JPS59202777A - 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】 座業上の利用分野 本発明は、固体撮像装置、特に電荷の蓄積及び転送機能
或は、マトリクヌ状ＫＭＯＳヌイッテング機船を有する
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 半導体を利用した固体撮像装置は、１す寸す高密度、高
性能及び多機能となり、光電変換機能と信号の蓄積機能
を持つ絵素群と走査機能を持つヌイッテング回路とカラ
ーフィルタ等を一体化した積層型固体撮像装置の開発に
対する要望がａ−１っている。しかし素子を高密度化す
るさ、素子の縦方向、換言すれは膜厚方向の寸法は、絶
縁膜の耐圧や導体膜の比抵抗等の関係で極端に薄くする
ことができず、横方向は、解像度を良くする目的とフォ
トリングラフィ技術や加工技術の進歩のため微細化が一
段と進み、素子表面の凹凸がより急峻になる傾向にある
。第１図はこの様子を示すものである。同図は従来の固
体撮像装置の一例の断面図で、（１）はｐ型シリコン回
路基板、（２）はフィーノード酸化膜、（３）は回路基
板（１）上に設けられたｎ型ソース領域、（４）は？２
型ドレイン電極、（５）はゲート酸化膜、（６）はゲー
ト電極用多結晶シリコン膜、（７）はシリコン酸化膜、
（８）は多結晶シリコン、（９）はシリケート絶縁膜、
αＱは金属電極、Ｉは正孔阻止層、鰺は光導電膜である
。上述の構造で光導電膜α２に光が入射し、電子・正孔
対が生成されると、電子は絵素ごとに分離された金属電
極（例へはモリブデン金属膜）α０に吸収される。この
光情報をシリコン基板（１）の電荷蓄積部となるｎ型の
ソース領域（３）に送るために、面接ソース領域（３）
の上部の絶縁膜（７）にコンタクト用開孔を設けて電極
ａσをソース領域（３）に接触させると、コンタクト用
開孔の段差が急峻となり、電極頭上の光導電膜■の特性
が劣化し、下地表面の凹凸が激しい程、暗電流が増加し
て画像の解像度が悪くなゐ。そこで第１図に示すように
ソース領域（３）に接して多結晶シリコン膜（８）を設
けてこれを平坦なゲート電極（６）上に引き出し、モリ
ブデン電極α０と接触さぜることによって光導電膜艶の
特性を良くしようとしたものである。

この場合、基板表面をできるだけ平坦にするため、リン
を含むシリケートガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）膜（９）を用イ
て高温度中で流動させることによって凹凸部の形状を平
坦にしている。しかし実除的Ｃζは、とのＰＳＧ膜（９
）のエツチングを行なう場合、エツチング速度を速クシ
、マスクに対してサイドエツチングの量を太きくシ、加
工の余裕度を持たせるために、電極取り出し用多結晶シ
リコン膜（８）の面積を大きくする必要がある。又光導
電膜曽の特性から、段差の急峻々ソース領域（３）の直
上を避けてゲート電極である多結晶シリコン膜（６）の
上部の平坦々部分捷で引き出し、ここで電極（１，ＣＩ
に接続し、且つ多結晶シリコン膜（８）はソース領域（
３）の直上のシリコン酸化Ｍ（７）の開孔部を完全に覆
う必要があり、少しでもマスク合わせがずれると、電極
取り出し用多結晶シリコン膜（８）のエツチング工程で
、不純物の多いソース領域（３）も同時にエツチングさ
れるおそれがある。特にシリコンウェハの周辺では、こ
のずれが大きくなってこのおそれが大きい。以上のよう
なことを考慮して電極取り出し用多結晶シリコン膜（８
）をゲート電極（６）の上方に形成した場合、ゲート電
極用多結晶シリコン膜（６）との間にシリコン酸化膜（
７）を介して大容量のコンデンサが形成され、浮遊容量
が大きくなる。特に固体撮像装置では、素子がＸ−Ｙマ
）　ＩＪクヌ状に数１０万個配置されるため、それが顕
著である。又、ゲート電極（６）によってできる凹凸に
よって電極取り出し用多結晶シリコン膜（８）がその凹
部に残り易く、パターン間でショートしたり、ゲート電
極上に位置するため、ゲート電極とショートし易い、等
の問題がある。

