JPH09223787A

JPH09223787A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09223787A
Application number: JP8030768A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kuriyama; 俊寛栗山
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】転送電極下の信号転送方向とは逆側の部分に
電荷に対するポテンシャルを浅くする不純物を導入して
バリア領域を形成することにより、高解像度、高感度、
低コストの固体撮像装置を提供する。【解決手段】フォトダイオードおよび垂直信号転送部
(VCCD)とからなる単位画素が二次元状に配列され、水平
シフトレジスタ(HCCD)を備えた固体撮像装置において、
前記HCCDおよび前記VCCDの転送電極４，５，６下の信号
転送方向とは逆側のＮ形領域２部分に電荷に対するポテ
ンシャルを浅くする不純物を導入してバリア領域７を形
成するために、３０〜６０度の傾斜角度θ１でかつ前記
HCCDおよびVCCDのそれぞれの転送電極４、５、６に対し
４５度のツイスト角度θ２でイオン注入する。前記バリ
ア領域７の形成により、転送電極構造を単層構造とする
ことができるようになり、素子高さを低くすることが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその製造方法に関するものであり、詳しくは、全画素
読み出し（プログレッシブ・スキャン）ＣＣＤ素子およ
びその製造方法に関するものである。なお、ＣＣＤと
は、結合電荷素子の略語である。

【０００２】

【従来の技術】従来の全画素読み出しＣＣＤは、製造上
においての造り易さから、図３に示す様な３つのポリシ
リコン層２４、９、１０が積層されて形成されている。
すなわち、図３（ａ）の平面図に示すように、シリコン
基板（図示せず）の上にＮ形領域２２が形成され、この
上に、絶縁膜（図示せず）を介し、３層目のポリシリコ
ン層１０、２層目のポリシリコン層９、１層目のポリシ
リコン層２４が積層されている。図３（ｂ）に、同図
（ａ）のＢ−Ｂ´方向の一部断面図を示す。なお、図に
おいて、２３は絶縁膜であり、その他の部分において
は、同一部分には、同一符号を付している。このＣＣＤ
の単位画素は、一つのフォトダイオードと３個の電極
（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）で構成された垂直ＣＣＤからなっ
ている。垂直ＣＣＤは三相駆動を行うことによりそれぞ
れのフォトダイオードに対応した信号電荷を読み出した
後、独立に転送可能としている。また、このＣＣＤの信
号電荷の転送図を図３（ｃ）に示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の全画素読み出し
ＣＣＤは、前記のように、３層ポリシリコンプロセスの
構造をとることから、画素の最大高さがポリシリコン３
層分となる。このことにより感度向上のために採用して
いるオンチップマイクロレンズ効果に大きな影響を及ぼ
すこととなるフォトダイオード表面とレンズ底部までの
距離の縮小化に制約を生じ、この結果、感度の向上に制
限を与えることとなる。具体的には、ポリシリコン層を
１層増やすと、画素の高さが約０．５μｍ高くなり、こ
のため感度が約２０％減少する。また、３層ポリシリコ
ンプロセスは、２層ポリシリコンプロセスに比較して、
歩留まりが約１０〜２０％減少するなどの製造上の問題
がある。この問題は、２層目ポリシリコンのエッチング
残りとゲート絶縁膜残膜という相反する特性を満足させ
ることの困難性に起因するものと推察されている。

【０００４】本発明は、前記従来の問題を解決するため
に、電極を単層構造とすることにより、高感度で、その
製造効率が高い固体撮像装置およびその製造方法の提供
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固体撮像装置は、受光部および垂直信号転
送部とからなる単位画素が二次元状に配列され、水平シ
フトレジスタを備えた固体撮像装置において、前記水平
シフトレジスタおよび前記垂直信号転送部の転送電極下
の信号転送方向とは逆側の部分に電荷に対するポテンシ
ャルを浅くする不純物が導入されているという構成をと
る。

【０００６】このように、前記水平シフトレジスタおよ
び前記垂直信号転送部の転送電極下の信号転送方向とは
逆側の部分に電荷に対するポテンシャルを浅くする不純
物が導入されると、この部分が、他の電極下の信号と分
離するためのバリア領域となる。このため、上記転送電
極下において電荷蓄積部となる領域と上記バリア領域と
が形成され、電極が単層構造でも、２相駆動可能な全画
素読み出しのできる構造となる。すなわち、本発明の固
体撮像装置では、単位画素を１つの受光部と２電極単層
ＣＣＤで構成することができるため、実効的な素子高さ
は一層電極と同一となって、この結果、従来において問
題であった感度の制限が除かれるようになる。また、単
層電極構造にすることができることから、従来の製造上
の問題も生じなくなる。

【０００７】そして、本発明の固体撮像装置において、
転送効率が改善され低電圧駆動が可能となるという理由
から、前記転送電極の側壁に、前記転送電極と電気的に
接続されたサイドウォール電極が形成されていることが
好ましい。

