が良くならない
ことが分かる。また、膜厚が160nm付近でも再びピ
ークが現れるが、膜厚が75nm付近に現れるピークよ
りは値が小さくなっている。そこで、実際に製造された
固体撮像素子を用いて測定した実測値をシミュレーショ
ン結果に重ね合わせると、シミュレーション結果と略一
致することが確認でき、このシミュレーション結果が実
際の感度特性を表しているものと判断できる。これらの
結果から、転送電極の膜厚は、50nmから100nm
の範囲、好ましくは感度がピークとなる膜厚75nmに
対して±10%程度の範囲であれば、ピーク時の90%
以上の感度を確保できるため、最適となる。この最適値
は、図3に示すシミュレーション結果から得られる転送
電極の膜厚の最適値とも略一致している。図1に示す固
体撮像素子においては、感度がピークとなるときの条件
を採用し、転送電極15、16の膜厚を75nmに設定
している。
の膜厚が75nm付近で感度がピークとなり、この値以
上に転送電極が薄くなっても光の透過率が良くならない
ことが分かる。また、膜厚が160nm付近でも再びピ
ークが現れるが、膜厚が75nm付近に現れるピークよ
りは値が小さくなっている。そこで、実際に製造された
固体撮像素子を用いて測定した実測値をシミュレーショ
ン結果に重ね合わせると、シミュレーション結果と略一
致することが確認でき、このシミュレーション結果が実
際の感度特性を表しているものと判断できる。これらの
結果から、転送電極の膜厚は、50nmから100nm
の範囲、好ましくは感度がピークとなる膜厚75nmに
対して±10%程度の範囲であれば、ピーク時の90%
以上の感度を確保できるため、最適となる。この最適値
は、図3に示すシミュレーション結果から得られる転送
電極の膜厚の最適値とも略一致している。図1に示す固
体撮像素子においては、感度がピークとなるときの条件
を採用し、転送電極15、16の膜厚を75nmに設定
している。
【0017】以上のようにして分光感度が所望の波長で
ピークとなるように転送電極の膜厚を決定した後には、
転送電極の下の酸化膜の膜厚を最適化する。まず、転送
電極を一定値(75nm)としたとき、転送電極の下の
酸化膜の膜厚をa:100nm、b:140nm、c:
160nm及びd:180nmとすると、それぞれの場
合での固体撮像素子の分光感度特性は、シミュレーショ
ンによれば図5に示すようになる。この図において、横
軸は入射する光の波長、縦軸は入射する光の相対的な感
度をそれぞれ表している。各分光感度特性は、入射光の
波長が600nm以上では何れの場合も同じ傾向を示し
ているが、波長が400nm〜600nmの範囲では酸
化膜厚によって大きく異なった傾向を示している。一般
に、波長が500nm前後の光、即ち、青色付近の光に
ついては、シリコンを基板とする固体撮像素子において
感度不足となりやすく、この青色感度の確保が膜厚の設
定において重要になる。従って、波長が500nmの入
射光に対する感度が良好なb、cが理想に近い特性であ
ることが分かる。図1に示す固体撮像素子においては、
400nmに近い波長の光に対しても良好な感度を示す
cの場合の条件を採用し、転送電極15、16の下の酸
化膜14の膜厚を160nmに設定している。
ピークとなるように転送電極の膜厚を決定した後には、
転送電極の下の酸化膜の膜厚を最適化する。まず、転送
電極を一定値(75nm)としたとき、転送電極の下の
酸化膜の膜厚をa:100nm、b:140nm、c:
160nm及びd:180nmとすると、それぞれの場
合での固体撮像素子の分光感度特性は、シミュレーショ
ンによれば図5に示すようになる。この図において、横
軸は入射する光の波長、縦軸は入射する光の相対的な感
度をそれぞれ表している。各分光感度特性は、入射光の
波長が600nm以上では何れの場合も同じ傾向を示し
ているが、波長が400nm〜600nmの範囲では酸
化膜厚によって大きく異なった傾向を示している。一般
に、波長が500nm前後の光、即ち、青色付近の光に
ついては、シリコンを基板とする固体撮像素子において
感度不足となりやすく、この青色感度の確保が膜厚の設
定において重要になる。従って、波長が500nmの入
射光に対する感度が良好なb、cが理想に近い特性であ
ることが分かる。図1に示す固体撮像素子においては、
400nmに近い波長の光に対しても良好な感度を示す
cの場合の条件を採用し、転送電極15、16の下の酸
化膜14の膜厚を160nmに設定している。
【0018】一方、転送電極下の酸化膜の膜厚と感度と
の関係は、シミュレーション結果によると、図4に示す
とおりである。この図において、横軸は標準値を150
nmとした転送電極の膜厚の相対値で、縦軸は全波長領
域に対する感度の相対値を表している。この感度につい
ては、分光感度を全波長領域で積分して得られた値に基
づくものであることから、感度がピークとなる膜厚に近
い値が最適値であるとは判断できないが、相対値が1.
