JPH0745806A

JPH0745806A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0745806A
Application number: JP5192165A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Mizushima; 一嘉水嶌
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1993-08-03
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】高融点金属で形成した電極パッド上に低ダメ
ージエッチングで形成したパッドアルミニウム層を形成
して、低スミアで輝点不良のない固体撮像装置を得る。【構成】固体撮像装置の遮光膜１４と配線層１５と電
極パッド１６を高融点金属膜で同一工程で形成すること
で、低スミアと輝点不良の低減と工程数の削減を実現し
た。電極パッド１６上にパッドアルミニウム層１８を低
ダメージエッチングで形成することで、高融点金属がむ
き出しになったときの不都合を解消した。例えば、輝点
不良を増加せずに実装時に電極パッド１６と金線ボンデ
ィングとの接続不良を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スミア特性にすぐれた
固体撮像装置とそれを歩留まりよく製造することができ
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３を用いて従来の固体撮像装置の構造
を詳細に説明する。図３において左側部分は光電変換に
よって信号電荷を発生させて所定の出力部まで転送する
動作を行なう固体撮像装置の撮像領域を示している。図
３の右側部分は固体撮像装置と外部の信号のやり取りを
行う入出力領域を示しており、撮像領域の周囲に設けら
れている。図３において、１はＮ型半導体基板、２は第
一のＰ型拡散層、３はＮ型拡散層領域からなるフォトダ
イオード、４は転送チャンネル５に電子が拡散するのを
防ぐ第二のＰ型拡散層、５はＮ型拡散層からなる転送チ
ャンネル、６はフォトダイオード３から転送チャンネル
５への信号電荷を読み出す時の読み出しポテンシャル制
御を行う第三のＰ型拡散層、７は転送チャンネル５と隣
接したフォトダイオード３の電気的分離を行う第四のＰ
型拡散層、８はゲート絶縁膜、９は分離絶縁膜、１０は
分離拡散層、１１は転送電極、１２は第一の層間膜、１
３は第二の層間膜、１４は遮光膜、１５は配線層、１６
は電極パッド、１７は保護膜を示している。

【０００３】次に図３を用いてさらに詳細な固体撮像装
置の構造について説明する。まず、Ｎ型半導体基板１に
第一のＰ型拡散層２が形成されている。

【０００４】第一のＰ型拡散層２にはフォトダイオード
３が形成されている。フォトダイオード３はＮ型拡散層
からなり、固体撮像装置の光電変換部を形成している。

【０００５】また、第一のＰ型拡散層２には第二のＰ型
拡散層４が形成されている。第二のＰ型拡散層４はＮ型
半導体基板１で発生する雑音となる電荷が転送チャンネ
ル５へ拡散するのを防止する作用がある。

【０００６】転送チャンネル５はＮ型拡散層で形成され
ている。転送チャンネル５はフォトダイオード３で形成
された信号電荷を所定の領域に転送するための転送領域
である。

【０００７】第三のＰ型拡散層６がフォトダイオード３
と転送チャンネル５との間に形成されている。第三のＰ
型拡散層６はフォトダイオード３から転送チャンネル５
に信号電荷が転送されるときにポテンシャル制御を行な
う。

【０００８】固体撮像装置はフォトダイオード３と転送
チャンネル５が一対となり、それがマトリックス状に形
成されている。この対と隣合う対との間を電気的に分離
するために第四のＰ型拡散層７が形成されている。

【０００９】フォトダイオード３と転送チャンネル５が
マトリックス状に配列された撮像領域では、Ｎ型半導体
基板１上にシリコン酸化膜によってゲート絶縁膜８が成
長されている。

【００１０】また、撮像領域を除いた所定の領域のＮ型
半導体基板１上には、一般的な局所酸化法（ＬＯＣＯＳ
法）によって成長した厚膜シリコン酸化膜によって分離
絶縁膜９が成長されている。分離絶縁膜９下のＮ型半導
体基板１にはＰ型の極性をもつ分離拡散層１０が形成さ
れている。

【００１１】転送電極１１は減圧ＣＶＤ法を用いて成長
したポリシリコンをパターンニングして形成される。転
送電極１１はフォトダイオード３で形成された信号電荷
を転送チャンネル５に読み出し、転送するための駆動パ
ルスを印加する電極として使用される。

【００１２】転送電極１１の表面にはポリシリコン酸化
膜からなる第一の層間膜１２が成長されている。

【００１３】第一の層間膜１２の表面には第二の層間膜
１３がシリコン酸化膜により形成されている。

【００１４】転送チャンネル５に光が入射してスミア成
分となることを避けるために遮光膜１４が形成される。
遮光膜１４はドライエッチングによって形成される。こ
の時、フォトダイオード３領域のＮ型半導体基板１に結
晶欠陥を発生すると、これがキャリアの生成中心となっ
てフォトキャリア以外に偽の信号を発生する。このよう
な偽の信号は固体撮像装置の撮像画面において白い輝点
として現れる。このような輝点不良は「白傷」と呼ば
れ、歩留り低下の主因となっている。本従来例では遮光
膜１４にタングステン（Ｗ）を用いている。