発明の目的 本発明は、上述のような従来の固体撮像装置の問題に鑑
み、光導電膜を積層した積層型固体撮像装置において、
電極取り出し用多結晶シリコン膜の構造を改良すること
により、光導電膜の特性を改善し、且つ浮遊容量を小さ
くした固体撮像装置とそ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、半導体回路基板に設けられたダイオード領域
の一部表面より垂直に導電膜である電極取ジ出し用多結
晶シリコン膜を形成し、この電極取り出し用多結晶シリ
コン膜がゲート電極上に位置しないような構造とするこ
とによって、半導体集積回路基板の浮遊容量を低減させ
、駆動電圧の余裕度を高めると共に、前記電極取り出し
用多結晶シリコン膜をダイオード領域の上部に設けた凹
部に自己整合的に埋込与、その表面を平坦化することに
よって、それより上方に重ねて設けられる光導電膜の特
性の向上を計ったものである。

実施例の説明 第２図は本発明の固体撮像装置の一実施例の断面構造を
示す。図において、（１）はｐ型シリコンより成る半導
体回路基板、（２）はフィールド酸化膜、（３）　ｔｒ
ｉ、　ｎ型ソース領域を構成するダイオード領域、（４
）はｎ型ドレイン領域、（５）はゲート酸化膜、（６）
はゲート電極用多結晶シリコン膜で、ドレイン領域（４
）とケート酸化膜（５）及びゲート電極（６）で、ソー
ス領域（３）に蓄積された信号電荷を転送する転送領域
を形成し、信号はドレイン領域（４）から図面に垂直方
向に転送される。（７）はシリコン酸化膜、（８）は電
極数ジ出し用多結晶シリコン膜、（９＋はリンを含むシ
リケートガラス（ＰＳＧ）膜、α０は絵素ごとに分離さ
れたモリブデン等の金属電極膜、ａ℃は正孔阻止層、じ
は光導電膜、αａは透明電極、α４は光遮蔽用のモリブ
デン等の金属膜である。

上述の構成において、透明電極α３１を通った光は、光
導電膜敬に吸収され、電子・正孔を生成する。

正孔は正孔阻止層０］）で阻止され、電子は金属電極頭
から多結晶シリコン膜（８）を通してソース領域（３）
に蓄積され、ゲート電極（６）に加えられるクロックパ
ルスによってドレイン領域（４）に転送されることは、
従来例上同様である。不発明では、電極取り出し用多結
晶シリコン膜（８）ヲダイオード領域である２７型ソー
ス領域（３）の表面に垂ＭにＰＳＧ膜（９）の開孔部中
ＶＣ埋込み、その表面を平坦化して金属電極膜ασに接
触させるものである。このように電極取り出し用多結晶
シリコン膜（８）をゲート電析（６）の真上を避け、最
短距離でダイオード領域（３）に接続することにより、
ゲート電極との間に生じる浮遊容量を低減し、且つその
表面を平坦化して金属型ｒｉ、０１１１と接触させるこ
とにより、更にその上に設けられる光導電膜（２）の凹
凸を少なくして、光導電膜Ｑ２１の解像度を良くする等
の特性の向上を計ることができる。

第う図は本発明の固体撮像装置の製造工程の一実施例を
示す図である。まず、同図（ａ）に示すように、ｐ型の
例えばｌ０Ｑ（？７７１のシリコン基板（１〕に、フィ
ールド酸化膜（２）ヲ例えばＬＯＧＯ８（ＬｏｃａｌＯ
ｘｉｄａｔｉｏｎｏｆ　５ｉｌｉｃｏｎ）法により選択
的に約０，６ミクロンの厚さに形成する。次にイオン注
入用保護酸化膜（２）を０．０５ミクロン形成し、図示
せざるレジストマスクを用いて所望の位＠にリンをイオ
ン注入し、ソース領域（３）　ｉ／ｉｌ：高ドース量、
ドレイン領域（４）に低ドース量のｎとｎ型の不純物領
域を１回若しくは複数のレジストマスクパターンを用い
て形成する。ここでｎソース領域（３’）　１ｌ−ｊ：
電荷蓄積領域となり、２２型ドレイン領域（４）は図面
に垂直方向に電荷を転送する為、ゲート電極によってソ
ース或はドレインの役目をする。次に同図（ｂ）に示す
ように、保護酸化膜（２）を除去して、ゲート酸化膜（
５−を約０．１ミクロンの厚さに形成する。このゲート
酸化膜（５）としては、シリコン酸化膜上シリコン窒化
膜等の複数の絶縁膜を用いてもよい。次にゲート電極と
して多結晶シリコン膜（６）を約０５ミクロンの厚みに
形成し、イオン注入或は熱拡散法によりｎ型化する。次
にレジストマスク（図示せず）を用いて選択的にドライ
エツチング法によりｎ型多結晶膜（６）ヲエッチングし
、続いてウェットエツチング法によりゲート酸化膜（５
）をエツチングしてソース領域（３）を露出させる。こ
の工程で露出したソース領域に新たにｎ型の不純物を導
入してもよい。