0〜1.6の範囲では標準値以上の感度が確保されてい
ることが分かる。これらの結果から、転送電極の膜厚が
75nmのとき、酸化膜の膜厚は、120nm〜180
nmの範囲、好ましくは、160nmに対して±10%
程度の範囲が最適となる。尚、この酸化膜の膜厚は、転
送電極の膜厚が75nmのときの最適値であり、転送電
極の膜厚が変われば変化することになる。
の関係は、シミュレーション結果によると、図4に示す
とおりである。この図において、横軸は標準値を150
nmとした転送電極の膜厚の相対値で、縦軸は全波長領
域に対する感度の相対値を表している。この感度につい
ては、分光感度を全波長領域で積分して得られた値に基
づくものであることから、感度がピークとなる膜厚に近
い値が最適値であるとは判断できないが、相対値が1.
0〜1.6の範囲では標準値以上の感度が確保されてい
ることが分かる。これらの結果から、転送電極の膜厚が
75nmのとき、酸化膜の膜厚は、120nm〜180
nmの範囲、好ましくは、160nmに対して±10%
程度の範囲が最適となる。尚、この酸化膜の膜厚は、転
送電極の膜厚が75nmのときの最適値であり、転送電
極の膜厚が変われば変化することになる。
【0019】以下で、転送電極及び酸化膜を所望の膜厚
に形成するための製造方法について説明する。図7は、
固体撮像素子の製造方法を示す工程別の断面図で、図1
と同一部分を示している。 (1)第1工程 始めに、N型のシリコン基板11の一面にボロンイオン
等のP型の不純物を注入して拡散層12を形成し、この
拡散層11内に分離領域として高濃度のP型領域(図示
せず)を複数本平行に形成する。これらの分離領域に挟
まれたチャネル領域には、リンイオン等のN型の不純物
を注入して埋め込みチャネル層13を形成する。以上の
注入工程は、周知のフォトリソグラフィ技術によって得
られる所望の形状のレジストマスクを用いて行われる。
そして、分離領域及びチャネル領域が形成されたシリコ
ン基板11上に、ゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜2
1を、熱酸化によって膜厚160nmに形成する。さら
に、CVD法により、転送電極となる多結晶シリコン膜
22を膜厚75nm、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜
22を膜厚160nm以上に形成する。ここで重要とな
るのは、酸化シリコン膜21及び多結晶シリコン膜22
の膜厚であり、それぞれ処理温度、処理時間等の制御に
よって正確な値に形成する。 (2)第2工程 次に、所定の形状にパターニングされたレジストマスク
24を酸化シリコン膜23上に形成し、このレジストマ
スク24に従って酸化シリコン膜23及び多結晶シリコ
ン膜22をエッチングして1層目の転送電極15を形成
する。この転送電極15は、拡散層11に設けられるチ
ャネル領域と交差する方向に延在し、且つそれぞれが一
定の距離を隔てて互いに平行となるように形成される。
さらに、レジストマスク24を除去した後にRIE法に
て酸化シリコン膜21をエッチングし、シリコン基板1
1の表面を露出させる。このエッチングの際には、転送
電極15上に残された酸化シリコン膜23が転送電極1
5の保護膜となる。このように、レジストマスク24を
除去した後に酸化シリコン膜21を除去してシリコン基
板11の表面を露出させるようにすれば、レジストマス
ク24の除去によって発生する不純物がシリコン基板1
1の表面に付着するの防止できる。 (3)第3工程 転送電極15の側面と転送電極15の間隙部分に露出す
るシリコン基板11の表面とを薄く熱酸化し、ゲート絶
縁膜の一部となる酸化シリコン膜14cを膜厚10nm
に形成する。ここでの熱酸化工程については、転送電極
15の膜厚の変化を最小限とすると共に、転送電極15
の下の酸化シリコン膜14aの端部の酸化が進んで膜厚
が不均一となるのを防止するため、短時間で完了するこ
とが好ましい。そして、CVD法による別の酸化シリコ
ン膜14dを酸化シリコン膜14cを覆うようにして膜
厚150nmに形成する。この酸化シリコン膜16の形
成は、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)を用いた減
圧CVD法が好適である。TEOSは、室温でアルコー
ル状の液体で、加熱により分解され、反応式 Si(OC2H5)4 → SiO2+4C2H4+2H2O に従って酸化シリコンを成長させるもので、このTEO
Sを利用して成長される酸化シリコン膜は、段差被覆性
が良く層間絶縁膜に適している。 (4)第4工程 酸化シリコン膜14dを形成した後、酸化シリコン膜1