【０００８】つぎに、本発明の固体撮像装置の製造方法
は、受光部および垂直信号転送部とからなる単位画素が
二次元状に配列され、水平シフトレジスタを備え、前記
水平シフトレジスタおよび前記垂直信号転送部のそれぞ
れの転送電極下の信号転送方向とは逆側の部分に電荷に
対するポテンシャルを浅くする不純物が導入されている
固体撮像装置の製造方法であって、前記不純物の導入手
段として、３０〜６０度の傾斜角度でかつ前記水平シフ
トレジスタおよび前記垂直信号転送部のそれぞれの転送
電極に対し４０〜５０度のツイスト角度でイオン注入す
るという構成をとる。

【０００９】このようにすると、上記転送電極下の信号
転送方向とは逆側の部分に他の電極下の信号と分離する
ためのバリア領域を形成することが可能となる。

【００１０】なお、前記傾斜角度（Ｔｉｌｔ角度）と
は、半導体基板面に垂直な線（法線）に対する角度であ
り、法線方向は０度のものをいう。

【００１１】また、前記ツイスト角度（Ｔｗｉｓｔ角
度）とは、半導体基板に平行な面上のある基準（１０
０）シリコンにおける（１１０）オリエンテーションフ
ラットからの回転角度をいう。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を説明
する。

【００１３】

【実施形態１】図１に実施形態１の固体撮像装置を示
す。なお、同図（ａ）は、平面図であり、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＡ−Ａ´方向の一部断面図であり、同図
（ｃ）は、信号電荷の流れとポテンシャルの関係を示す
模式図である。

【００１４】この固体撮像装置は、例えば、つぎのよう
にして作製される。すなわち、まず、Ｐ形半導体シリコ
ン基板１にＮ形領域２、ゲート絶縁膜３を形成した後、
水平シフトレジスタ（ＨＣＣＤ）と垂直転送信号部（Ｖ
ＣＣＤ）の転送電極４、５、６をポリシリコンで電極間
隔を０．６μｍとなるよう選択的に形成する。ついで、
矢印で示すように、３０〜６０度の傾斜角θ１でかつ水
平シフトレジスタ（ＨＣＣＤ）および垂直信号転送部
（ＶＣＣＤ）のそれぞれの転送電極４、５、６に対し４
５度のツイスト角方向θ２からボロンイオンを１０¹¹〜
１０¹²ｃｍ^-2注入する。このようにすると、転送電極
４、５、６の下のＮ形領域において、信号転送方向とは
逆側の部分にバリア領域７が転送電極下に一部潜り込ま
せた状態で形成される。その後、常法により、フォトダ
イオード形成ならびに所定の配線を行う。このようにし
て、図１（ａ）および同図（ｂ）に示すような固体撮像
装置を作製することができる。

【００１５】この固体撮像装置における垂直信号転送部
（ＶＣＣＤ）の信号電荷の流れとポテンシャルの関係を
図１（ｃ）に示す。なお、図１（ｃ）は、位置関係にお
いて同図（ｂ）に対応するものである。図示のように、
各転送電極５、６下に電荷蓄積部となる領域と他電極下
の信号と分離するためのバリア領域７が形成されてお
り、信号電荷は、図において右から左に転送される。そ
して、バリア領域７の部分においては、電荷に対するポ
テンシャルが浅くなっていることがわかる。この結果、
固体撮像装置の転送電極構造を単層構造にすることがで
き、かつ２層駆動可能な全画素読み出しのできる構造と
することができる。なお、信号電荷の転送については、
水平シフトレジスタ（ＨＣＣＤ）においても同様であ
り、転送電極構造を単層構造にすることができ、かつ２
相駆動可能な全画素読み出しのできる構造とすることが
できる。

【００１６】

【実施形態２】実施形態２の固体撮像装置は、実施形態
１の固体撮像装置において、転送電極の側壁に前記転送
電極に電気的に接続されたサイドウォールを形成した例
である。

【００１７】すなわち、図２（ａ）に示すように、実施
形態１と同様にして、イオン注入（矢印）を行いバリア
領域７を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、
転送電極５、６の側壁にサイドウォール８を形成する。
この形成は、サイドウォール材料膜を形成した後、全面
異方性エッチングすることにより行うことができる。ま
た、上記サイドウォールの形成材料としてはポリシリコ
ンを用い、またその厚みは約０．２μｍとした。そし
て、実施形態１と同様に、常法により、フォトダイオー
ド形成ならびに所定の配線を行う。なお、図２におい
て、図１と同一部分には同一符号を付している。

【００１８】このようにして得られた固体撮像装置で
は、水平シフトレジスタ（ＨＣＣＤ）および垂直信号転
送部（ＶＣＣＤ）において、ともに単層の転送電極で実
効電極間距離が約０．２μｍの２相駆動可能な全画素読
み出しのできる構造とすることができる。これにより、
転送電極間隔を０．６μｍから０．２μｍに縮小できる
ため、実施形態１の固体撮像装置と比較して転送効率が
改善され低電圧駆動が可能となる。

【００１９】このように、実施形態１および実施形態２
の固体撮像装置では、転送電極構造を単層構造とするこ
とができる。この結果、これら固体撮像装置において、
転送電極により決定される素子高さは、従来のものに比
べ、約１／３の高さとなり、マイクロレンズの最適設
計、例えば、カメラレンズの絞り値依存性を少なくする
ことが可能となる。

