JPH11150260A

JPH11150260A - 固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11150260A
Application number: JP9318021A
Authority: JP
Inventors: Wataru Kamisaka; 渡上坂
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】遮光膜配線とポリシリコンゲート電極とをコ
ンタクト窓を介して接続した場合においても、信号電荷
の転送効率の劣化を起こさない固体撮像装置およびその
製造方法を得る。【解決手段】信号電荷転送チャネル１２上にゲート絶
縁膜２３を介してポリシリコンゲート電極１３を形成
し、信号電荷転送チャネル１２に各ポリシリコンゲート
電極１３の信号電荷入力側の電位ポテンシャルは浅く信
号電荷出力側の電位ポテンシャルは深くなるように電位
ポテンシャル段差１４を形成し、ポリシリコンゲート電
極１３上をポリシリコンゲート電極１３表面の信号電荷
入力側にコンタクト窓１５を有した絶縁膜２４で覆い、
コンタクト窓１５を介してポリシリコンゲート電極１３
と電気的に接続させて絶縁膜２４上に遮光膜配線１６を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラ等
に広く利用されている固体撮像装置およびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置はビデオカメラ等に
広く利用されている。その固体撮像装置は、ビデオカメ
ラ本体の小型化および軽量化に伴い、従来と比較して益
々高感度化，低スミア化が要求されている。光電変換部
の面積を拡大することが高感度化への最善の手法である
が、実際の固体撮像装置では、ポリシリコン電極の配線
領域等光電変換にも信号電荷転送にも寄与しない無効領
域が広い面積を占有している。この無効領域となるポリ
シリコン電極の配線領域の幅を最小とするため、各画素
のポリシリコン電極の中央部にコンタクトを形成し、そ
のコンタクトを介し電気的にアルミニウム配線材料や高
融点金属膜を直接接続する方法が行われてきた。この方
法では高感度化の実現は可能であるが、大光量の被写体
を撮像した場合、黒の縦線が発生するという転送劣化の
問題があった。

【０００３】以下に、従来の固体撮像装置について図面
を参照しながら説明する。図９において、４１はｎ型半
導体基板、４２はｐ型ウエル、４３はｎ^-型拡散層領
域、４４はｎ型拡散層領域、４５はｐ⁺⁺型拡散層領域、
４６はゲート絶縁膜、４７はポリシリコンゲート電極、
４８ポリシリコン酸化膜、４９は層間絶縁膜、５０はコ
ンタクト窓、５１はアルミニウム遮光膜配線、５２は保
護膜である。

【０００４】まず、ｎ型半導体基板４１中に、ｐ型ウエ
ル４２と光電変換部となるｎ^-型拡散層領域４３を形成
する。光が入射すると、ｎ^-型拡散層領域４３では電子
と正孔が対生成する。このうち電子がｎ^-型拡散層領域
４３に蓄積される。また、非常に強い光が入射した場合
には、ｎ^-型拡散層領域４３からｐ型ウエル４２を経由
してｎ型半導体基板４１へ電子が溢れる。このような構
造を縦型オーバーフロードレイン構造と呼ぶ。

