JPH09129858A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暗電流特性の悪化を引き起こすことなく、ス
ミア電荷の低減を効率よく実現させる。 【解決手段】 シリコン基板１１上に受光部１と読出し
ゲート部１８と転送チャネル領域１４とがそれぞれ配列
・形成され、読出しゲート部１８と転送チャネル領域１
４上にゲート絶縁膜１９を介して転送電極２０が選択的
に形成され、転送電極２０を含む全面に層間絶縁膜２２
が形成され、層間絶縁膜２２上に下層の転送電極２０を
覆うように遮光膜２４が形成されたイメージセンサにお
いて、遮光膜２４直下に膜厚数ｎｍ〜数十ｎｍの多結晶
シリコン層による低反射膜２３を形成して構成する。こ
の低反射膜２３は、多結晶シリコン層に砒素（Ａｓ）を
５×１０¹⁵ｃｍ^-2程度イオン注入し、その後に８００℃
〜１０００℃の熱処理を行なって上記多結晶シリコン層
を再結晶化させることにより作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子、特
にスミアの低減を図ることができる固体撮像素子及び固
体撮像素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＣＤ固体撮像素子は、図１０に
示すように、例えばｎ形のシリコン基板１０１にｐ形不
純物（例えばボロン（Ｂ））の導入による第１のｐ形ウ
ェル領域１０２と、受光部１０３を形成するためのｎ形
の不純物拡散領域１０４と、垂直転送レジスタ１０５を
構成するｎ形の転送チャネル領域１０６並びにｐ形のチ
ャネルストッパ領域１０７が形成され、更に上記ｎ形の
不純物拡散領域１０４の表面にｐ形の正電荷蓄積領域１
０８が形成され、ｎ形の転送チャネル領域１０６の直下
にスミアの低減を目的とした第２のｐ形ウェル領域１０
９が形成されている。なお、ｎ形の不純物拡散領域１０
４と転送チャネル領域１０６間のｐ形領域は、読出しゲ
ート部１１０を構成する。

【０００３】そして、上記転送チャネル領域１０６上に
ゲート絶縁膜１１１を介して多結晶シリコン層による転
送電極１１２が選択的に形成されている。この転送電極
１１２の表面には、熱酸化処理による熱酸化膜１１３が
形成されている。この転送電極１１２を含む全面には平
坦化を目的としたＰＳＧ膜１１４が形成され、更にこの
平坦化膜１１４上に、下層の転送電極１１２を覆うよう
に遮光膜１１５が形成されている。

【０００４】また、上記遮光膜１１５は、受光部１０３
上において選択的にエッチング除去されており、光は、
このエッチング除去によって形成された開口１１５ａを
通じて受光部１０３に入射されるようになっている。該
遮光膜１１５に形成される開口１１５ａは、エッチング
処理時におけるマスク合わせのずれを考慮して受光部１
０３の面積よりも小さい開口面積となっている。そのた
め、この遮光膜１１５の受光部周辺には、受光部１０３
側に張り出す張り出し部１１５ｂが形成されたかたちと
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のＣＣ
Ｄ固体撮像素子においては、受光部１０３のサイズの縮
小化に伴い、垂直転送レジスタ１０５から受光部開口１
１５ａまでの長さ、つまり遮光膜１１５の張り出し部１
１５ｂにおける張り出し量が十分にとれず、垂直転送レ
ジスタ１０５の転送チャネル領域１０６に直接到達する
光、あるいは図１１に示すように、遮光膜１１５とシリ
コン基板１０１の間に漏れ込んだ光が、両者の間を多重
反射し、最終的に垂直転送レジスタ１０５の転送チャネ
ル領域１０６に到達することにより、スミア電荷の発生
が多くなるという問題がある。これは、デバイス特性の
劣化の一つとして挙げられる。

【０００６】このようなスミア電荷は、高輝度被写体を
撮像した場合に、モニタ画面上で上下に白く尾を引くよ
うな像（スミア現象）をつくるため好ましくない。従っ
て、画質の向上のためには、このスミア電荷の発生の低
減を図る必要があるが、従来は、遮光膜１１５からシ
リコン基板１０１までの厚みを薄くする、 遮光膜１１
５の下に低反射膜を形成する、などの手法で垂直転送レ
ジスタ１０５の転送チャネル領域１０６に到達する光を
少なくしてスミア電荷の発生を抑制することが行なわれ
ている。