【００１５】配線層１５と電極パッド１６は分離絶縁膜
９上に形成される。これらは、必要に応じて複数形成さ
れるが、図３では煩雑を避けるため便宜上一つづつ示し
た。配線層１５と電極パッド１６は工程の簡略化のた
め、遮光膜１４と同一のタングステン成膜工程およびパ
ターンニング工程によって形成される。配線層１５は、
撮像領域に設けられた入出力電極と撮像領域の周囲に設
けられた入出力回路の電極と電極パッドとの間に所定の
結線を形成するものである。電極パッド１６は所定の配
線層１５に接続されており、固体撮像装置の動作に必要
な入力信号を外部から印加する入力端子、もしくは固体
撮像装置の出力信号を外部に取り出すための出力端子と
なる。

【００１６】固体撮像装置の最上面にはプラズマＣＶＤ
法によって成長したシリコン酸化膜によって保護膜１７
が形成されている。保護膜１７は固体撮像装置の最上面
を保護しており、例えば可動イオンが外部から侵入する
のに対して固体撮像装置を守る働きをする。保護膜１７
は電極パッド１６上ではエッチング除去されているの
で、固体撮像装置外部と電気信号をやり取りする妨げと
はならない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置に
は次のような問題があった。完成した固体撮像装置の検
査工程において検査装置の探針を電極パッド１６に接触
させて所定の電気信号を印加し、固体撮像装置の動作確
認が行われる。電極パッド１６が高い硬度を有するタン
グステン膜で形成されていると、検査装置の探針との接
触面積を充分に得ることができないので、電極パッド１
６で接触抵抗が高くなり、検査結果に誤差が発生すると
いう問題点があった。

【００１８】また、完成した固体撮像装置の検査工程に
おいて、検査装置は光学的な手段による自動アライメン
ト動作を行う。タングステン膜はアルミニウム膜に比べ
て光学的反射率が小さいことから、アライメント不良を
起こしやすく、検査工程の自動化に困難を生じるという
問題点があった。

【００１９】また、検査工程の終了した固体撮像装置は
パッケージに実装される。パッケージの電極端子と固体
撮像装置の電極パッド１６の電気的結線は金線（Ａｕ）
ボンディングにより行う。従来の固体撮像装置では電極
パッド１６表面にタングステン膜が露出しているため、
Ａｕボンディングとの密着性が悪く、機械的な接触不良
を発生しやすいという問題点があった。

【００２０】これら問題点の解決策として、遮光膜１４
と配線層１５と電極パッド１６とを下層のタングステン
膜と上層のアルミニウム膜の積層構造とする方法があ
る。この方法によれば、検査装置の探針が電極パッドに
接触すると上層のアルミニウム膜が可塑変形を起こし
て、探針と電極パッドの間に充分な接触面積が得られる
ので、接触抵抗の問題を解決できる。また、電極パッド
の光学的反射率が上層のアルミニウム電極によって向上
するので、検査装置におけるアライメント不良を防止で
きる。また、上層アルミニウム膜とＡｕボンディングと
の密着性が良好なので、実装工程での機械的接触不良を
防止できる。しかしながら、電極パッド１６と遮光膜１
４は工程簡略化のため同時に形成されるので、この方法
によればエッチングダメージ回復を目的として高温熱処
理を加えることができなくなり、固体撮像装置の白傷不
良が増加し、歩留り低下を発生する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】これらの問題点を解決す
るために、本発明における固体撮像装置は、半導体基板
にフォトダイオードと転送チャンネルとが所定の間隔で
配置された撮像領域が形成されており、前記半導体基板
上の前記撮像領域にゲート絶縁膜が形成されており、前
記半導体基板上の所定の領域に分離絶縁膜が形成されて
おり、前記転送チャンネル上に前記ゲート絶縁膜を介し
て転送ゲートが形成されており、前記転送ゲート上に層
間膜を介して少なくとも前記転送チャンネル上面を被覆
し、かつ前記フォトダイオードの一部を被覆した遮光膜
が形成されており、前記分離絶縁膜上には所定の配線層
に接続された電極パッドが形成されており、少なくとも
前記電極パッド上には金属パッド層が形成されている。

【００２２】これらの問題点を解決するために、本発明
における固体撮像装置の製造方法は、半導体基板にフォ
トダイオードと転送チャンネルとを所定の位置に配置し
た撮像領域を形成する工程と、前記撮像領域にはゲート
絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の所定の領域
には分離絶縁膜を形成する工程と、前記転送チャンネル
上の前記ゲート絶縁膜上の所定の領域には転送ゲートを
形成する工程と、前記転送ゲート上に層間膜上を介して
少なくとも前記転送チャンネル上面を被覆し、かつ前記
フォトダイオードの一部を被覆した形状をもつ遮光膜を
形成する工程と、所定の配線層およびこれに接続された
電極パッドを形成する工程と、少なくとも前記電極パッ
ド上には、金属パッド層を形成する工程とを備えてい
る。

【００２３】

【作用】本発明による固体撮像装置の構造およびその製
造方法によれば、低スミア特性の固体撮像装置を良好な
白傷歩留で簡略化された工程で得ることができると同時
に、固体撮像装置外部との信号のやり取りを行なう端子
として設けられた電極パッド上にはパッド金属層が存在
している。これによって、良好な電気的接触を得ること
ができる。また、パッド金属層が高い反射率を有するの
で検査装置において容易にアライメント動作を行なうこ
とができる。また、パッド金属層はＡｕボンディングと
の密着性が高いので、実装工程において接続不良を起こ
すことがない。しかも、パッド金属層を形成するための
製造工程数は非常に少ないので製造コストの上昇を抑制
でき、固体撮像装置の素子特性に悪い影響を及ぼすこと
がない。