次（て同図（ｃ）に示すように、基板全面にシリコン酸
化膜（７）を気相成長法或は高温酸化法により約０．３
ミクロンの厚さに形成する。続いてＰＳＧ　（リンを含
むシリケートガラス）膜（９）を約０．８ミクロン形成
し、高温雰囲気中でＰＳＧを流動させ、基板表面の急峻
な段差をできるだけ平滑にする。この場合、ウェット酸
素中或は高圧酸素中で行なうと平滑化が容易である。次
に同図（ｄ）　Ｋ示すように、レジストマヌク（図示せ
ず）を用いて選択的にソース領域（３）の表面が露出す
る捷でＰＳＧ膜（９）及びシリコン酸化膜（７）をエツ
チングして開孔部α９を形成子る。この開孔部の形成方
法として、ドライエツチング方式により、例えば平行平
板型の電界が試料に対して垂直方向に印加される方法で
、シリコン基板及びレジストよりＰＳＧ膜やシリコン酸
化膜のエツチングレートが早いエツチングガスを用いて
図のようにエツチング断面をできるだけ急峻にする。こ
の工程及び前のＰＳＧ膜を流動させる工程により、次の
工程である多結晶シリコン膜の凹部への埋込みを簡単に
形成させるものである。このように急峻な開孔部を形成
して後、多結晶シリコン膜（８）全前記ソース領域（３
）上の開孔部の段差と同等もしくはそれより若干厚く約
１．２ミクロン形成する。この形成方法としては、減圧
及び常圧中での気相成長法、或はプラズマ気相成長法を
用いて形成してもよいが、本発明には多結晶シリコン膜
（８）はカバレージが悪い方が好ましく、常圧中で形成
する方法を用いた方がよい。次に樹脂系有機材料、例え
ばレジン）　（８’）をヌビン塗布法により基板表面に
形成し、表面を平滑化する。特にレジストは塗布後その
表面はほとんど段差のない平坦々状態になる。次にドラ
イエツチング方式により、例えば平行平板型ドライエツ
チング装置を用いて、レジン）　（８）’ｅ酸素ガスで
エツチングすると、表面より徐々にエツチングされる為
、レジスト直下の下地基板形状の差で、凸部上のレジス
トは薄く、凹部上のレジストは厚くなり、図のように基
板表面の最も深い凹部であるソース領域（３）上の凹部
に自己整合的にレジン）（ｌｌ＋’）’に残すことがで
きる。この場合、図のようにレジン）　（８’）の表面
と、露出した多結晶シリコン膜（８）の平坦な領域表面
が一致することが望捷しい。

次に同図（ｅ）に示すように、レジスト（Ｂ′）と露出
した多結晶シリコン膜（８）のエツチング速度が同等に
なるような条件で、例えば平行平板型反応性スノくツタ
エツチング方式で、２００Ｗ、　ＣＦ２ＣＱ２ガヌ約２
０Ｃ％　６０　ｍ　Ｔｏｒｒの条件で露出した多結晶シ
リコン膜（８）全完全にエツチングすると、基板表面全
体よりレジン）　（＋３’）及び多結晶シ】）コン膜（
８）が同様に均一にエツチングされるので、図のように
エツチングの最終断面構造は、ＰＳＧ膜（９）及びシリ
コン酸化膜（７）の開孔部内に自己整合的に多結晶シリ
コン膜（８）が埋込才れ、且つ基板表面が平坦な構造と
なる。

又、この多結晶シリコン膜（８）は不純物を含んだ導電
膜にするのが好せしい。

々お、第５図（ｄ）の工程で、レジン）　（８’）ｋ自
己整合的に基板表面の凹部にのみ残すものとしたけれど
も、このレジン）　（８’）はエツチングせずに基板全
体に塗布した捷ま、同図（ｅ）で説明したようにレジン
）　（＋５’）と多結晶シリコン膜（８）のエツチング
速度が同等のエツチング条件で基板表面よりエツチング
すると、同図（ｅ）の構造になる。