【０００７】しかしながら、上記ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、遮光膜１１５とシリコン基板１０１の間を薄く
すると、遮光膜１１５や外部からの金属不純物がシリコ
ン基板１０１に拡散する量が多くなり、この金属汚染に
より白傷が発生し、受光部１０３の欠陥数が増加すると
いう問題が生じるおそれがある。そのため、遮光膜１１
５とシリコン基板１０１の間の薄膜化には限界がある。

【０００８】一方、遮光膜１１５下に低反射膜を形成す
ると、水素供給源であるパッシベーション膜からの水素
の垂直転送レジスタ１０５への供給が上記低反射膜によ
って阻止されるため、シリコン基板１０１の表面のう
ち、垂直転送レジスタ１０５に対応する部分と上層のゲ
ート絶縁膜１１１との界面に存在するＳｉ未結合手を水
素によって終端させることができなくなり、垂直転送レ
ジスタ１０５での暗電流特性が悪化するという問題が生
じるおそれがあった。

【０００９】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、暗電流特性の悪化を引
き起こすことなく、スミア電荷の低減を効率よく実現す
ることができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、同一基板上に光電変換部と電荷読出し部と転送チ
ャネル領域とがそれぞれ配列・形成され、上記電荷読出
し部と転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を介して転送
電極が選択的に形成され、上記転送電極を含む全面に層
間絶縁膜が形成され、上記層間絶縁膜上に上記転送電極
を覆うように遮光膜が形成された固体撮像素子におい
て、上記遮光膜下に不純物が導入された多結晶シリコン
層による低反射膜を形成して構成する。

【００１１】まず、基板上に直接遮光膜を形成して、基
板側から光を入射させて遮光膜の反射率を測定し、基板
と遮光膜間に多結晶シリコン層による低反射膜を介在さ
せ、基板側から光を入射させて遮光膜の反射率を測定し
たところ、多結晶シリコン層による低反射膜を介在させ
た方は、反射率が可視光域全域で約５０％と、基板上に
直接遮光膜を形成した場合の反射率が約９０％に比べて
低いことがわかった。

【００１２】これは、遮光膜の表面で反射した光と、多
結晶シリコン層による低反射膜の表面で反射した光が干
渉し弱め合ったためである。

【００１３】従って、光電変換部に向かって光が斜め方
向に入射した場合、光は、遮光膜と基板との間を多重反
射しながら転送チャネル領域に向かって進行することに
なるが、遮光膜下に多結晶シリコン層による低反射膜が
形成されているため、上記測定例にも示すように、遮光
膜と基板間で多重反射される反射光の減衰が大きくな
り、反射光の転送チャネル領域への入射はほとんど生じ
なくなる。その結果、転送チャネル領域でのスミア電荷
の発生が低減され、モニタ画面上でのスミア現象の発生
を抑制することができる。

【００１４】ところで、遮光膜を例えば一般的なＡｌ膜
とした場合、固体撮像素子の製造工程の最終段で行なわ
れる例えば４００℃程度のフォーミングガスアニールに
より、Ａｌと多結晶シリコンとが反応してしまい結果的
に低反射膜として機能しなくなる場合が生じる。

【００１５】しかし、本発明では、上記低反射膜を構成
する多結晶シリコン層中に不純物を導入するようにして
いるため、その不純物の存在により、遮光膜の構成原子
の多結晶シリコン層への拡散が抑えられ、上記遮光膜と
多結晶シリコン層との反応を有効に防止することが可能
となる。

【００１６】また、本発明に係る固体撮像素子の製造方
法においては、同一基板上に光電変換部と電荷読出し部
と転送チャネル領域とがそれぞれ配列・形成され、上記
電荷読出し部と転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を介
して転送電極が選択的に形成され、上記転送電極を含む
全面に層間絶縁膜が形成された固体撮像素子の製造方法
において、上記層間絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成
する工程と、上記多結晶シリコン層に不純物を導入する
工程と、８００〜１０００℃の熱処理を施す工程と、全
面に遮光膜を形成する工程と、上記遮光膜とその下層の
多結晶シリコン層を選択的に除去して光電変換部に通じ
る開口を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００１７】即ち、本発明に係る固体撮像素子の製造方
法においては、まず、同一基板上に配列・形成された光
電変換部と電荷読出し部と転送チャネル領域のうち、上
記電荷読出し部と転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を
介して転送電極が選択的に形成し、その後、上記転送電
極を含む全面に層間絶縁膜を形成する。