4d上に転送電極となる多結晶シリコン膜25をCVD
法により膜厚75nmに形成する。そして、この多結晶
シリコン膜25の転送電極15と重なる部分を周知のエ
ッチング工程により除去し、転送電極15の間隙部分を
覆う2層目の転送電極16を形成する。この転送電極1
6は、1層目の転送電極14と同様に、チャネル領域と
交差する方向に延在し、側辺部が隣り合う転送電極14
と重なり合うように配置される。この転送電極16とシ
リコン基板11との間には、膜厚10nmの酸化シリコ
ン膜14cと膜厚150nmの酸化シリコン膜14dと
が介在しており、シリコン基板11との間の距離は、1
層目の転送電極15と同じ160nmとなる。
に形成するための製造方法について説明する。図7は、
固体撮像素子の製造方法を示す工程別の断面図で、図1
と同一部分を示している。 (1)第1工程 始めに、N型のシリコン基板11の一面にボロンイオン
等のP型の不純物を注入して拡散層12を形成し、この
拡散層11内に分離領域として高濃度のP型領域(図示
せず)を複数本平行に形成する。これらの分離領域に挟
まれたチャネル領域には、リンイオン等のN型の不純物
を注入して埋め込みチャネル層13を形成する。以上の
注入工程は、周知のフォトリソグラフィ技術によって得
られる所望の形状のレジストマスクを用いて行われる。
そして、分離領域及びチャネル領域が形成されたシリコ
ン基板11上に、ゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜2
1を、熱酸化によって膜厚160nmに形成する。さら
に、CVD法により、転送電極となる多結晶シリコン膜
22を膜厚75nm、層間絶縁膜となる酸化シリコン膜
22を膜厚160nm以上に形成する。ここで重要とな
るのは、酸化シリコン膜21及び多結晶シリコン膜22
の膜厚であり、それぞれ処理温度、処理時間等の制御に
よって正確な値に形成する。 (2)第2工程 次に、所定の形状にパターニングされたレジストマスク
24を酸化シリコン膜23上に形成し、このレジストマ
スク24に従って酸化シリコン膜23及び多結晶シリコ
ン膜22をエッチングして1層目の転送電極15を形成
する。この転送電極15は、拡散層11に設けられるチ
ャネル領域と交差する方向に延在し、且つそれぞれが一
定の距離を隔てて互いに平行となるように形成される。
さらに、レジストマスク24を除去した後にRIE法に
て酸化シリコン膜21をエッチングし、シリコン基板1
1の表面を露出させる。このエッチングの際には、転送
電極15上に残された酸化シリコン膜23が転送電極1
5の保護膜となる。このように、レジストマスク24を
除去した後に酸化シリコン膜21を除去してシリコン基
板11の表面を露出させるようにすれば、レジストマス
ク24の除去によって発生する不純物がシリコン基板1
1の表面に付着するの防止できる。 (3)第3工程 転送電極15の側面と転送電極15の間隙部分に露出す
るシリコン基板11の表面とを薄く熱酸化し、ゲート絶
縁膜の一部となる酸化シリコン膜14cを膜厚10nm
に形成する。ここでの熱酸化工程については、転送電極
15の膜厚の変化を最小限とすると共に、転送電極15
の下の酸化シリコン膜14aの端部の酸化が進んで膜厚
が不均一となるのを防止するため、短時間で完了するこ
とが好ましい。そして、CVD法による別の酸化シリコ
ン膜14dを酸化シリコン膜14cを覆うようにして膜
厚150nmに形成する。この酸化シリコン膜16の形
成は、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)を用いた減
圧CVD法が好適である。TEOSは、室温でアルコー
ル状の液体で、加熱により分解され、反応式 Si(OC2H5)4 → SiO2+4C2H4+2H2O に従って酸化シリコンを成長させるもので、このTEO
Sを利用して成長される酸化シリコン膜は、段差被覆性
が良く層間絶縁膜に適している。 (4)第4工程 酸化シリコン膜14dを形成した後、酸化シリコン膜1
4d上に転送電極となる多結晶シリコン膜25をCVD
法により膜厚75nmに形成する。そして、この多結晶
シリコン膜25の転送電極15と重なる部分を周知のエ
ッチング工程により除去し、転送電極15の間隙部分を
覆う2層目の転送電極16を形成する。この転送電極1
6は、1層目の転送電極14と同様に、チャネル領域と
交差する方向に延在し、側辺部が隣り合う転送電極14
と重なり合うように配置される。この転送電極16とシ
リコン基板11との間には、膜厚10nmの酸化シリコ
ン膜14cと膜厚150nmの酸化シリコン膜14dと