【０００５】垂直ＣＣＤ部を構成し信号電荷を転送する
垂直シフトレジスタであるｎ型拡散層領域４４は、埋め
込みチャネル型トランジスタ構造を形成している。実際
の駆動では、ポリシリコンゲート電極４７に例えば１０
Ｖの高い電圧を印加して、光電変換部中に蓄積された電
子を垂直ＣＣＤ部に全て移す。次に、ポリシリコンゲー
ト電極４７に例えば０Ｖと−１０Ｖの電圧を交互に印加
することで、垂直ＣＣＤ部内の信号電荷を順次転送させ
る。ｎ^-型拡散層領域４３上のｐ⁺⁺型拡散層領域４５
は、正孔蓄積層として作用している。すなわち、半導体
基板界面の欠陥等に起因して発生する電子−正孔対のう
ち、雑音信号となる電子を消去させる作用がある。この
光電変換を行うｎ^-型拡散層領域４３とｐ⁺⁺型拡散層領
域４５は、一般的にフォトダイオード領域（以下、フォ
トダイオード部と記す）５３と呼ばれている。ポリシリ
コンゲート電極４７はポリシリコン酸化膜４８により電
気的に絶縁されている。また、その上層にはＣＶＤ膜か
らなる層間絶縁膜４９が形成され、アルミニウム遮光膜
配線５１との絶縁を行っている。コンタクト窓５０は垂
直ＣＣＤ部を構成するポリシリコンゲート電極４７の中
央部に位置する。そして、そのコンタクト窓５０を介し
てポリシリコンゲート電極４７とアルミニウム遮光膜配
線５１を電気的に接続する。また、ポリシリコンゲート
電極４７の上部にアルミニウム遮光膜配線５１を形成す
ることにより、余分な光の入射を防いで、スミアの発生
を抑制している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、アルミニウム遮光膜配線５１または高融点
金属遮光膜配線とポリシリコンゲート電極４７間で、コ
ンタクト抵抗を低減するため熱処理を行うと、アルミニ
ウム遮光膜配線５１中のＡｌ原子がポリシリコンゲート
電極４７中に拡散して、その仕事関数が変化してしま
う。この仕事関数の変化は、信号電荷転送路中の局所的
な電位ポテンシャルの変化を発生させる。その結果、そ
の箇所での信号電荷の転送効率の劣化を招く。

【０００７】この発明の目的は、遮光膜配線とポリシリ
コンゲート電極とをコンタクト窓を介して接続した場合
においても、信号電荷の転送効率の劣化を起こさない固
体撮像装置およびその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の固体撮像
装置は、半導体基板上に光電変換部と信号電荷転送部か
らなる複数個の画素部を形成してなる固体撮像装置であ
って、信号電荷転送部は信号電荷転送チャネル上にゲー
ト絶縁膜を介して１つの光電変換部に対して２つ以上の
単層のポリシリコンゲート電極を形成してなり、信号電
荷転送チャネルに各ポリシリコンゲート電極の信号電荷
入力側の電位ポテンシャルは浅く信号電荷出力側の電位
ポテンシャルは深くなるように電位ポテンシャル段差を
形成し、ポリシリコンゲート電極上をポリシリコンゲー
ト電極表面の信号電荷入力側にコンタクト窓を有した絶
縁膜で覆い、コンタクト窓を介してポリシリコンゲート
電極と電気的に接続させて絶縁膜上に遮光膜配線を形成
したことを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の固体撮像装置は、半導体基
板上に光電変換部と信号電荷転送部からなる複数個の画
素部を形成してなる固体撮像装置であって、信号電荷転
送部は信号電荷転送チャネル上にゲート絶縁膜を介して
１つの光電変換部に対して２つ以上でかつ２層以上のポ
リシリコンゲート電極を形成してなり、ポリシリコンゲ
ート電極上をポリシリコンゲート電極表面の信号電荷入
力側にコンタクト窓を有した絶縁膜で覆い、コンタクト
窓を介してポリシリコンゲート電極と電気的に接続させ
て絶縁膜上に遮光膜配線を形成したことを特徴とする固
体撮像装置。

【００１０】請求項３記載の固体撮像装置の製造方法
は、半導体基板上に光電変換部となる拡散層を形成し、
半導体基板上に信号電荷転送チャネルを形成し、信号電
荷転送チャネル上にゲート絶縁膜を介して１つの光電変
換部に対して２つ以上の単層のポリシリコンゲート電極
を形成し、信号電荷転送チャネルに各ポリシリコンゲー
ト電極の信号電荷入力側の電位ポテンシャルは浅く信号
電荷出力側の電位ポテンシャルは深くなるように拡散層
による電位ポテンシャル段差を形成し、ポリシリコンゲ
ート電極上を絶縁膜で覆い、絶縁膜のポリシリコンゲー
ト電極表面の信号電荷入力側にコンタクト窓を形成し、
絶縁膜上に遮光膜配線を形成してコンタクト窓を介して
ポリシリコンゲート電極と電気的に接続するものであ
る。