【００１８】その後、上記層間絶縁膜上に多結晶シリコ
ン層を形成した後、上記多結晶シリコン層に不純物を導
入する。その後、８００〜１０００℃の熱処理を施した
後、全面に遮光膜を形成する。その後、上記遮光膜とそ
の下層の多結晶シリコン層を選択的に除去して光電変換
部に通じる開口を形成する。

【００１９】この製造方法によって、上記請求項１記載
の固体撮像素子を容易に作製することが可能となる。即
ち、転送チャネル領域でのスミア電荷の発生を低減する
ことができ、モニタ画面上でのスミア現象の発生を抑制
することが可能な固体撮像素子を容易に作製することが
できる。

【００２０】特に、上記製造方法においては、低反射膜
を構成する多結晶シリコン層中に不純物を導入した後、
８００〜１０００℃の熱処理を行なっているため、多結
晶シリコン層の表面及びグレインバウンダリーに不純物
原子が偏析し、遮光膜の構成原子の多結晶シリコン層へ
の拡散を抑えることが可能となる。

【００２１】従って、遮光膜とその下層の低反射膜との
反応を防止することが可能となり、反射光の減衰を大き
くするという低反射膜の機能を十分に発揮させることが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体撮像素子
をインターライン転送（ＩＴ）方式のイメージセンサに
適用した一つの実施の形態例（以下、単に実施の形態に
係るイメージセンサと記す）を図１〜図９を参照しなが
ら説明する。

【００２３】この実施の形態に係るイメージセンサは、
図１に示すように、入射光量に応じた量の電荷に光電変
換する受光部１が多数マトリクス状に配され、更にこれ
ら多数の受光部１のうち、列方向に配列された受光部１
に対して共通とされた垂直転送レジスタ２が多数本、行
方向に配列されたイメージ部（撮像部）３を有する。

【００２４】また、上記イメージ部３に隣接し、かつ多
数本の垂直転送レジスタ２に対して共通とされた水平転
送レジスタ４が１本並設されている。

【００２５】そして、イメージ部３と水平転送レジスタ
４間には、イメージ部３における垂直転送レジスタ２の
最終段に転送された信号電荷を水平転送レジスタ４に転
送するための２つの垂直−水平転送レジスタＶＨ１及び
ＶＨ２が多数の垂直転送レジスタ２に対して共通に、か
つそれぞれ並列に形成されている。これら２本の垂直−
水平転送レジスタＶＨ１及びＶＨ２には、それぞれ垂直
−水平転送パルスφＶＨ１及びφＶＨ２が供給されるよ
うになっており、これら転送パルスφＶＨ１及びφＶＨ
２の供給によって、垂直転送レジスタ２からの信号電荷
が水平転送レジスタ４に転送されることになる。

【００２６】また、上記水平転送レジスタ４の最終段に
は、出力部５が接続されている。この出力部５は、水平
転送レジスタ４の最終段から転送されてきた信号電荷を
電気信号（例えば電圧信号）に変換する例えばフローテ
ィング・ディフュージョンあるいはフローティング・ゲ
ート等で構成される電荷−電気信号変換部６と、この電
荷−電気信号変換部６にて電気信号の変換が行われた後
の信号電荷を、リセットパルスＰｒの入力に従ってドレ
イン領域Ｄに掃き捨てるリセットゲートＲＧと、電荷−
電気信号変換部６からの電気信号を増幅するアンプ７を
有して構成されている。なお、ドレイン領域Ｄには電源
電圧Ｖｄｄが印加されている。

【００２７】そして、イメージ部３における垂直転送パ
ルスφＶ１〜φＶ４の供給によって、イメージ部３にお
ける各垂直転送電極下のポテンシャル分布が順次変化
し、これによって、信号電荷がそれぞれイメージ部３に
おける垂直転送レジスタ２に沿って縦方向（水平転送レ
ジスタ４側）に転送されることになる。

【００２８】また、イメージ部３においては、受光部１
に蓄積されている信号電荷を垂直帰線期間において、ま
ず、垂直転送レジスタ２に読出し、その後の水平帰線期
間において１行単位に水平転送レジスタ４側に転送す
る。これによって、垂直転送レジスタ２の最終段にあっ
た信号電荷は、２つの垂直−水平転送レジスタＶＨ１及
びＶＨ２を経て水平転送レジスタ４に転送される。

【００２９】次の水平走査期間において、水平転送レジ
スタ４上に形成された例えば２層の多結晶シリコン層に
よる水平転送電極（図示せず）への互いに位相の異なる
２相の水平転送パルスφＨ１及びφＨ２の印加によっ
て、信号電荷が順次出力部５側の電荷−電気信号変換部
６に転送され、この電荷−電気信号変換部６において電
気信号に変換されて、アンプ７を介して対応する出力端
子８より撮像信号Ｓとして取り出されることになる。