が介在しており、シリコン基板11との間の距離は、1
層目の転送電極15と同じ160nmとなる。
【0020】さらに、これらの転送電極16上には、絶
縁膜を介してアルミニウム等の配線が各転送電極15、
16の端部に接続されるようにして形成され、情報電荷
の蓄積時及び転送時には、その配線から転送電極15、
16に所定の電位が供給される。以上の製造工程による
と、各転送電極15、16が形成された後に熱酸化の工
程が少ないことから、始めに形成した多結晶シリコン膜
22、25の膜厚をそのまま転送電極15、16の膜厚
とすることがで、転送電極15、16の膜厚の制御が容
易になる。また、2層目の転送電極16の下でシリコン
基板11と接している酸化シリコン膜14cは、1層目
の転送電極15の下でシリコン基板11と接している酸
化シリコン膜14aと同じ方法(熱酸化法)によって形
成されたものであるため、それぞれの領域でシリコン/
酸化シリコン界面の界面準位が等しくなる。このため、
各転送電極15、16の特性が均一になり、転送効率の
劣化が抑圧される。
縁膜を介してアルミニウム等の配線が各転送電極15、
16の端部に接続されるようにして形成され、情報電荷
の蓄積時及び転送時には、その配線から転送電極15、
16に所定の電位が供給される。以上の製造工程による
と、各転送電極15、16が形成された後に熱酸化の工
程が少ないことから、始めに形成した多結晶シリコン膜
22、25の膜厚をそのまま転送電極15、16の膜厚
とすることがで、転送電極15、16の膜厚の制御が容
易になる。また、2層目の転送電極16の下でシリコン
基板11と接している酸化シリコン膜14cは、1層目
の転送電極15の下でシリコン基板11と接している酸
化シリコン膜14aと同じ方法(熱酸化法)によって形
成されたものであるため、それぞれの領域でシリコン/
酸化シリコン界面の界面準位が等しくなる。このため、
各転送電極15、16の特性が均一になり、転送効率の
劣化が抑圧される。
【0021】なお、以上の実施例においては、N型のシ
リコン基板11にP型の拡散層12を形成した縦型オー
バーフロードレイン構造を例示したが、P型のシリコン
基板を用い、分離領域内にオーバーフロードレインを設
けた横型オーバーフロードレン構造でも同様に実施可能
である。
リコン基板11にP型の拡散層12を形成した縦型オー
バーフロードレイン構造を例示したが、P型のシリコン
基板を用い、分離領域内にオーバーフロードレインを設
けた横型オーバーフロードレン構造でも同様に実施可能
である。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、転送電極及びその下の
酸化膜における干渉の影響がなくなり、各転送電極を効
率よく光が透過してチャネル領域に入射することになる
ため、受光画素のサイズが小さくなった場合でも十分な
受光感度を得ることができる。また、短波長の光に対し
ても十分な感度を確保できることから、最適な分光感度
特性を得ることができ、カラー固体撮像素子に適してい
る。
酸化膜における干渉の影響がなくなり、各転送電極を効
率よく光が透過してチャネル領域に入射することになる
ため、受光画素のサイズが小さくなった場合でも十分な
受光感度を得ることができる。また、短波長の光に対し
ても十分な感度を確保できることから、最適な分光感度
特性を得ることができ、カラー固体撮像素子に適してい
る。
【図1】本発明の固体撮像素子の撮像部の断面図であ
る。
る。
【図2】本発明の固体撮像素子の転送電極部分の拡大図
である。
である。
【図3】固体撮像素子の分光感度のシミュレーション結
果を示す図である。
果を示す図である。
【図4】固体撮像素子の転送電極の膜厚と感度との関係
のシミュレーション結果及び実測値を示す図である。
のシミュレーション結果及び実測値を示す図である。
【図5】固体撮像素子の分光感度のシミュレーション結
果を示す図である。
果を示す図である。
【図6】固体撮像素子の転送電極の膜厚と感度との関係
のシミュレーション結果を示す図である。
のシミュレーション結果を示す図である。
【図7】本発明の固体撮像素子の製造方法を示す工程別
の断面図である。
の断面図である。
【図8】従来の固体撮像素子の撮像部を示す平面図であ
る。
る。
【図9】図8のX−X線の断面図である。
1、11 シリコン基板 2、12 拡散層 3 分離領域 4 チャネル領域 5、13 埋め込みチャネル層 6、14、23 酸化シリコン膜 7、8、15、16 転送電極 22、25 多結晶シリコン膜 24 レジストマスク