【００１１】請求項４記載の固体撮像装置の製造方法
は、半導体基板上に光電変換部となる拡散層を形成し、
半導体基板上に信号電荷転送チャネルを形成し、信号電
荷転送チャネル上にゲート絶縁膜を介して１つの光電変
換部に対して２つ以上でかつ２層以上のポリシリコンゲ
ート電極を形成し、ポリシリコンゲート電極上を絶縁膜
で覆い、絶縁膜のポリシリコンゲート電極表面の信号電
荷入力側にコンタクト窓を形成し、絶縁膜上に遮光膜配
線を形成してコンタクト窓を介してポリシリコンゲート
電極と電気的に接続するものである。

【００１２】請求項１および請求項３記載の固体撮像装
置およびその製造方法によると、ポリシリコンゲート電
極と遮光膜配線のコンタクト領域では、ポリシリコンゲ
ート電極中に遮光膜配線の原子が拡散し、その領域のポ
リシリコンゲート電極の仕事関数が変化してしまう。そ
の影響により、コンタクト直下の信号電荷転送チャネル
のポテンシャル深さは浅くなり、結果的に作りつけのポ
テンシャルが新たに形成されたような構造となる。この
遮光膜配線によるポテンシャル段差と、拡散層によるポ
テンシャル段差の２段からなるポテンシャル段差によ
り、低駆動電圧でも高い転送効率を示す単層ゲートの固
体撮像装置を実現できる。

【００１３】請求項２および請求項４記載の固体撮像装
置およびその製造方法によると、２層以上のポリシリコ
ンゲート電極からなり、ポリシリコンゲート電極の信号
電荷入力側に形成したコンタクトを介して遮光膜配線の
原子が拡散して、信号電荷入力側は浅く、信号電荷出力
側は深くなるようなポテンシャル段差をもつ信号電荷転
送チャネルを形成する。これにより、低駆動電圧でも高
い転送効率を示す２層以上のポリシリコンゲート電極か
らなる固体撮像装置を実現できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態この発明の第１の実施の形態について、図１ないし図５
を参照しながら説明する。この例は、プログレッシブス
キャン駆動を行う固体撮像装置に関するものである。

【００１５】図１は固体撮像装置の平面図を示してい
る。図１において、１１はフォトダイオード部、１２は
信号電荷転送チャネル、１３ａ，１３ｂはポリシリコン
ゲート電極、１４ａ，１４ｂはイオン注入による拡散層
におけるポテンシャル段差、１５はポリシリコンゲート
電極と金属遮光膜配線間のコンタクト窓、１６は高融点
金属遮光膜配線（例えば、タングステン、チタン、チタ
ンナイトライド、モリブデン等）、もしくは高融点金属
のけい化物（例えば、タングステンシリサイド、チタン
シリサイド、モリブデンシリサイド等）、もしくはそれ
ぞれの膜を組み合わせた複合膜、もしくはアルミニウム
膜である。図１において信号電荷は図の上側から下側の
方向に転送される。

【００１６】図２は固体撮像装置の断面図を示してお
り、（ａ）は固体撮像装置の信号電荷転送路の概略断面
図、（ｂ）は固体撮像装置の信号電荷転送路のポテンシ
ャル図である。図２において、２１はｎ型半導体基板、
２２はｐ型ウエル、２３はゲート絶縁膜、２４は層間絶
縁膜、２５は層間絶縁膜、２６は保護膜である。コンタ
クト窓１５は拡散層によるポテンシャル段差１４ａ，１
４ｂと同程度もしくはそれより小さくなっている。な
お、信号電荷は図２の左側から右側に向かって転送され
る。