【００３０】ここで、このイメージセンサの受光部１周
辺の断面をみると、図２に示すように、例えばｎ形のシ
リコン基板１１にｐ形不純物（例えばボロン（Ｂ））の
導入による第１のｐ形ウェル領域１２と、上記受光部１
を形成するためのｎ形の不純物拡散領域１３と、垂直転
送レジスタ２を構成するｎ形の転送チャネル領域１４並
びにｐ形のチャネルストッパ領域１５が形成され、更に
上記ｎ形の不純物拡散領域１３の表面にｐ形の正電荷蓄
積領域１６が形成され、ｎ形の転送チャネル領域１４の
直下にスミアの低減を目的とした第２のｐ形ウェル領域
１７が形成されている。なお、ｎ形の不純物拡散領域１
３と転送チャネル領域１４間のｐ形領域は、読出しゲー
ト部１８を構成する。

【００３１】また、このイメージセンサは、図示するよ
うに、ｎ形シリコン基板１１の表面に第１のｐ形ウェル
領域１２を形成して、このウェル領域１２よりも浅い位
置に上記受光部１を構成するｎ形の不純物拡散領域１３
を形成することで、いわゆる電子シャッタの機能を有す
るように構成されている。

【００３２】即ち、シリコン基板１１に供給される基板
電位をシャッタパルスに同期して高レベルにすることに
より、第１のｐ形ウェル領域１２におけるポテンシャル
障壁（オーバーフローバリア）が下がり、受光部１に蓄
積された電荷（この場合、電子）が上記オーバーフロー
バリアを越えて縦方向、即ちシリコン基板１１側に掃き
捨てられることになる。これにより、シャッタパルスの
最終印加時点から電荷読出し時点までの期間が実質的な
露光期間となり、残像等の不都合を防止することができ
るようになっている。

【００３３】また、このイメージセンサにおいては、上
記ｎ形の不純物拡散領域１３と第１のｐ形ウェル領域１
２とのｐｎ接合によるフォトダイオード，ｎ形の不純物
拡散領域１３と読出しゲート部１８とのｐｎ接合による
フォトダイオード，ｎ形の不純物拡散領域１３とチャネ
ルストッパ領域１５とのｐｎ接合によるフォトダイオー
ド、並びにｎ形の不純物拡散領域１３とｐ形の正孔蓄積
領域１６とのｐｎ接合によるフォトダイオードによって
受光部１（光電変換部）が構成され、この受光部１が多
数個マトリクス状に配列されてイメージ部３が形成され
ている。そして、カラー撮像方式の場合、上記受光部１
に対応して形成される色フィルタ（三原色フィルタや補
色フィルタ）の配色などの関係によって、例えば互いに
隣接する４つの受光部１にて１つの画素を構成するよう
になっている。

【００３４】また、転送チャネル領域１４，チャネルス
トッパ領域１５及び読出しゲート部１８上に、例えばＳ
ｉＯ₂ 膜を介してＳｉ₃ Ｎ₄ 膜及びＳｉＯ₂ 膜が順次積
層され、これらＳｉＯ₂ 膜，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜及びＳｉＯ₂
膜による３層構造のゲート絶縁膜１９上に１層目の多結
晶シリコン層及び２層目の多結晶シリコン層による４つ
の転送電極（図２においては代表的に１層目の多結晶シ
リコン層による転送電極２０を示す）が形成され、これ
ら転送チャネル領域１４，ゲート絶縁膜１９及び転送電
極２０によって垂直転送レジスタ２が構成される。

【００３５】そして、上記実施の形態に係るイメージセ
ンサは、図２に示すように、上記転送電極２０の表面
に、熱酸化による熱酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）２１が形成さ
れ、この熱酸化膜を含む全面には層間絶縁膜であるＰＳ
Ｇ膜２２（Phosphorate-Silica-Glass；リンをドープし
たＳｉＯ₂ 膜）が形成され、更にこのＰＳＧ膜２２上に
おいて、下層の転送電極を覆うように多結晶シリコン層
による低反射膜２３が例えば低圧のＣＶＤ法（ＬＰ−Ｃ
ＶＤ法）にて形成されている。この低反射膜（多結晶シ
リコン層）２３には、予めｎ形の不純物、例えば砒素
（Ａｓ）が５×１０ ¹⁵ｃｍ^-2程度イオン注入されてい
る。