【００２４】

【実施例】図１を用いて本発明を適用した固体撮像装置
の構造を詳細に説明する。図１の左側部分は、光電変換
によって信号電荷を発生させて所定の出力部まで転送す
る動作を行なう固体撮像装置の撮像領域を示している。
図１の右側部分は固体撮像装置と外部との信号のやり取
りを行う入出力領域を示しており、撮像領域の周囲に設
けられている。図１において、１はＮ型半導体基板、２
は第一のＰ型拡散層、３はＮ型拡散層領域からなるフォ
トダイオード、４は転送チャンネル５に電子が拡散する
のを防ぐ第二のＰ型拡散層、５はＮ型拡散層からなる転
送チャンネル、６はフォトダイオード３から転送チャン
ネル５への信号電荷を読み出す時の読み出しポテンシャ
ル制御を行う第三のＰ型拡散層、７は転送チャンネル５
と隣接したフォトダイオード３の電気的分離を行う第四
のＰ型拡散層、８はゲート絶縁膜、９は分離絶縁膜、１
０は分離拡散層、１１は転送電極、１２は第一の層間
膜、１３は第二の層間膜、１４は遮光膜、１５は配線
層、１６は電極パッド、１７は保護膜、１８はパッドア
ルミニウム層を示している。

【００２５】次に図１を用いてさらに詳細な固体撮像装
置の構造について説明する。まず、Ｎ型半導体基板１は
面方位（１００）であり、不純物濃度約１０¹⁴ｃｍ ^-3で
ある。Ｎ型半導体基板１に第一のＰ型拡散層２が形成さ
れている。第一のＰ型拡散層２の深さは約５μｍであ
る。また、第一のＰ型拡散層２の不純物濃度は約１０¹⁵
ｃｍ^-3である。第一のＰ型拡散層２の不純物濃度と深さ
を上記の値に設定すると、この固体撮像装置が動作する
時にフォトダイオード３を容易に空乏化させることがで
き、かつ、フォトダイオード３からあふれ出たフォトキ
ャリアをＮ型半導体基板１へ抜き出して転送チャンネル
５へ流入することを防止できる。

【００２６】第一のＰ型拡散層２にはフォトダイオード
３が形成されている。フォトダイオード３はＮ型拡散層
からなり、固体撮像装置の光電変換部を形成している。
すなわちフォトダイオード３に光が入射すると、フォト
ダイオード３の空乏層内に電子とホールのエレクトロン
ペアが発生する。電子は隣接する転送チャンネル５をへ
て信号電荷となる。ホールは第一のＰ型拡散層２を通っ
てＮ型半導体基板１の外部に取り出される。フォトダイ
オード３の不純物濃度は１０¹⁶ｃｍ^-3である。フォトダ
イオード３の深さは、可視光領域の光が入射した時、十
分な光電変換効率を得るために約２μｍである。

【００２７】また、第一のＰ型拡散層２内に第二のＰ型
拡散層４が形成されている。第二のＰ型拡散層４はＮ型
半導体基板１で発生する雑音となる電荷が転送チャンネ
ル５へ拡散するのを防止する作用がある。ここで、第二
のＰ型拡散層４領域の拡散深さは約１μｍである。ま
た、第二のＰ型拡散層４の不純物濃度は１０¹⁶ｃｍ^-3で
ある。第二のＰ型拡散層４はＮ型拡散層領域からなる転
送チャンネル５を囲む。

【００２８】転送チャンネル５はＮ型拡散層で形成され
ている。転送チャンネル５はフォトダイオード３で形成
された信号電荷を所定の領域に転送するための転送領域
である。ここで、転送チャンネル５の拡散深さは約０．
５μｍである。また転送チャンネル５の不純物濃度は１
０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００２９】フォトダイオード３で発生した信号電荷
を、転送チャンネル５へ読み出す際、フォトダイオード
３のポテンシャルより転送チャンネル５のポテンシャル
を低くする。また、転送チャンネル５に運ばれた信号電
荷がフォトダイオード３に逆流したり、あるいは転送チ
ャンネルに信号電荷が存在している場合に、フォトダイ
オード３で形成された信号電荷が転送チャンネル５へと
流れ込まないようにする必要がある。このため、読み出
し時のポテンシャル制御を行う第三のＰ型拡散層６がフ
ォトダイオード３と転送チャンネル５との間に形成され
ている。ここで、第三のＰ型拡散層６の拡散層深さは約
１μｍである。また、第三のＰ型拡散層６の幅は約１μ
ｍである。また第三のＰ型拡散層６のシリコン基板表面
での表面濃度は１０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００３０】固体撮像装置はフォトダイオード３と転送
チャンネル５が一対となり、それがマトリックス状に形
成されている。この対と隣合う対との間を電気的に分離
するために第四のＰ型拡散層７が形成されている。第四
のＰ型拡散層７の深さは約１μｍである。また、第四の
Ｐ型拡散層７の表面濃度は１０¹⁷〜１０¹⁸ｃｍ^-3であ
る。これらの数値は、隣接したフォトダイオードに蓄積
された信号電荷が流れ込まないようにする必要から決定
されている。