【００１７】まず、ｎ型半導体基板２１にｐ型ウエル２
２が形成されている。半導体基板として面方位（１０
０）のｎ型シリコン基板を用いる。ｎ型半導体基板２１
の不純物濃度は約１０¹⁴ｃｍ^-3である。次に、ｐ型ウエ
ル２２を約５μｍの深さで形成する。またｐ型ウエル２
２の不純物濃度は約１０¹⁵ｃｍ^-3である。ｐ型ウエル２
２中には光電変換を行うフォトダイオード部１１が存在
する。フォトダイオード部１１はｎ^-型拡散層領域とそ
の上部に位置するｐ⁺⁺型拡散領域の２層から構成されて
いる。ｎ^-型拡散領域の拡散深さは約１μｍ、不純物濃
度は約１０¹⁶ｃｍ ^-3である。一方、ｐ⁺⁺型拡散層領域の
拡散深さは約０．３μｍで、不純物濃度は約１０¹⁸ｃｍ
^-3と高濃度である。ｎ^-型拡散層領域に光が入射する
と、ｎ^-型拡散層領域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。電子は隣接する垂直ＣＣＤ部
を経て信号電荷となる。ホールはｐ型ウエル２２を通っ
てｎ型半導体基板２１の外部に取り出される。このよう
にして、光電変換部は入射光を信号電荷に変換してい
る。また、ｐ⁺⁺型拡散層領域は正孔蓄積層として作用
し、シリコン基板表面の界面準位等で発生した雑音信号
となる不要電子を再結合させることで消去させている。

【００１８】また、ｐ型ウエル２２内には信号電荷転送
チャネル１２が位置する。この信号電荷転送チャネル１
２はフォトダイオード部１１で形成された信号電荷を所
定の領域（水平ＣＣＤ部）に転送するための転送領域で
ある。ここで、信号電荷転送チャネル１２の拡散深さは
約０．５μｍであり、不純物濃度は約１０¹⁶〜¹⁷ｃｍ ^-3
である。

【００１９】そして、半導体基板表面に約５０ｎｍのゲ
ート絶縁膜２３を形成する。その上層には約４００ｎｍ
のポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂが形成され
る。図１に示すように、ポリシリコンゲート電極１３
ａ，１３ｂを単層で形成する場合、１つのフォトダイオ
ード１１に対し２つのポリシリコンゲート電極１３ａ，
１３ｂが位置する。図１中の上側にあるポリシリコンゲ
ート電極１３ａは隣りのポリシリコンゲート電極１３ａ
と繋がっており、外部（図中の右もしくは左側）から電
圧を印加するとポリシリコンゲート電極１３ａの一行全
体が同電圧となる。また、図１中下側のポリシリコンゲ
ート電極１３ｂはそれ自体は配線を持たず、電気的にフ
ローティング状態である。このポリシリコンゲート電極
１３ｂに対してコンタクト窓１５を介して高融点金属遮
光膜配線１６と電気的に接続し、ポリシリコンゲート電
極１３ｂへの電圧印加を可能にしている。

【００２０】各ポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂ
に対応して、信号電荷転送チャネル１２内に拡散層によ
るｎ型の電位ポテンシャル段差１４ａ，１４ｂを形成す
る。この作りつけポテンシャルはＢ⁺イオンを約１０¹⁶
ｃｍ^-3注入することで形成する。この電位ポテンシャル
段差１４ａ，１４ｂは各ポリシリコンゲート電極１３
ａ，１３ｂの信号電荷入力側（図１中上側）に位置し、
その電位ポテンシャル段差（拡散層によるポテンシャル
により発生する信号電荷転送チャネル１２内でのポテン
シャル差）１４ａ，１４ｂは約２Ｖである。なお、作り
つけポテンシャルの無い信号電荷転送チャネル１２のポ
テンシャル深さは約５Ｖである。