【００３６】また、上記低反射膜２３上には、下層の転
送電極２０を覆うようにＡｌなどの金属又は金属化合物
による遮光膜２４が形成され、更に全面にプラズマＣＶ
Ｄ法によるＳｉＮ膜２５が形成されている。

【００３７】上記遮光膜２４及び下層の低反射膜２３
は、受光部１上において選択的にエッチング除去されて
おり、光は、このエッチング除去によって形成された遮
光膜２４の受光部開口２４ａ及び低反射膜２３の受光部
開口２３ａを通じて受光部１内に入射されるようになっ
ている。

【００３８】これら遮光膜２４及び低反射膜２３に形成
される各受光部開口２４ａ及び２３ａは、エッチング処
理時におけるマスク合わせのずれを考慮して受光部１の
面積よりも小さい開口面積となっている。そのため、こ
の遮光膜２４及び低反射膜２３の受光部１周辺には、そ
れぞれ受光部１側に張り出す張り出し部２４ｂ及び２３
ｂが形成されたかたちとなる。

【００３９】なお、上記上層のＳｉＮ膜２５上には、図
示しないが、平坦化を目的とした例えばＳＯＧ膜等の平
坦化膜が形成され、該平坦化膜２６上に色フィルタ層が
形成され、更に、この色フィルタ層上にマイクロ集光レ
ンズ（オンチップレンズ）が形成される。

【００４０】次に、上記実施の形態に係るイメージセン
サの作製方法を図３〜図５の製造工程図に基づいて説明
する。なお、図２と対応するものについては同符号を記
す。

【００４１】まず、図３Ａに示すように、通常のＣＣＤ
プロセスを用いて、必要な不純物、例えばｎ形及びｐ形
の不純物（リン（Ｐ）及びボロン（Ｂ））の例えばイオ
ン注入や膜拡散等による導入及び熱処理による活性化を
行って、ｎ形シリコン基板１１上の第１のｐ形ウェル領
域１２に、ｎ形の転送チャネル領域１４，ｐ型のチャネ
ルストッパ領域１５及び第２のｐ形ウェル領域１７を形
成する。その後、転送チャネル領域１４上に例えばＳｉ
Ｏ₂ 等からなるゲート絶縁膜１９を介して多結晶シリコ
ン層による転送電極２０を形成する。その後、熱酸化を
施して転送電極２０の表面に薄い熱酸化膜（ＳｉＯ
₂ 膜）２１を形成する。なお、上記ゲート絶縁膜１９
は、シリコン基板１１に対する熱酸化によって形成して
もよく、ＣＶＤ法にて被着形成するようにしてもよい。

【００４２】その後、転送電極２０をマスクとして第１
のｐ形ウェル領域１２の表面にｎ形の不純物、例えばリ
ン（Ｐ）をイオン注入し、更に活性化して、該第１のｐ
形ウェル領域１２の表面にｎ形の不純物拡散領域１３を
形成する。このとき、該ｎ形の不純物拡散領域１３と第
１のｐ形ウェル領域１２とのｐｎ接合によって受光部
（フォトダイオード）１が形成される。この受光部１の
形成後、再び上記転送電極２０をマスクとして今度はｐ
形の不純物、例えばボロン（Ｂ）をイオン注入し、更に
活性化してｎ形の不純物拡散領域１３の表面にｐ形の正
孔蓄積領域１６を形成する。上記不純物のイオン注入に
おいては、シリコン基板１１の表面に形成されたゲート
絶縁膜１９がイオン注入による照射損傷を吸収するため
のバッファ層として機能する。

【００４３】次に、図３Ｂに示すように、全面に層間絶
縁膜であるＰＳＧ膜２２を厚み２００〜４００ｎｍ程
度、例えば常圧ＣＶＤ法により堆積する。このＣＶＤ法
によるＰＳＧ膜２２は、初めＳｉＯ₂ 膜を堆積し、途中
から０．１〜１０［ｃｃ／ｍｉｎ．］のＰＨ３を気相中
に流してＰＳＧ膜２２としてもよい。

【００４４】その後、約９００〜１０００℃の窒素雰囲
気（例えばＮ₂ 流量＝２５［リットル／ｍｉｎ．］，常
圧）で熱処理を行い、ＰＳＧ膜２２の粘性を利用して表
面を平坦化する。

【００４５】上記ＰＳＧ膜２２は、単独もしくはＳｉＯ
₂ やＳｉＮなどとの界面（例えばゲート絶縁膜１９とＰ
ＳＧ膜２２との界面）においてナトリウムなどの不純物
を捕獲する能力（不純物捕獲能力）があるため、シリコ
ン基板１１への不純物汚染を阻止する上で意味がある。

