JPS59202776A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体撮像装置、特に電荷転送機能或はスイッ
チング機能を有する半導体基板上に光導電膜を形成した
積層型固体撮像装置とその製造方法に関する。

従来例の構成とその問題点 ＢＢＤ、　ＣＯＤ等の電荷転送機能を有する回路素子或
はマトリクス状にＭＯＳスイッチを配置し、Ｘ−Ｙシフ
トレジスタによって信号の読み出しを行なうＸ−Ｙマト
リクス型と光導電膜とを組合せた従来の固体撮像装置は
、例えば第１図のように半導体回路基板（１）とダイオ
ード領域（２）、ゲート絶縁膜（３）、ゲート電極（４
）、第１の絶縁膜（５）、第２の絶縁膜（６）、金属電
極（７）、正孔阻止層（８）、光導電膜（９）、透明電
極α０で構成されており、金属電極（７）は絵素の分離
のため絵素ごとに分離されて半導体基板（１）のダイオ
ード領域（２）に電気的に接続されている。

このような従来の装置では、透明電極ααから入った光
は光導電膜（９）に吸収されて電子・正孔対を生成する
のであるが、透明電極α０や光導電膜（９）で吸収され
ずに透過した光が金属電極（７）の間隙を通って半導体
基板（１）に到達し、ここで電子・正孔対が生成し、正
孔は基板（１）に移動するが、電子は光情報蓄積のため
のダイオード領域（２）や、ＢＢＤ、ＣＯＤの電荷転送
段或はＭＯＳスイッチのドレインに流入する。ＭＯＳス
イッチのドレインは、縦方向の絵素がすべて電気的に接
続されているため、上述のように半導体基板で生成され
た電子がＭＯＳスイッチのドレインに入ると、入った電
子は縦方向に広がり、本来信号のない部分に信号が現わ
れるｂわゆるプルーミング現象を引き起す。

このような現象をなくすため、第２図に示すように第１
絶縁膜（５）と第２絶縁膜（６）の間に金属電極（７）
を分離するための間隙を覆うように光遮蔽体（１１）を
設けることが特開昭５５−１０５９３１４−号で発表さ
れている。しかしこの方法でもなお次のような問題があ
る。即ち、１つは光遮蔽膜（５）と金属電極（７）の間
隙の位置がずれると、光が基板（１）に到達する。

次に第２絶縁膜（６）が厚いと、光が横方向から漏れ易
くなり、特に図のようにゲート電極（４）の近くでは、
基板の段差が大きくなり、光の乱反射によって光の漏れ
が顕著となる。又逆に第２絶縁膜（６）が薄いと、金属
電極（７）と光遮蔽体αＤが短絡するおそれがある。更
にゲート電極（４）に高電圧のタロツクパルスを印加す
ると、ノイズが発生し易くなり、ゲート電極（４）と金
属電極（７）の間の浮遊容量にょクノイズが金属電極（
７）に誘発され、画像の質が悪くなる、などの問題があ
る。

発明の目的 本発明は、上述の第１図の構成の固体撮像装置において
、光の遮蔽を完全にしてプルーミングを大巾に抑制する
と共に、金属電極（７）とゲート電極（４）との間の浮
遊容量全小さくした固体撮像装置と、光遮蔽体を写真蝕
刻法によらず、自己整合的に制御特性良く形成する固体
撮像装置の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

発明の構成 本発明は、ダイオード領域とこのダイオード領域に蓄積
された信号電荷を転送する転送佃域とを有する半導体回
路基板と、この半導体回路基板上に形成された複政の絶
縁膜と、この絶縁膜上に単位絵素ごとに分離して形成さ
れ且つこの絶縁膜に設けられた開孔部を通して前記半導
体回路基板のダイオード領域に導通した複数の電極と、
更にこの複数の電極上に設けられた光導電膜及び光導電
膜」二に設けられた透光性電極とからなる固体撮像装置
において、前記複数の絶縁膜の間にその開孔°部を除い
て前記転送領域の全面を覆うように導電性の光の遮蔽体
を設けることによってブルーミングを抑制し、且つ電極
と転送領域を電気的にシールドしたものであり、又前記
遮蔽体に孔開は加工する際、絶縁膜の開孔形成と同時に
エツチングすることによジ専用のマスクを使用すること
なく、上述の固体撮像装置を制御特性良く製造できるよ
うにしたものである。

実施例の説明 第う図は本発明の固体撮像装置の一巣施例の断面構造を
示す。図において、（１）はｐ型シリコンの回路基板、
（２）は基板（１）に設けられたダイオード領域、（３
）はゲート絶縁膜、（４）はゲート電極で、ダイオード
領域（２４とゲート絶縁膜（３）及びゲート電極（４）
で信号電荷転送領域を形成している。（５）は第１の絶
縁膜、（６）は第２の絶縁膜、（７）は絵素ごとに分離
して設けられた金属電極で、絶縁膜＋５；、（６）の開
孔部を貫通してダイオード領域（２）の一方に導通して
いる。（８）は正孔阻止層、（９）は光導電膜、α０は
透明電極で、以上は第１図に説明したのと同様である。