【００２１】ポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂ上
およびその表面には、約２００ｎｍのＣＶＤ法による酸
化膜系の層間絶縁膜２４が形成される。これらの層間絶
縁膜２４は配線となる高融点金属遮光膜配線１６とポリ
シリコンゲート電極１３ａ，１３ｂ間の電気的絶縁を行
う。この層間絶縁膜２４中にコンタクト窓１５を形成す
る。コンタクト窓１５はポリシリコンゲート電極１３ｂ
の信号電荷入力側（図１中上側）に存在し、その縦方向
の大きさは少なくとも拡散層によるポテンシャル段差１
４ｂと同程度もしくは小さくする必要がある。今回コン
タクトを有する縦２．０μｍ×横２．０μｍのポリシリ
コンゲート電極１３ｂに対し、そのコンタクト窓１５の
大きさは縦０．５μｍ×横１．０μｍである。なお、拡
散層によるポテンシャル段差１４ａ，１４ｂの大きさは
縦０．８μｍ×横１．２μｍである。コンタクト形成
後、配線材料と遮光膜を兼ねる高融点金属遮光膜配線１
６を形成する。これは、フォトダイオード部１１の開口
を設けるため、ストライプ状の形状となる。その膜厚は
約２００ｎｍであり、シート抵抗は数Ω／□となる。シ
ート抵抗値はポリシリコンの１／数１０であり、配線材
料として全く問題はない。

【００２２】また、信号電荷転送チャネル１２の電位ポ
テンシャルは図２（ｂ）のようになる。もともと５Ｖの
ポテンシャル深さのチャネルに対し、拡散層によるポテ
ンシャル段差１４ａ，１４ｂが約２Ｖ形成される。さら
に、高融点金属遮光膜配線１６の仕事関数の影響による
ポテンシャルの変化が約０．５Ｖ現れる。このようにし
て、３段からなる階段状のポテンシャル段差により、信
号電荷の転送はスムーズに行われる。

【００２３】次に、図３ないし図５を用いて固体撮像装
置の製造工程について詳細に説明する。まず、図３に示
すように、ｎ型半導体基板２１の主表面上に約１００ｎ
ｍの熱酸化膜（図示せず）を形成後、熱酸化膜を通して
半導体基板全面にボロンイオンを注入する。この後、熱
処理を行ってｐ型ウエル２２を形成する。また、熱処理
は、窒素雰囲気中で熱処理温度１１００℃以上で数時間
行う。この熱処理によってイオン注入されたボロンイオ
ンを活性化させ、ｐ型ウエル２２が形成される。次に、
信号電荷転送チャネル１２となるｎ型拡散層領域を形成
する。注入条件は加速電圧約百ｋｅＶ，注入量約１０¹²
ｃｍ^-2のリンイオン注入である。次に、ゲート電極に対
して、信号電荷の入力側となる領域に電位ポテンシャル
段差１４ａ，１４ｂを設けるために、ボロンイオンを加
速電圧数十ｋｅＶ、注入量約１０¹¹ｃｍ^-2の条件で注入
する。そして、最後にイオンの活性化のため、９００℃
の熱処理を行う。なお、図示はしないが、この信号電荷
転送路形成後、光電変換部となるｎ^-型拡散層領域をリ
ンイオン注入により行う。光電変換部は長波長の入射光
に対しても高い変換効率を示すよう、１μｍ程度の拡散
深さが必要である。そのためその加速電圧は、数百ｋｅ
Ｖと高くする必要がある。そして、その表面に正孔蓄積
層をボロンイオンで形成する。