【００４６】次に、図４Ａに示すように、例えば低圧の
ＣＶＤ法でＳｉＨ₄ の熱分解により膜厚数ｎｍ〜数十ｎ
ｍの多結晶シリコン層による低反射膜２３を全面に形成
する。その後、上記低反射膜２３に対してｎ形の不純
物、例えば砒素（Ａｓ）を、注入量＝５×１０¹⁵ｃｍ^-2
程度、注入エネルギー＝数１０ｋｅＶでイオン注入し
て、上記低反射膜２３中に砒素（Ａｓ）を導入する。そ
の後、図示しないが、シャント用の窓明けや多層配線間
の窓明けを行なう。

【００４７】次に、図４Ｂに示すように、温度８００〜
１０００℃の熱処理を行なって、上記不純物のイオン注
入によって非晶質化している多結晶シリコン層（低反射
膜）２３を再結晶化させる。

【００４８】次に、図５Ａに示すように、光透過防止を
目的としてＡｌもしくはＡｌ系化合物又はタングステン
（Ｗ）などの金属もしくは金属化合物からなる遮光膜２
４をスパッタ法又はＣＶＤ法により形成する。例えばＡ
ｌによる遮光膜２４をスパッタ法にて形成する場合、ウ
ェハ（シリコン基板１１）を１５０℃程度に加熱し、６
〜１０ｍＴｏｒｒ程度に制御されたＡｒガス雰囲気中で
行なう。なお、ここでは、遮光膜２４の形成回数や膜種
は問わない。

【００４９】次に、図５Ｂに示すように、全面にフォト
レジスト膜３１を形成した後、露光・現像（フォトリソ
グラフィ）を行なって、受光部１上に開口３１ａを有す
るレジストマスク３１を形成する。その後、該マスク３
１の開口３１ａから露出する下層の遮光膜２４をドライ
エッチング又はウェットエッチングにて除去して、遮光
膜２４に受光部開口２４ａを形成し、更に、この受光部
開口から露出する下層の多結晶シリコン層（低反射膜）
２３をドライエッチング又はウェットエッチングにて除
去して、低反射膜２３に受光部開口２３ａを形成する。
ここでは、リソグラフィ方法（露光に用いる光の波長
等）やエッチング方法（エッチングガスや温度等）は問
わない。

【００５０】そして、図２に示すように、平坦化を目的
としたＳｉＮ膜（膜厚約２００〜３５０ｎｍ）２５を例
えばプラズマＣＶＤ法にて形成した後、更に、ここでは
図示しないが、ＳＯＧ膜等の平坦化膜を形成し、この平
坦化膜上に色フィルタ層及びオンチップレンズを形成し
てこの実施の形態に係るイメージセンサを得る。

【００５１】次に、上記実施の形態に係るイメージセン
サにおいて、受光部１に対し、斜め方向から光が入射し
た場合についての作用を図６を参照しながら説明する。

【００５２】まず、光路ａで示すように、受光部１の中
央部分に向かって光が斜め入射した場合は、該斜め入射
光は、シリコン基板１１の表面及び遮光膜２４の下面で
それぞれ反射し、結果的に、これらの反射を多数回繰り
返しながら、即ち、シリコン基板１１と遮光膜２４間を
多重反射しながら転送チャネル領域１４に向かって進行
することになる。

【００５３】ここで、一つの実験例を示す。この実験例
は、図７の挿入図に示すように、石英基板５１上に膜厚
２５ｎｍの多結晶シリコン層５２を形成し、更にこの多
結晶シリコン層５２上に膜厚６００ｎｍのＡｌ層５３を
形成した実施例と、図８の挿入図に示すように、石英基
板５１上に直接膜厚６００ｎｍのＡｌ層５３を形成した
比較例とを用意する。

【００５４】そして、上記実施例及び比較例のそれぞれ
について、石英基板５１側から可視光（波長２００ｎｍ
〜８００ｎｍ）を斜め方向に入射させ、Ａｌ層５３での
反射率を測定した。その測定結果を図７及び図８に示
す。

【００５５】この測定結果をみると、実施例の反射率は
図７に示すように、可視光領域全域で約５０％であり、
比較例の反射率は図８に示すように、可視光領域全域で
約９０％であった。