【００３１】フォトダイオード３と転送チャンネル５と
の対がマトリックス状に配列された撮像領域では、Ｎ型
半導体基板１上にシリコン酸化膜によってゲート絶縁膜
８が成長されている。ゲート絶縁膜８はパイロ酸化法で
形成される。ゲート絶縁膜８の膜厚は約５０ｎｍであ
る。

【００３２】また固体撮像装置の撮像領域と所定の入出
力回路が形成される領域を除いたＮ型半導体基板１上に
は、一般的に知られている局所酸化法（ＬＯＣＯＳ法）
によって成長したシリコン酸化膜によって分離絶縁膜９
が成長されている。分離絶縁膜９はパイロ酸化法で形成
される。分離絶縁膜９の膜厚は約５００ｎｍ以上であ
る。分離絶縁膜９下のＮ型半導体基板１にはＰ型の極性
をもつ分離拡散層１０が形成されている。分離拡散層１
０の不純物濃度は約１０¹⁸ｃｍ^-3である。分離拡散層１
０の拡散深さは約１μｍである。分離絶縁膜９および分
離拡散層１０によって、撮像領域と所定の入出力回路と
これらを相互に結合する配線層との相互間の電気的絶縁
を得ることができる。

【００３３】転送電極１１は減圧ＣＶＤ法を用いて成長
したポリシリコンをパターンニングして形成される。転
送電極１１はリンドーピングによってシート抵抗が数Ω
〜数１０Ωまで低下している。また転送電極１１の膜厚
は約５００ｎｍである。転送電極１１はフォトダイオー
ド３で形成された信号電荷を転送チャンネル５に読み出
し、転送するための駆動パルスを印加する電極として使
用される。したがって転送電極１１はできる限り低抵抗
であることが望ましい。ただし、低抵抗化の目的でリン
ドープ量を増加すると転送ゲート１１の表面を酸化して
形成する第一の層間膜１２の耐圧が劣化するので、リン
ドープ量は前記のシート抵抗を得る範囲とすることが適
当である。

【００３４】転送電極１１の表面にはポリシリコン酸化
膜からなる第一の層間膜１２が成長されている。第一の
層間膜１２はパイロ酸化法により転送電極１１の表面を
酸化して成長させる。第一の層間膜１２の膜厚は転送電
極１１表面では約２００ｎｍである。第一の層間膜１２
は、層間の耐圧を確保するために形成される他に、第一
の転送電極１１をパターンニングする時のエッチングで
生じたポリシリコン膜のエッチング残りを焼き切ること
でリークを防ぐ効果がある。転送電極１１に印加される
４相の駆動パルスは−７Ｖと０Ｖと＋１５Ｖのレベルを
変化するので、層間膜Ｘは最大電圧差２２Ｖ以上の耐圧
をもつ。

【００３５】第一の層間膜１２の表面には第二の層間膜
１３がシリコン酸化膜により形成されている。本実施例
では、遮光膜１４を高融点金属で形成するので第二の層
間膜１３の膜厚は約１００ｎｍまで薄膜化されている。
第二の層間膜１３はＣＶＤ法によって形成される。第二
の層間膜１３は第一の層間膜１２を形成するポリシリコ
ン酸化膜にピンホール等が存在し局部的に耐圧が弱くな
ることを防止するために形成される。また、遮光膜１４
のエッチングにおいてエッチング残りを減少させるため
には、第一の層間膜１２表面の段差部におけるステップ
カバレッジを良好にする必要があり、第二の層間膜１３
の成長方法は常圧ＣＶＤ法よりは減圧ＣＶＤ法が適当で
ある。第二の層間膜１３を厚くすると、遮光膜１４とＮ
型半導体基板１の隙間が増え、ここに信号光が斜め方向
から入射することになる。特に、この斜め方向からの入
射光がＮ型半導体基板１と遮光膜１４の間で多重反射を
繰り返して転送チャンネル５へ入射するとスミアが増加
する。これを導波管効果と呼称する。導波管効果の低減
には第二の層間絶縁膜１３の膜厚を薄くすることが有効
であるが、Ｎ型半導体基板１と遮光膜１４の間隙が入射
光の波長の半分以下となると多重反射を起こすことがで
きなくなるので、第二の層間膜１３の膜厚を本実施例に
おける１００ｎｍとすれば充分にスミアを低減でき、こ
れより薄くしてもスミアを低減する効果は小さい。第二
の層間絶縁膜１３の膜厚が１００ｎｍを大きく越えると
スミアが増加するので好ましくない。一方、第二の層間
膜１３を１００ｎｍ以下に薄くすると、遮光膜１４をド
ライエッチングにより形成するときフォトダイオード３
にエッチングダメージによる結晶欠陥が発生する。この
ような結晶欠陥が存在すると、該当するフォトダイオー
ドの画素に輝点不良（白傷不良）が現れて、歩留りを低
下させる。以上のことから第二の層間膜１３は１００ｎ
ｍより大幅に薄くする必要はない。