【００２４】図３のようにｎ型半導体基板２１に各拡散
層を形成した後、図４のようにポリシリコンゲート電極
１３ａ，１３ｂを形成する。まず、各拡散層を形成した
後、半導体基板の表面の不要な酸化膜を除去し、ゲート
絶縁膜２３を成長する。このゲート絶縁膜２３は一般的
なパイロジェニック酸化により行う。膜厚は約５０〜８
０ｎｍである。次に、ポリシリコンゲート電極１３ａ，
１３ｂを形成する。ポリシリコンゲート電極１３ａ，１
３ｂは減圧ＣＶＤ法により堆積したポリシリコン膜にリ
ンドーピングを行い、低抵抗化して使用する。膜厚は約
４００ｎｍで、シート抵抗は約４０Ω／□である。次
に、ドライエッチングによりパターニングを行う。図の
ような単層ゲート構造の場合、転送効率の劣化を防止す
るため、電極間のギャップは０．４μｍ以下にするのが
望ましい。単層ポリシリコンゲート構造の場合、１つの
光電変換部に対し２つの転送ゲートを有している。その
うち一方のポリシリコンゲート電極１３ａはそのポリシ
リコンゲートの一部を延長することで、隣接するポリシ
リコンゲート電極１３ａと電気的に接続されて、撮像部
の周辺で駆動パルスを印加するように設計されている。
他方のポリシリコンゲート電極１３ｂは孤立している状
態で配置されており、電気的にフローティング構造とな
っている。そのため、コンタクト窓を介してアルミニウ
ム遮光膜や高融点金属遮光膜を配線材料として利用する
ことにより、駆動パルスの印加を可能としている。次
に、前述したアルミニウム遮光膜や高融点金属遮光膜配
線とポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂの電気的絶
縁のため、層間絶縁膜２４を形成する。層間絶縁膜２４
は酸化膜系のＣＶＤ膜で、膜厚は約２００ｎｍである。

【００２５】次に、図５のようにポリシリコンゲート電
極１３ｂと高融点金属遮光膜配線１６の接続を行う。ま
ず、層間絶縁膜２４中にコンタクト窓１５を形成する。
コンタクト窓１５は、図５中においてポリシリコンゲー
ト電極１３ｂの左側、すなわち信号電荷の入力側に形成
する。コンタクト窓１５の大きさは、イオン注入による
電位ポテンシャル段差１４ａ，１４ｂより、同程度もし
くは小さくすることが望ましい。コンタクト窓１５を形
成した後、ポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂ上に
残った酸化膜を完全に除去し、高融点金属遮光膜配線１
６を成長する。遮光膜の形成方法は、ＣＶＤ法でもスパ
ッタ法でもよく、良好な遮光性とステップカバレッジを
示す膜が最適である。その膜としては、アルミニウム遮
光膜、高融点金属遮光膜、高融点金属のけい化物遮光膜
が挙げられる。次に、エッチングによって金属遮光膜を
パターニングする。この金属遮光膜配線１６はストライ
プ状の形状であり、同一の信号電荷転送チャネル１２を
有するポリシリコンゲート電極１３ｂ同士を接続する。
そして、その金属遮光膜配線１６を撮像部の周辺領域に
おいて、周辺配線とその金属遮光膜配線１６を接続する
ことにより、ポリシリコンゲートへの駆動パルス印加が
可能となる。遮光膜の膜厚は、選択する材料の遮光性や
電気抵抗により決定されるが、２００ｎｍ以上の膜厚が
必要である。

【００２６】最後に層間絶縁膜２５を形成する。この層
間絶縁膜２５は酸化膜系のＣＶＤ膜で、膜厚は約５００
ｎｍ以上である。この層間絶縁膜２５は、金属遮光膜配
線１６およびポリシリコンゲート電極１３ａ，１３ｂ
と、周辺のアルミニウム配線等の配線領域（図示せず）
との電気的絶縁を行っている。また、その上層には最終
保護膜２６が形成されている。最終保護膜２６は窒化膜
系で同じくＣＶＤ法により形成する。

【００２７】このように構成された固体撮像装置および
その製造方法によると、ポリシリコンゲート電極１３ｂ
と金属遮光膜配線１６のコンタクト領域では、ポリシリ
コンゲート電極１３ｂ中に金属遮光膜配線１６の原子
（例えばＷ（タングステン））が拡散し、その領域のポ
リシリコンゲート電極１３ｂの仕事関数が変化してしま
う。その影響により、コンタクト直下の信号電荷転送チ
ャネル１２のポテンシャル深さは浅くなり、結果的に作
りつけのポテンシャルが新たに形成されたような構造と
なる。この金属遮光膜配線１６によるポテンシャル段差
と、拡散層によるポテンシャル段差１４ｂの２段からな
るポテンシャル段差により、高照度および低照度転送効
率もほぼ１００％と問題なく、かつ固定パターンノイズ
も発生せず、低駆動電圧でも高い転送効率を示す単層ゲ
ートの固体撮像装置を実現できる。