【００５６】この測定結果から、実施例の方が比較例に
比べて反射率が大幅に低くなっていることが分かる。こ
れは、実施例において、Ａｌ層５３の表面で反射した光
と多結晶シリコン層５２の表面で反射した光が互いに干
渉し弱め合ったためと考えられる。

【００５７】上記実験例からもわかるように、本実施の
形態に係るイメージセンサにおいては、図２又は図６に
示すように、遮光膜２４直下に多結晶シリコン層による
低反射膜２３を形成するようにしているため、シリコン
基板１１と遮光膜２４間を多重反射する反射光は、上記
低反射膜２３からの反射光との光の干渉現象により、そ
の減衰の度合が大きくなり、反射光の転送チャネル領域
１４への入射はほとんど生じなくなる。その結果、転送
チャネル領域１４でのスミア電荷の発生が低減され、モ
ニタ画面上でのスミア現象の発生を抑制することができ
る。

【００５８】ところで、遮光膜２４を例えば一般的なＡ
ｌ膜とした場合、ＣＣＤ固体撮像素子の製造工程の最終
段で行なわれる例えば４００℃程度のフォーミングガス
アニールにより、Ａｌと多結晶シリコンとが反応してし
まい結果的に低反射膜２３として機能しなくなる場合が
生じる。

【００５９】しかし、本実施の形態に係るイメージセン
サでは、上記低反射膜２３を構成する多結晶シリコン層
中にｎ形の不純物（砒素（Ａｓ））を５×１０¹⁵ｃｍ^-2
程度導入し、その後に８００〜１０００℃での熱処理を
行なうようにしているため、遮光膜２４の構成原子の多
結晶シリコン層２３への拡散が抑えられることになる。

【００６０】即ち、予め多結晶シリコン層２３中に砒素
（Ａｓ）をイオン注入してその後に熱処理を行なうこと
により、多結晶シリコン層２３の表面及びグレインバウ
ンダリーに砒素（Ａｓ）が偏析し、これによって、Ａｌ
原子の多結晶シリコン層２３への拡散を抑えることが可
能となり、上記遮光膜２４と多結晶シリコン層２３との
反応を有効に防止することができる。

【００６１】また、本実施の形態に係るイメージセンサ
においては、低反射膜２３を構成する多結晶シリコン層
を低圧のＣＶＤ法でＳｉＨ₄ の熱分解により形成するよ
うにしているため、この多結晶シリコン層２３からシリ
コン基板１１側に多量の水素イオンが容易に拡散するこ
ととなり、これにより、シリコン基板１１の界面準位が
十分に低減され、暗電流が実用レベルまで低減すること
になる。これにより、暗電流に起因するノイズの発生が
低減され、再生撮像信号の高Ｓ／Ｎを図ることができ
る。

【００６２】また、上記製造方法においては、多結晶シ
リコン層２３の形成と砒素（Ａｓ）のイオン注入工程が
付加されることになるが、この工程は、例えば出力部５
のアンプ７（図１参照）の形成時に行なわれる配線形成
工程やその他の周辺回路の配線工程において行なわれる
多結晶シリコン層の形成と該多結晶シリコン層の導電化
処理（多結晶シリコン層への不純物導入）と同時に行な
うことができるため、製造工程の増加にはつながらず、
従来のＣＣＤ固体撮像素子の製造工程をそのまま使用す
ることができる。

【００６３】従って、上記製造方法を用いることによ
り、容易に本実施の形態に係るイメージセンサを作製す
ることができる。即ち、転送チャネル領域１４でのスミ
ア電荷の発生を低減することができ、モニタ画面上での
スミア現象の発生を抑制することが可能な固体撮像素子
を容易に作製することができる。

【００６４】上記実施の形態においては、低反射膜２３
を構成する多結晶シリコン層上に直接遮光膜２４を形成
するようにしたが、その他、図９に示すように、多結晶
シリコン層２３上に薄い酸化膜２６を形成した後に遮光
膜２４を形成するようにしてもよい。この薄い酸化膜２
６は、例えば多結晶シリコン層（低反射膜）２３に対す
る熱酸化処理あるいはＣＶＤ法にて形成することができ
る。

【００６５】この場合、介在する薄い酸化膜２６によっ
て、多結晶シリコン層（低反射膜）２３とその上層の遮
光膜（Ａｌ層）２４との反応を抑えることができる。

【００６６】なお、上記実施の形態では、ＩＴ方式のイ
メージセンサに適用した例を示したが、その他、フレー
ムインターライン転送（ＦＩＴ）方式のイメージセンサ
にも適用させることができる。