【００３６】転送チャンネル５に光が入射してスミア成
分となることを避けるために遮光膜１４が形成される。
遮光膜１４に高融点金属膜を使用すると、パターンニン
グ後にエッチングダメージ回復の８００℃以上の熱処理
を加えることができ、第二の層間膜１３を１００ｎｍま
で薄膜化できる。もし、遮光膜１４にアルミニウム膜を
使用すると熱処理を加えることができないので、高融点
金属膜を用いる場合とと同等の白傷歩留りを得るために
は第二の層間膜１３を２５０ｎｍ以上に厚くする必要が
あり、このときスミア値は高融点金属膜を使用する場合
よりも約２倍まで劣化する。また、高融点金属膜は同じ
膜厚のときアルミニウム膜に比べて光学的透過率が小さ
く、遮光膜材料としてより適当であるので、膜厚を薄く
して加工性を向上することができる。このような理由で
遮光膜１４はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属膜で形成される。
本実施例では、スパッタ法によって堆積したタングステ
ン膜を用いるものとする。光学的透過特性から、その膜
厚は３００ｎｍとした。３００ｎｍの膜厚で可視光の透
過率は約０.０１％以下となり、遮光膜として使用する
には充分な遮光特性が得られる。このタングステン膜を
より段差被覆性の良好なＣＶＤ法によって形成してもよ
いが、下地密着性が劣るのでスパッタ法で堆積した場合
に比べて熱処理温度の上限界が低下する。遮光膜１４
は、転送電極１１を上方から覆う形状とフォトダイオー
ド３の上方では開口領域となる形状とをもって第二の層
間膜１３上に設けられる。遮光膜１４の端部とフォトダ
イオード３端部の位置関係は、固体撮像装置の感度とス
ミア特性のトレードオフの関係にある。すなわち遮光膜
１４の端部がフォトダイオード３上に張り出すと、フォ
トダイオード３上への入射光が減少するため感度が低下
する一方、転送チャンネル５への光入射が減少するので
スミアが減少する。遮光膜１４のパターンニングは高い
加工精度が要求されるので、ドライエッチングによって
行う。

【００３７】配線層１５と電極パッド１６とは分離絶縁
膜９上に形成される。これらは、必要に応じて複数形成
されるが、図１では便宜上一つづつ示した。配線層１５
と電極パッド１６は工程簡略化のため、遮光膜１４と同
一の成膜工程およびパターンニング工程によって形成さ
れるもので、本実施例ではスパッタ法によって堆積した
膜厚３００ｎｍのタングステン膜によって形成されてい
る。配線層１５は撮像領域に形成された所定の入出力電
極と撮像領域周辺の所定の入出力回路と電極パッド１６
との間に結線を形成するものである。電極パッド１６は
所定の配線層１５に接続されており、固体撮像装置の動
作に必要な入力信号を外部から印加する入力端子、もし
くは固体撮像装置の出力信号を外部に取り出すための出
力端子となる。

【００３８】固体撮像装置の上面にはプラズマＣＶＤ法
によって成長したシリコン酸化膜によって保護膜１７が
形成されている。保護膜１７の膜厚は４００ｎｍであ
る。保護膜１７は固体撮像装置の最上面を保護してお
り、例えば可動イオンの外部からの侵入から固体撮像装
置を守る働きをする。保護膜１７は電極パッド１６上で
はエッチング除去されているので、固体撮像装置外部と
電気信号をやり取りする妨げとはならない。

【００３９】電極パッド１６上にはパッドアルミニウム
層１８が形成されている。パッドアルミニウム層１８は
アルミニウム膜からなり、膜厚は０.３μｍである。膜
厚はこれ以上であってもよいが、厚くするとパッドアル
ミニウム層１８をパターンニングする際の加工性が悪く
なる。パッドアルミニウム層１８はスパッタ法によって
堆積したアルミニウム膜から形成される。保護膜１７最
上面には高低差が最大約１μｍの段差部分が存在するの
で、これら段差部分でこのアルミニウム膜のエッチング
残りが発生しないようにエッチングは等方性のウエット
エッチングによって行う方がよい。なお、パッドアルミ
ニウム層１８はＮ型半導体基板１表面とと平行の面内で
約５０μｍ×約５０μｍの大きなパターンをもつので、
等方性エッチングで加工してよい。また、ウエットエッ
チングを用いれば、フォトダイオード３に対するエッチ
ングダメージが全くなく、かつ、バッチ処理によって高
いスループットを得ることができる。エッチング液は、
保護膜１７に対するアルミニウム膜のエッチング選択比
が高いリン酸（Ｈ₂ＰＯ₃）と硝酸（ＨＮＯ₃）と酢酸
（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）の混合液を用いる。

【００４０】パッドアルミニウム層１８のパターンニン
グを塩素系ガスを用いたドライエッチングによって行っ
てもよいが、例えば高周波電力を低下させるなどの方法
によって充分にエッチングダメージの低減を図る必要が
ある。なぜならドライエッチング処理ではエッチングダ
メージによってフォトダイオード３に結晶欠陥を発生さ
せやすく、アルミニウムパターンの形成後はダメージ回
復の８００℃以上の熱処理を加えることができないから
である。このような結晶欠陥は、撮像画面上で輝点とし
て現れる白傷不良の原因となり、歩留りを低下させる。