【００２８】なお、同様の製造方法により、２層以上の
ポリシリコンゲート電極と金属遮光膜配線をもつ固体撮
像装置が得られることはいうまでもない。第２の実施の形態この発明の第２の実施の形態について図６ないし図８を
参照しながら説明する。この例は、ビデオカメラ等で多
用されているフィールドミックスによる転送方法による
固体撮像装置に関するものである。

【００２９】図６および図７において、３０は１層目の
ポリシリコンゲート電極、３１は２層目のポリシリコン
ゲート電極である。そして、ポリシリコンゲート電極３
０の信号電荷入力側に形成したコンタクト窓１５を介し
て高融点金属遮光膜配線１６を接続する。信号電荷転送
チャネル１２には高融点金属遮光膜配線１６の仕事関数
の影響によるポテンシャルの変化が約０．５Ｖ現れる。
なお、図８に電荷の流れを示したポテンシャル図を示
す。

【００３０】このように構成された固体撮像装置および
その製造方法によると、２層以上のポリシリコンゲート
電極３０，３１からなり、ポリシリコンゲート電極３０
の信号電荷入力側に形成したコンタクトを介して高融点
金属遮光膜配線１６の原子が拡散して、信号電荷入力側
は浅く、信号電荷出力側は深くなるようなポテンシャル
段差をもつ信号電荷転送チャネル１２を形成する。これ
により、高照度および低照度転送効率もほぼ１００％と
問題なく、かつ固定パターンノイズも発生せず、低駆動
電圧でも高い転送効率を示す２層以上のポリシリコンゲ
ート電極３０，３１からなる固体撮像装置を実現でき
る。

【００３１】

【発明の効果】請求項１および請求項３記載の固体撮像
装置およびその製造方法によると、ポリシリコンゲート
電極と遮光膜配線のコンタクト領域では、ポリシリコン
ゲート電極中に遮光膜配線の原子が拡散し、その領域の
ポリシリコンゲート電極の仕事関数が変化してしまう。
その影響により、コンタクト直下の信号電荷転送チャネ
ルのポテンシャル深さは浅くなり、結果的に作りつけの
ポテンシャルが新たに形成されたような構造となる。こ
の遮光膜配線によるポテンシャル段差と、拡散層による
ポテンシャル段差の２段からなるポテンシャル段差によ
り、低駆動電圧でも高い転送効率を示す単層ゲートの固
体撮像装置を実現できる。

【００３２】請求項２および請求項４記載の固体撮像装
置およびその製造方法によると、２層以上のポリシリコ
ンゲート電極からなり、ポリシリコンゲート電極の信号
電荷入力側に形成したコンタクトを介して遮光膜配線の
原子が拡散して、信号電荷入力側は浅く、信号電荷出力
側は深くなるようなポテンシャル段差をもつ信号電荷転
送チャネルを形成する。これにより、低駆動電圧でも高
い転送効率を示す２層以上のポリシリコンゲート電極か
らなる固体撮像装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態における固体撮像
装置の平面図である。