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板に入射される光に応答して発
生する情報電荷を、半導体基板上に配置された複数の転
送電極の作用により基板の表面領域に形成されるポテン
シャル井戸に蓄積する固体撮像素子において、情報電荷
の移動を阻止する複数の分離領域が互いに平行に配列さ
れた半導体基板と、この半導体基板の表面を被う絶縁膜
と、この絶縁膜上で上記分離領域と交差する方向に延在
し、互いに一定の間隔を空けて平行に配列される複数の
第1の転送電極と、これらの第1の転送電極の各間隙を
覆うようにして配置される複数の第2の転送電極と、を
備え、上記半導体基板上の絶縁膜の膜厚が約120nm
乃至約180nmの範囲に形成されると共に、上記第1
及び第2の転送電極の膜厚が約50nm乃至約100n
mの範囲に形成されることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項2】 半導体基板の表面領域に情報電荷の移動
を阻止する複数の分離領域が互いに平行に配列され、上
記半導体基板上に上記分離領域と交差する方向に延在す
る複数の転送電極が絶縁膜を介して平行に配列される固
体撮像素子において、固体撮像素子の分光感度が所望の
波長で極大値を示すように上記転送電極の膜厚を設定
し、その転送電極の膜厚で固体撮像素子の分光感度が所
望の特性を示すように上記絶縁膜の膜厚を設定すること
を特徴とする膜厚の最適化方法。 - 【請求項3】 半導体基板の表面領域に情報電荷の移動
を阻止する複数の分離領域が互いに平行に配列され、上
記半導体基板上に上記分離領域と交差する方向に延在す
る複数の転送電極が絶縁膜を介して平行に配列される固
体撮像素子において、固体撮像素子の分光感度が可視光
領域の特定の波長で極大値を示すように上記転送電極の
膜厚を設定し、その転送電極の膜厚で固体撮像素子の分
光感度が可視光領域の短波長側で高い感度を示すように
上記絶縁膜の膜厚を設定することを特徴とする膜厚の最
適化方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6030324A JPH07240512A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法 |
US08/225,004 US5483090A (en) | 1993-04-09 | 1994-04-07 | Solid-state image pickup device and method for manufacturing such device |
KR1019940007330A KR100196302B1 (ko) | 1993-04-09 | 1994-04-08 | 막 두께가 최적으로 설정된 다층 구조 고체 촬상 소자 및 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6030324A JPH07240512A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07240512A true JPH07240512A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12300634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6030324A Pending JPH07240512A (ja) | 1993-04-09 | 1994-02-28 | 固体撮像素子及びその膜厚の最適化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07240512A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004508727A (ja) * | 2000-09-05 | 2004-03-18 | ダルサ、コーポレーション | イメージセンサとその製造方法 |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP6030324A patent/JPH07240512A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004508727A (ja) * | 2000-09-05 | 2004-03-18 | ダルサ、コーポレーション | イメージセンサとその製造方法 |
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