【００４１】以上のように構成された固体撮像装置の動
作について説明する。Ｎ型半導体基板１に形成されたフ
ォトダイオード３に信号としての光が外部より入射す
る。フォトダイオード３内では光電変換を起こしてその
光の光量に応じたフォトキャリアが生成され、蓄積され
る。この状態で転送ゲート１１に＋１５Ｖのパルス電圧
を印加すると、そのフォトキャリアは転送チャンネル５
内に読み出される。次に、０Ｖと−７Ｖが交互に繰り返
すパルス電圧を転送ゲート１１に印加してフォトキャリ
アを所定の出力部まで転送することができる。このパル
ス電圧は固体撮像装置の外部からパッドアルミニウム層
１８を介して所定の電極パッド１６に印加され、所定の
配線層１５を介して転送ゲート１１に伝達される。

【００４２】本実施例の固体撮像装置の構成によれば、
タングステン膜で構成された電極パッド１６上にはアル
ミパッド層１８が形成されている。従来の固体撮像装置
では検査工程で高い硬度を有するタングステン膜製の電
極パッド１６と検査装置の探針との間の接触面積が小さ
いために電気的接触不良を発生していたが、本発明によ
る固体撮像装置ではこのような接触不良は発生すること
がない。なぜなら、パッドアルミニウム層１８が探針と
接触するときに可塑変形するので、探針との間に充分な
接触面積を得ることができるからである。

【００４３】また、従来の固体撮像装置ではタングステ
ン膜で構成された電極パッド１６の光学的反射率が小さ
いので検査装置のアライメント不良を発生していたが、
本発明による固体撮像装置の構造によればこのようなア
ライメント不良は発生することがない。なぜなら、本発
明におけるパッドアルミニウム層１８が高い光学的反射
率を持つので、検査装置がアライメント動作を行なうた
めに充分な反射光の光量を得ることができるからであ
る。

【００４４】また、従来の固体撮像装置ではタングステ
ン膜で構成された電極パッド１６と金線（Ａｕ）ボンデ
ィングの密着性が悪く、この箇所で機械的接合不良を発
生していたが、本発明における固体撮像装置の構造によ
ればこのような機会的接合不良は発生することがない。
なぜなら、本発明における固体撮像装置の構造によれば
電極パッド１６とＡｕボンディングの間にパッドアルミ
ニウム層１８を介するので、電極パッド１６とパッドア
ルミニウム層１８とＡｕボンディングとの間それぞれに
充分な機械的接合強度を得られるからである。

【００４５】また、本発明における固体撮像装置によれ
ば上記の効果が良好な低スミアかつ良好な白傷歩留りと
両立して得ることができる。なぜなら、本実施例では遮
光膜はタングステン膜だけで構成されるので、遮光膜形
成ドライエッチング後にエッチングダメージ回復の熱処
理を導入することができる。また、パッドアルミニウム
層１８はウエットエッチングによって形成されるか、も
しくは、フォトダイオード３上には保護膜１７が緩衝層
として機能する状態で低ダメージ化されたドライエッチ
ングによって形成される。したがって、パッドアルミニ
ウム層１８のパターンニングにおいてフォトダイオード
３にエッチングダメージが発生し難ので、本発明におけ
る固体撮像装置では良好な白傷歩留りを得ることができ
る。

【００４６】以下、本発明の製造方法について図２を参
照しながら説明する。まず、Ｎ型半導体基板１の主表面
上に約１００ｎｍの熱酸化膜を形成する。Ｎ型半導体基
板１上にフォトレジストを塗布し（図示せず）、第一の
Ｐ型拡散層２領域を露光・現像してレジストパターンを
形成する。このレジストパターンをマスクとしてボロン
イオンを注入する。この後、レジストを除去しＮ₂雰囲
気中で熱処理温度１１００℃以上で数時間熱処理を行
い、注入したボロンをＮ型半導体基板１の深さ約５μｍ
まで拡散させて第一のＰ型拡散層２を形成する。同時
に、この熱処理によってイオン注入されたボロンを活性
化させる（図２（ａ））。

【００４７】次に、Ｎ型半導体基板１上にフォトレジス
トを塗布し（図示せず）、フォトダイオード３を形成す
る領域を露光・現像してレジストパターンを形成する。
このレジストパターンをマスクにリンイオンを注入す
る。この後、レジストを除去しＮ2雰囲気中で１０００
℃以上の熱処理を行う。

【００４８】次に、ボロンのイオン注入および一般的な
局所酸化法（ＬＯＣＯＳ法）により分離拡散層１０と分
離絶縁膜９とを成長させる。分離絶縁膜９はパイロ酸化
法により成長され、膜厚は５００ｎｍである。

【００４９】次に、再度Ｎ型半導体基板１上にフォトレ
ジストを塗布する（図示せず）。第二のＰ型拡散層４領
域を露光・現像してレジストパターンを形成する。この
レジストパターンをマスクにボロンイオンを注入した
後、レジストパターンを除去する。

【００５０】以下、同様の方法でレジストパターンの形
成とイオン注入とレジスト除去を繰り返して、転送チャ
ンネル５と第三のＰ型拡散層６と第四のＰ型拡散層７と
を順次形成する。転送チャンネル５はリンのイオン注入
で形成し、第三のＰ型拡散層６および第四のＰ型拡散層
７はボロンのイオン注入により形成する。

【００５１】次にゲート絶縁膜８としてシリコン酸化膜
をパイロ酸化法により約５０ｎｍ成長する（図２
（ｂ））。

【００５２】ポリシリコン膜を減圧ＣＶＤ法により約６
００ｎｍ成長し、リンドーピングによりそのシート抵抗
を数〜数１０Ωにする。このポリシリコン膜上にフォト
レジストを塗布し、露光・現像により転送ゲートのレジ
ストパターン形成する。このレジストパターンをマスク
としてポリシリコン膜に弗素系ガスとクロロフルオロカ
ーボン系ガスとの混合雰囲気中で反応性イオンエッチン
グを行い、転送ゲート１１を形成する。