本発明では、上述の第一１の絶縁膜（５）と第２の絶縁
膜（６）の間に、前記金属電極（７）が貫通した開孔部
を除いて転送領域ヲケうように全面に導電性の光の遮蔽
体０１〕を設けたものである。

上述の構成において、図の矢印方向に入射した光は、透
明電極０σ及び光導電膜（９）で吸収され、電子・正孔
対を生成し、正孔は正孔阻止層（８）でトラップされ、
電子は金属電極（７）の単位絵素領域に光の情報として
吸収され、これに接続されたｎのダイオード領域（２）
に蓄積される。この時光導電膜（９）に吸収されずに単
位絵素領域の金属電極（７）の隙間を通って透過した光
は、遮蔽体０１）によって完全に遮断され、半導体基板
（１）中で生成されるキャリヤをなくすことができる。

この場合遮蔽体曲は基板（１）のほぼ全面を覆うている
ので、金属電極（７）の位置が多少ずれていても光の漏
洩の問題は発生しない。父、遮蔽体ａηをアース電位に
接続すれば、ゲート電極（４）に高圧のクロックパルス
を加えた時に発生するノイズを防止すると七ができる。

次に第４図を参照して不発明の固体撮像装置の製造方法
を説明する。まず、同図（ａ）　ＶＣ示すように、ｐ型
の例えば１０Ωσのシリコン基板（１）にｎｍの不純物
を所望の位置に導入してダイオード領域（２）全形成す
る。次にその上にゲート絶縁膜（３）ヲ約０１μｍ作り
、更にゲート電極としての多結晶シリコン基板（４）を
約０．５μｍ形成し、信号電荷を転送する転送領域とす
る。次に同図（ｂ）　Ｋ示すように、絶縁膜（５）とし
てリンを含むシリコン基板ヌ（以下ＰＳＧ膜という）を
約１μｍ形成踵高温雰囲気中で流動させ、表面を平坦に
する。次に光の遮蔽体αηとしてＭｏ或はＴａ＋Ｔｉ等
の金属膜を約０．２μ倶全面に形成する。次に絶縁膜（
６）としてシリコン酸化膜或はＰＳＧ膜を約０．５μｍ
減圧或は低温の常圧で気相成長させる。次にレジヌトマ
スク（図示せず）を用いて絶縁膜（６）ヲエッチングし
、続いて露出した遮蔽体α］）を、例えば遮蔽体αｎが
Ｍｏの場合には、ＣＦ、ガスと酸素の混合ガス雰囲気中
でドライエツチングするか、或は過酸化水素と水の１対
１の混合液でウェットエツチングする。この場合ＭＯは
ｏ私ｍ４のエツチングレートである。更に下地の絶縁膜
（５）とゲート絶縁膜（３）をエツチングし、ダイオー
ド領域（２１の一部の表面を露出させた開孔部−を形成
する。この一連の孔明は工程をすべてドライエツチング
方式、特に平行平板型ドライエツチング装置で同時にエ
ツチングすると、工程が簡単で、且つ開孔部断面形状が
急峻となり、以下に説明する工程が容易に行なえる。但
し、導電性遮蔽体α℃は開孔部の側面より必ずサイドエ
ツチングされていることが必要であり、高温雰囲気或は
高圧中で熱処理すると、遮蔽体０］１の露出部は絶縁膜
で袴われる。特に遮蔽体α］）　Ｋ　Ｔｉを用いると、
その露出した面を酸化すると、ち密々酸化膜ができ、ピ
ンホールが少ないものが得られる。

次に同図（ｃ）に示すように多結晶シリコン膜じを全面
に形成し、前記開孔部α４）の段差約１．７μｍに相応
する凹部を形成し、続いてレジストαａｌ塗布し、開孔
部上の凹部に厚く形成して表面を平坦にする。

次に同図（ｄ）に示すように、例えば平行平板型反応性
スパッタエツチング装置を用いて、ＣＦ、Ｃｆ１２ガス
によりレジストα３と多結晶シリコン膜曽のエツチング
速度を１対１の条件で表面よりエツチングして、絶縁膜
（６）の衣１面が露出した時点でエツチングを止めると
、図のように開孔部内に選択的に多結晶シリコン膜曽が
埋込まれ、且つ基板表面が平坦になる。続いて多結晶シ
リコン膜じにｎ型の不純物を導入し、導電膜とする。な
お、ここでダイオード領域（２）の表面の一部の開孔部
に導電膜Ｑ２）を埋込んで平坦化したけれども導電膜じ
を開孔中に埋込捷なくてもよめ。しかし、開孔の段差が
急峻であると、次に光導電膜を形成するとき、段差のた
めカバレージが悪く、耐圧不良を起すおそれがある。