【図２】（ａ）はこの発明の第１の実施の形態における
固体撮像装置の断面図、（ｂ）はその信号電荷転送路の
ポテンシャル図である。

【図３】この発明の第１の実施の形態における固体撮像
装置の製造工程図である。

【図４】この発明の第１の実施の形態における固体撮像
装置の製造工程図である。

【図５】この発明の第１の実施の形態における固体撮像
装置の製造工程図である。

【図６】この発明の第２の実施の形態における固体撮像
装置の平面図である。

【図７】（ａ）はこの発明の第２の実施の形態における
固体撮像装置の断面図、（ｂ）はその信号電荷転送路の
ポテンシャル図である。

【図８】この発明の第２の実施の形態における固体撮像
装置のポテンシャル図である。

【図９】従来例における固体撮像装置の断面図である。

【符号の説明】

１１フォトダイオード部１２信号電荷転送チャネル１３ａ，１３ｂ，３０，３１ポリシリコンゲート電極１４ａ，１４ｂポテンシャル段差１５コンタクト窓１６金属遮光膜配線２１ｎ型半導体基板２２ｐ型ウエル２３ゲート絶縁膜２４，２５層間絶縁膜２６保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に光電変換部と信号電荷転
送部からなる複数個の画素部を形成してなる固体撮像装
置であって、前記信号電荷転送部は信号電荷転送チャネ
ル上にゲート絶縁膜を介して前記１つの光電変換部に対
して２つ以上の単層のポリシリコンゲート電極を形成し
てなり、前記信号電荷転送チャネルに各ポリシリコンゲ
ート電極の信号電荷入力側の電位ポテンシャルは浅く信
号電荷出力側の電位ポテンシャルは深くなるようにポテ
ンシャル段差を形成し、前記ポリシリコンゲート電極上
を前記ポリシリコンゲート電極表面の信号電荷入力側に
コンタクト窓を有した絶縁膜で覆い、前記コンタクト窓
を介して前記ポリシリコンゲート電極と電気的に接続さ
せて前記絶縁膜上に遮光膜配線を形成したことを特徴と
する固体撮像装置。
【請求項２】半導体基板上に光電変換部と信号電荷転
送部からなる複数個の画素部を形成してなる固体撮像装
置であって、前記信号電荷転送部は信号電荷転送チャネ
ル上にゲート絶縁膜を介して前記１つの光電変換部に対
して２つ以上でかつ２層以上のポリシリコンゲート電極
を形成してなり、前記ポリシリコンゲート電極上を前記
ポリシリコンゲート電極表面の信号電荷入力側にコンタ
クト窓を有した絶縁膜で覆い、前記コンタクト窓を介し
て前記ポリシリコンゲート電極と電気的に接続させて前
記絶縁膜上に遮光膜配線を形成したことを特徴とする固
体撮像装置。
【請求項３】半導体基板上に光電変換部となる拡散層
を形成する工程と、前記半導体基板上に信号電荷転送チ
ャネルを形成する工程と、前記信号電荷転送チャネル上
にゲート絶縁膜を介して前記１つの光電変換部に対して
２つ以上の単層のポリシリコンゲート電極を形成する工
程と、前記信号電荷転送チャネルに各ポリシリコンゲー
ト電極の信号電荷入力側の電位ポテンシャルは浅く信号
電荷出力側の電位ポテンシャルは深くなるように拡散層
によるポテンシャル段差を形成する工程と、前記ポリシ
リコンゲート電極上を絶縁膜で覆う工程と、前記絶縁膜
の前記ポリシリコンゲート電極表面の信号電荷入力側に
コンタクト窓を形成する工程と、前記絶縁膜上に遮光膜
配線を形成して前記コンタクト窓を介して前記ポリシリ
コンゲート電極と電気的に接続する工程とを含む固体撮
像装置の製造方法。
【請求項４】半導体基板上に光電変換部となる拡散層
を形成する工程と、前記半導体基板上に信号電荷転送チ
ャネルを形成する工程と、前記信号電荷転送チャネル上
にゲート絶縁膜を介して前記１つの光電変換部に対して
２つ以上でかつ２層以上のポリシリコンゲート電極を形
成する工程と、前記ポリシリコンゲート電極上を絶縁膜
で覆う工程と、前記絶縁膜の前記ポリシリコンゲート電
極表面の信号電荷入力側にコンタクト窓を形成する工程
と、前記絶縁膜上に遮光膜配線を形成して前記コンタク
ト窓を介して前記ポリシリコンゲート電極と電気的に接
続する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。