【００５３】この後、第一の層間膜１２としてポリシリ
コン酸化膜をパイロ酸化により２００ｎｍの厚さに成長
させる。第一の層間膜１２は、ドーピングされたリンに
よる増速酸化効果により転送電極１１上では約２００ｎ
ｍの厚さに成長するが、ゲート絶縁膜８上では約５０ｎ
ｍしか成長しない。また、分離絶縁膜９上ではほとんど
成長しない。このポリシリコン酸化膜のピンホール等が
原因となって発生する電気的耐圧の低下を防止するた
め、ＣＶＤ法でシリコン酸化膜系の第二の層間膜１３を
約１００ｎｍ堆積する。またシリコン酸化膜系の第二の
層間膜１３としてここではＴＥＯＳガスを用いたシリコ
ン酸化膜を減圧ＣＶＤ法により堆積させた。

【００５４】次に、第二の層間膜１３上にタングステン
膜をスパッタリング法により約３０ｎｍの膜厚で堆積す
る。このタングステン膜はＣＶＤ法によって堆積しても
よく、ＣＶＤ法によればスパッタ法に比べて良好な段差
被覆性を得られるので遮光膜の薄膜化が可能である。し
かし、ＣＶＤ法によるタングステン膜はスパッタ法によ
るタングステン膜に比べて下地酸化膜への密着性が悪
く、熱処理温度はスパッタ法で堆積させるときよりも低
下させる必要がある。次に、このタングステン膜上にフ
ォトレジスト（図示せず）を塗布し、遮光膜１４、配線
層１５および電極パッド１６を除く領域を露光・現像し
てレジストパターンを形成し、これをマスクとして例え
ばＳＦ₆やＣＦ₄等の弗素系ガスによりドライエッチング
を行い、タングステン膜をパターンニングする。このパ
ターンニングは低い高周波電力で行なうなどの方法によ
りエッチングダメージの軽減に努めることが望ましい。
なぜなら、エッチングダメージとしてフォトダイオード
３に結晶欠陥が発生すると、撮像画面に起点不良が発生
して歩留りを低下させるからである。このように、遮光
膜１４、配線層１５および電極パッド１６を同時に形成
することで、工程を簡略化することができる（図２
（ｃ））。

【００５５】次にフォトレジストを除去した後、シリコ
ン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により４０ｎｍ堆積して保
護膜１７を形成したのち、さらに電極パッド１６領域を
開口部分とするレジストパターンをマスクとして、この
開口領域の保護膜１７をエッチング除去する。次にフォ
トレジストを除去した後、９００℃の熱処理をＮ₂雰囲
気中で加えて、エッチングダメージの回復を図る。この
熱処理は白傷不良を低減させる効果がある。ここでは熱
処理温度は９００℃としたが、９００℃を大きく越える
温度では配線層１５と型半導体基板１とのコンタクト部
（図示せず）においてタングステンシリサイド化が顕著
に進行するので望ましくない。この熱処理は９００℃以
下でもよいが、エッチングダメージ回復の効果は減少す
る。

【００５６】次に、プラズマＣＶＤ法によって膜厚４０
０ｎｍのリコン酸化膜を堆積した後、電極パッド１６の
領域を開口部とするレジストパターンを形成して、これ
をマスクとして電極パッド１６上のシリコン酸化膜をエ
ッチング除去する。このエッチングは、例えば緩衝フッ
酸を用いたウエットエッチングによれば電極パッド１６
に対するエッチング選択比が大きく、フォトダイオード
３に対してダメージを与えることがない。また、例えば
クロロフルオロカーボンガスを用いたドライエッチング
で行なってもよいが、高周波電力を低下するなどの方法
で低ダメージ化を図りフォトダイオード３に結晶欠陥が
発生しないようにする必要がある（図２（ｄ））。

【００５７】次に、アルミニウム膜をスパッタリング法
により０.３μｍの膜厚で堆積した後、パッドアルミニ
ウム層１８領域に形成されたフォトレジストをマスクと
して、このアルミニウム膜をエッチングし、パッドアル
ミニウム層１８を形成する。保護膜１７最上面には高低
差が最大約１μｍの段差部分が存在するので、これら段
差部分でアルミニウム膜のエッチング残りが発生しない
ようにエッチングは等方性のウエットエッチングによっ
て行うとよい。なお、パッドアルミニウム層１８は５０
μｍ×５０μｍ程度の大きなパターンをもつ。このた
め、高い加工精度は要求されないので、等方性エッチン
グで充分な寸法制御が可能である。また、ウエットエッ
チングを用いれば、固体撮像装置に対するエッチングダ
メージが全くなく、かつ、バッチ処理によって高いスル
ープットを得ることができる。このエッチングは下地の
保護膜１７に対して高い選択比が得られるリン酸（Ｈ₂
ＰＯ₃）と硝酸（ＨＮＯ₃）と酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）の
混合液をエッチング液として用いるとよい。なお、塩素
系ガスによるドライエッチングによってパッドアルミニ
ウム層１８をパターンニングしてもよいが、低ダメージ
化によりフォトダイオード３に結晶欠陥が発生しないよ
うにして白傷不良の低減を図る必要がある。