次に同図（ｅ）に示すように、単位絵素ごとに分離され
た金属電極（７）を例えばＭｏ、　Ｔａ、　Ｔｉ等の金
属で約０．１μｍ形成し、その上に正孔阻止層（８）と
してＺｎ。

Ｓｅ＋　ＺｎＳ或はＣｄＳを形成したのち、（Ｚｎｘ−
ｘ　Ｃｄｚ　Ｔｅ　）１−ｙ　（Ｉ　ｎ２Ｔｅ３）　ｙ
より成る光導電膜（９）を約１ｐｍ形成し、３００〜６
００’Ｃの温度で熱処理後、更に透明電極０θとしてＩ
ＴＯ膜を形成する。なお、図示されていないが、ゲート
電極等の駆動用配線層とじてのアルミニウム配線は、金
属電極（７）を形成する前に周知の方法で電極着けを行
なう。又この時、前記導電性光遮蔽体αηの電極も形成
する。

以上の方法で本発明の固体撮像装置が製造されるが、こ
の方法によると、光の遮蔽体αＤに開孔を設けるのに専
用のマスクを必要とせず、自己整合的に他のマスクでパ
ターン形成ができ、又単位絵素ごとの金属電極用マスク
のマヌク合わせも十分な余裕をもたせることができる。

発り」の効果 本発明は以上のように、単位絵素ごとに分離された金属
電極の下に絶縁層を介してほぼ全面に亘って導電性の光
遮蔽体を設けたものであるため、金属電極の位置ずれ、
寸法の不動等があっても、又光が斜めに入射するような
場合にも、金属電極の隙間から洩れる光を完全に遮断し
てブルーミング現象の発生を防出することができる。又
電荷転送用ゲート電極はこの遮蔽体によって完全に覆わ
れているため、この遮蔽体をアーヌ電位に接続すること
により金属電極とゲート電極の間の浮遊容ｔｋ小さくし
てクロックパルヌによるノイズをシールドして高性能の
固体撮像装置が得られる。父本発明によれば、導電性光
遮蔽体ａ］）の開孔部の形成に特別のマスクを必要とし
ないで製造することができるのでその製造も容易である
。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ従来の固体撮像装置の断面図
、第５図は本発明の固体撮像装置の一実施例の断面図、
第４図（ａ）〜（ｅ）は本発明の固体撮像装置の製造工
程の一実施例を示す断面図である。 （１）・−・半導体回路基板、（２）・・・ダイオード
領域、（３）・・・ゲート絶縁膜、　（４）・・・ゲー
ト電極、　（５’ｌ、Ｆ６）・−・絶縁膜、　（７）・
−・金属電極、　（８）・・・正孔阻止層、（９）・−
・光導電膜、　αＱ・−・透明電極、　αＤ・−・導電
性光遮蔽体、０３・・・多結晶シリコン膜、［ｌａ・−
・レジスト、　α」・・・開孔部。 代理人の氏名　弁理士　吉崎悦治 第１０ ん 第２図 免 第３図 ん １１４図 ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜ダイオード領域とこのダイオード領域に蓄積された
   信号電荷を転送する転送領域とを有する半、導体回路基
   板さ、前記半導体回路基板上に形成された複数の絶縁膜
   と、前記絶縁膜上に単位′　− 絵素ごとに分離して形成され且つ前記絶縁膜に設けられ
   た開孔部を通して前記半導体回路基板のダイオード領域
   に接続された複数の電極毫、前記電極及び前記絶縁膜上
   に設けられた光導電膜と、前記光導電膜上に設けられた
   透光性電極とを具えた固体撮像装置において、前記絶縁
   膜に設けられた開孔部を除いて前記転送佃域の全面を扱
   うように前記絶縁膜中に導電性の光の遮蔽体を設けたこ
   とを特徴とする固体撮像装置。 ２、−導電型を有する半導体基板の表面に所望の不純物
   を選択的に導入してダイオード領域を形成する工程と、
   前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜及び複数のゲート
   電極を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜及びゲート電
   極の上に第１の絶縁膜と導電性の光遮蔽体と第２の？縁
   膜を順次重ねて形成する工程と、前記第２の絶縁膜に選
   択的に開孔部を形成する工程と、前記開孔部をマヌクに
   前記光遮蔽体と％１の絶縁膜を自己整合的にエツチング
   して前記半導体基板の表面を露出する工程と、前記露出
   した半導体基板に不純物を導入する工程と、前記開孔部
   の表面を覆うように単位絵素ごとに分離された電極パタ
   ーンを形成する工程と、前記電極パターン上に光導電膜
   と透光性電極を順次重ねて形成する工程とより成る固体
   撮像装置の製造方法。