【００２０】なお、本発明の固体撮像装置の場合、単位
画素の信号電荷蓄積領域は一つの転送電極下のバリア領
域を除く領域となるが、本発明の固体撮像装置の製造方
法によれば、バリア領域が選択的に形成した電極間距離
とすることが可能であるため、電荷蓄積に寄与するＣＣ
Ｄの電極面積において、従来の３電極３相駆動と同等以
上とすることが可能であり実用上充分な信号電荷を蓄積
できる。具体的にいうと、例えば、単位画素の垂直寸法
を５μｍとすると、従来例（図３参照）の信号電荷蓄積
の実効電極長は５μｍ÷３の値が約１．６μｍであるの
に対し、本発明の固体撮像装置では、（５μｍ−（０．
６×２））÷２の値が約１．９μｍとなり、従来例の１
８％増となる。なお、信号転送時は、図１に示すよう
に、交互の電極にハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）の２値のパル
スを印加することにより行うことができる。

【００２１】また、実施形態１および実施形態２では、
出発基板をＰ形半導体シリコン基板としたが、本発明は
これに限定するものではなく。Ｐ形ウェルとしても同様
の効果が得られる。また、電極、サイドウォール材料は
ポリシリコンとしたが、高融点材料等（例えば、ＷＳ
ｉ、Ｍｏ、Ｗおよびそれらとポリシリコンとの多層膜）
を用いても同様の効果が得られる。そして、不純物とし
て、ボロンイオンを用いたが、この他に、アルミイオン
を使用することができるが、ボロンイオンを用いること
が好ましい。また、イオン注入は半導体分野における常
法により行うことができ、イオン注入角度は、前述の範
囲であるが、好ましい範囲は、傾斜角度が４０〜５０度
の範囲であり、ツイスト角度が４２〜４８度の範囲であ
る。

【００２２】前記サイドウォールの厚みは、転送電極間
の距離等により適宜決定されるが、通常、０．１〜０．
３μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍである。なお、
サイドウォールを形成しなくても、転送電極間距離を
０．３μｍ以下にすることにより、低電圧駆動が可能と
なるが、バリア領域を全て電極下に形成できるという理
由から、サイドウォール形成を行ったほうが好ましい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の固体撮像装置
は、水平シフトレジタおよび垂直信号転送部のそれぞれ
の転送電極を単層構造とすることができ、かつ２相駆動
可能な全画素読み出しのできるものである。このため、
構造的に素子高さが抑制可能となり高解像度および高感
度を同時に満足できるものとなる。さらに、前記転送電
極の側壁にサイドウォールを形成することにより、低電
圧駆動が可能となる。また、本発明の固体撮像装置の製
造方法は、２層目ポリシリコンのエッチング残りとゲー
ト絶縁膜残膜という相反する特性を満足させる必要がな
いことから、高い歩留まりを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は発明の固体撮像装置の一実施形態の平
面図であり、（ｂ）は前記平面図のＡ−Ａ´方向の一部
断面図であり、（ｃ）は信号電荷のポテンシャルを示す
模式図である。

【図２】（ａ）は本発明の固体撮像装置のその他の実施
形態において、イオン注入を行う状態を示す断面図であ
り、（ｂ）はサイドウォールを形成する状態を示す断面
図である。

【図３】（ａ）は従来の固体撮像装置の構成を示す平面
図であり、（ｂ）は前記平面図のＢ−Ｂ´方向の一部断
面図であり、（ｃ）は信号電荷のポテンシャルを示す模
式図である。

【符号の説明】

１Ｐ形半導体シリコン基板２Ｎ形領域３絶縁膜４、５、６転送電極７バリア領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光部および垂直信号転送部とからなる
単位画素が二次元状に配列され、水平シフトレジスタを
備えた固体撮像装置において、前記水平シフトレジスタ
および前記垂直信号転送部のそれぞれの転送電極下の信
号転送方向とは逆側の部分に電荷に対するポテンシャル
を浅くする不純物が導入されていることを特徴とする固
体撮像装置。
【請求項２】水平シフトレジスタおよび垂直信号転送
部の転送電極が、単層電極で構成されている請求項１記
載の固体撮像装置。
【請求項３】転送電極の側壁に、前記転送電極と電気
的に接続されたサイドウォール電極が形成されている請
求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】受光部および垂直信号転送部とからなる
単位画素が二次元状に配列され、水平シフトレジスタを
備え、前記水平シフトレジスタおよび前記垂直信号転送
部のそれぞれの転送電極下の信号転送方向とは逆側の部
分に電荷に対するポテンシャルを浅くする不純物が導入
されている固体撮像装置の製造方法であって、前記不純
物の導入手段として、３０〜６０度の傾斜角度でかつ前
記水平シフトレジスタおよび前記垂直信号転送部のそれ
ぞれの転送電極に対し４０〜５０度のツイスト角度でイ
オン注入することを特徴とする固体撮像装置の製造方
法。