【００５８】最後にフォトレジストを除去して、本発明
における固体撮像装置は完成する（図２（ｅ））。

【００５９】本発明における固体撮像装置の製造方法に
よればパッドアルミニウム層１８を形成するため必要な
工程数は、アルミニウム成膜工程、レジストマスク形成
工程、エッチング工程、レジストマスク除去工程の４工
程に限定されるので生産コストの増加は抑制されたもの
となり、また、パッドアルミニウム層１８形成以前の製
造工程には全く変更の必要がない。しかも、パッドアル
ミニウム層１８を形成することによって白傷歩留りが低
下することはない。

【００６０】なお、本実施例においては遮光膜１４とし
てタングステン膜を用いたが、これに限定するものでは
なく、例えばＴｉやＭｏ等の高融点金属によって遮光膜
１４を形成しても同様の効果を得ることができ、タング
ステン膜同様に低スミアで白傷不良の少ない固体撮像装
置を実現できる。また、遮光膜１４の最上面に反射防止
膜として例えばチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜やチタ
ンタングステン（ＴｉＷ膜を形成した場合でも、全く同
様の効果を得られる。

【００６１】なお、本実施例においては電極パッド１６
上にパッドアルミニウム層１８を形成したが、材料とし
てアルミニウムに限定されるものではない。例えば、シ
リコンや銅（Ｃｕ）を含有するアルミニウム合金膜を用
いて電極パッド１６上にパッドを層形成しても全く同様
の結果を得られる。

【００６２】なお、本実施例において第二の層間絶縁膜
１３よりも下部の固体撮像装置の構造および第二の層間
絶縁膜１３を形成するまでの固体撮像装置の製造工程
は、典どちらも型的な一例を示したものであり、特に本
実施例に限定されるものではない。

【００６３】

【発明の効果】本発明による固体撮像装置の構造および
その製造方法によれば、高融点金属膜かなる遮光膜形の
形成後にエッチングダメージを回復する熱処理を加える
ことができるので、良好な白傷歩留りを得ることができ
る。また、電極パッド上にはパッド金属層が存在してい
るので、検査装置の探針の接触によってパッド金属層が
可塑変形を起こして接触面積を増加し、良好な電気的接
触を実現できる。また、パッド金属層が高い反射率を有
するので検査装置においてアライメント不良を起こすこ
とがない。また、パッド金属層がＡｕボンディングと密
着するので、実装工程において機械的接触不良を起こす
ことがない。しかも、パッド金属層は低ダメージのエッ
チングで形成されるので、白傷不良を増加しない。しか
も、これらの作用を得るための製造工程数の増加は限ら
れたもので、製造コストの上昇を抑制できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における固体撮像装置の構造を
示す図

【図２】本発明の実施例における固体撮像装置の製造方
法を表す図

【図３】従来の固体撮像装置の構造を示す図

【符号の説明】

１Ｎ型半導体基板２第一のＰ型拡散層３フォトダイオード４第二のＰ型拡散層５転送チャンネル６第三のＰ型拡散層７第四のＰ型拡散層８ゲート絶縁膜９分離絶縁膜１０分離拡散層１１転送ゲート１２第一の層間膜１３第二の層間膜１４遮光膜１５配線層１６電極パッド１７保護膜１８パッドアルミニウム層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板にフォトダイオードと転送チ
ャンネルとが所定の間隔で配置された撮像領域が形成さ
れており、前記半導体基板上の前記撮像領域にゲート絶
縁膜が形成されており、前記半導体基板上の所定の領域
に分離絶縁膜が形成されており、前記転送チャンネル上
に前記ゲート絶縁膜を介して転送ゲートが形成されてお
り、前記転送ゲート上に層間膜を介して少なくとも前記
転送チャンネル上面を被覆し、かつ前記フォトダイオー
ドの一部を被覆した遮光膜が形成されており、前記分離
絶縁膜上には所定の配線層に接続された電極パッドが形
成されており、少なくとも前記電極パッド上には金属パ
ッド層が形成されていることを特徴とする固体撮像装
置。
【請求項２】前記遮光膜がタングステンやチタンやモ
リブデンなどの高融点金属膜から形成されることを特徴
とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記遮光膜と前記配線層と前記電極パッ
ドとが同一の材料で形成されていることを特徴とする請
求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記金属パッド層がアルミニウム合金か
らなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】半導体基板にフォトダイオードと転送チ
ャンネルとを所定の位置に配置した撮像領域を形成する
工程と、前記撮像領域にはゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記半導体基板の所定の領域には分離絶縁膜を形成
する工程と、前記転送チャンネル上の前記ゲート絶縁膜
上の所定の領域には転送ゲートを形成する工程と、前記
転送ゲート上に層間膜上を介して少なくとも前記転送チ
ャンネル上面を被覆し、かつ前記フォトダイオードの一
部を被覆した形状をもつ遮光膜を形成する工程と、所定
の配線層およびこれに接続された電極パッドを形成する
工程と、少なくとも前記電極パッド上には、金属パッド
層を形成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。
【請求項６】前記電極パッド上に設けられた金属パッ
ド層をウエットエッチングによって形成することを特徴
とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。