【００６７】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る固体撮像素
子によれば、遮光膜下に不純物が導入された多結晶シリ
コン層による低反射膜を形成するようにしたので、暗電
流特性の悪化を引き起こすことなく、スミア電荷の低減
を効率よく実現することができ、モニタ画面上でのスミ
ア現象の発生を抑制することができる。

【００６８】また、本発明に係る固体撮像素子の製造方
法によれば、層間絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成す
る工程と、上記多結晶シリコン層に不純物を導入する工
程と、８００〜１０００℃の熱処理を施す工程と、全面
に遮光膜を形成する工程と、上記遮光膜とその下層の多
結晶シリコン層を選択的に除去して光電変換部に通じる
開口を形成する工程とを有するようにしたので、上記効
果を有する固体撮像素子を容易に作製することが可能と
なる。即ち、転送チャネル領域でのスミア電荷の発生を
低減することができ、モニタ画面上でのスミア現象の発
生を抑制することが可能な固体撮像素子を容易に作製す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子をインターライン転
送（ＩＴ）方式のイメージセンサに適用した一つの実施
の形態例（以下、単に実施の形態に係るイメージセンサ
と記す）を示す構成図である。

【図２】本実施の形態に係るイメージセンサの受光部と
その周辺部分を示す断面図である。

【図３】本実施の形態に係るイメージセンサの作製方法
を示す製造工程図（その１）である。

【図４】本実施の形態に係るイメージセンサの作製方法
を示す製造工程図（その２）である。

【図５】本実施の形態に係るイメージセンサの作製方法
を示す製造工程図（その３）である。

【図６】本実施の形態に係るイメージセンサに対し、斜
めに光が入射した場合の作用を示す説明図である。

【図７】実施例における可視光の反射率を示す特性図で
ある。

【図８】比較例における可視光の反射率を示す特性図で
ある。

【図９】他の実施の形態に係るイメージセンサの受光部
とその周辺部分を示す断面図である。

【図１０】従来例に係るイメージセンサの受光部とその
周辺部分を示す断面図である。

【図１１】従来例に係るイメージセンサに対し、斜めに
光が入射した場合の作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 受光部 ２ 垂直転送レジスタ １１ シリコン基板 １３ ｎ形の不純物拡散領域 １４ 転送チャネル領域 １９ ゲート絶縁膜 ２０ 転送電極 ２３ 低反射膜（多結晶シリコン層） ２４ 遮光膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一基板上に光電変換部と電荷読出し部
   と転送チャネル領域とがそれぞれ配列・形成され、 上記電荷読出し部と転送チャネル領域上にゲート絶縁膜
   を介して転送電極が選択的に形成され、 上記転送電極を含む全面に層間絶縁膜が形成され、 上記層間絶縁膜上に上記転送電極を覆うように遮光膜が
   形成され、 上記遮光膜下に不純物が導入された多結晶シリコン層に
   よる低反射膜が形成されていることを特徴とする固体撮
   像素子。
2. 【請求項２】 上記低反射膜を構成する上記多結晶シリ
   コン層は、低圧のＣＶＤ法でＳｉＨ₄ の熱分解により形
   成された膜厚が数ｎｍ〜数十ｎｍの多結晶シリコン層で
   あることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 上記多結晶シリコン層は、砒素が５×１
   ０¹⁵ｃｍ^-2程度イオン注入され、更に８００〜１０００
   ℃の熱処理が施されていることを特徴とする請求項２記
   載の固体撮像素子。
4. 【請求項４】 同一基板上に光電変換部と電荷読出し部
   と転送チャネル領域とがそれぞれ配列・形成され、上記
   電荷読出し部と転送チャネル領域上にゲート絶縁膜を介
   して転送電極が選択的に形成され、上記転送電極を含む
   全面に層間絶縁膜が形成された固体撮像素子の製造方法
   において、 上記層間絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成する工程
   と、 上記多結晶シリコン層に不純物を導入する工程と、 ８００〜１０００℃の熱処理を施す工程と、 全面に遮光膜を形成する工程と、 上記遮光膜とその下層の多結晶シリコン層を選択的に除
   去して光電変換部に通じる開口を形成する工程とを有す
   ることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
5. 【請求項５】 上記多結晶シリコン層には、砒素が５×
   １０¹⁵ｃｍ^-2程度イオン注入されることを特徴とする請
   求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
6. 【請求項６】 上記多結晶シリコン層は、その膜厚が数
   ｎｍ〜数十ｎｍであることを特徴とする請求項５記載の
   固体撮像素子の製造方法。