次に同図（ｆ）に示すように、Ｍｏ＋　Ｔａ等より成る
金属電極αｄを形成し、各単位絵素に対応させてモザイ
ク状にエツチングすると、半導体回路基板（υ上に回路
素子が形成される。更にこの上に正孔阻止層−としてＺ
ｎ　Ｓ　、　Ｚｎ５ｅ、　ＣｄＳ及びＣｄＳｅ　ｋ真空
蒸着法によｐ０１〜１．０ミクロン形成し、続いて光導
電膜（Ｚｎｘ　−ｚ　ＣｄｚＴｅ）　１−ｙ　（Ｉｎ２
ＴｅＳ）ｙＱ２１を同様に真空蒸着法により０６〜２，
５ミクロン形成する。次にこのようにして得られた異種
接合を真空中にて、　　３００〜６００で、２〜３０分
の熱処理を加え、更にスノ（ツタリング法によりＩｎ２
Ｏ３或は５ｎＯｚを含む透光性電極０３を０．１〜０．
５ミクロン形成する。次に電極ＱＣＩと逆の）くターン
で遮蔽膜α４］を設置する。この材料としては、Ｃｒ＋
Ｔ　ｉｌＭｏ　＋　Ｗ等の金属膜が好ましい。この金属
遮蔽膜圓は、各単位絵素ごとに分離された電極（１０の
隙間から洩れた光がシリコン基板（１）に投射して電子
・正孔対音発生するのを防止して解像度の同上を計るた
めのものであって、必らずしもなくてもよく、又、遜蔽
膜（１４１の横から光が斜めに進入するのを防ぐため、
第４図に示すようにＰＳＧ膜（９）の甲、或はＰＳＧ膜
（９）とシリコン酸化膜（７）の間に設けてもよい。

なお、上述の実施例では、デバイス駆動用電極配線層に
ついては説明してないけれども、これは、周知の方法で
光導電膜（１２）を形成する前に例えばアルミニウムの
電極配線を行なうものである。

上述の本発明の製造方法によれば、ンーヌ領域上に基板
に対してほぼ垂直に開孔部を形成し、この開孔部に自己
整合的に多結晶シリコン膜を埋込み、且つ表面を平坦化
することができる。又、ソース領域とドレイン領域の形
成のためには、最初に両方の領域の不純物を低濃度にし
ておき、多結晶シリコン膜（８）を埋込んだ後、多結晶
シリコン膜（８）から高濃度不純物を浅く拡散してダイ
オード（３）をあとから形成することにより、接合容量
を小さくすることができる。

発明の効果 以上のように不発明は、シリコン基板上に設けたダイオ
ード領域と、その上に絶縁膜を介して設けた金属電極と
を接続するのに、基板に対してほぼ垂直に絶縁膜に設け
た開孔中に不純物を含む多結晶シリコン膜を形成して最
短距離で両者を接続し、且つ絶縁膜表面及び多結晶シリ
コン膜の表面を平坦化してその上に形成される光導電膜
の凹凸を少なくすることによって、浮遊容量を低減し、
且つ光導電膜の特性の向上を計ることができる。

又本発明の構造は、素子の横方向の拡がりが小さく、微
細化に適している為、同一チップ面積に対して単位絵素
数を増すことができて画像の解像度を向上させることが
でき、又金属電極とダイオード領域を接続する多結晶シ
リコン膜がゲート電極から離れた位置にあるため、両者
が短絡するおそれが々く、そのため製造の歩溜りが向上
する、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置の断面図、第２図は本発明
の固体撮像装置の一実施例の断面図、第う図（ａ）〜（
ｆ）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、第４図は本発明の固体撮像装置の他の実施例
の断面図である。 （１）・−・シリコン基板、　（２）・−・フィールド
酸化膜、（３）・−・ソース領域、Ｃ４）・−・ドレイ
ン領域、（５）・−・ゲート酸化膜、（６）・−・ゲー
ト電極、（７）・−・シリコン酸化膜、　（８）・・・
多結晶シリコン膜、　（９）・−・ＰＳＧ膜、　αα・
・・金属電極、　０℃・−・正孔阻止層、　０２）・−
・光導電膜、　αａ・−・透明電極、　Ｃ４）・−・遮
蔽膜、　叫・・・開孔部。 代理人の氏名　弁理士　吉崎悦治 第１図 （ｂ） 第２図 第３図 第３図 第４図

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
   と、前記半導体回路基板上に形成された複数の絶縁膜と
   、単位絵素ごとに分離されて前記絶縁膜上に形成された
   電極と、前記電極と絶縁膜上に形成された光導電膜と、
   前記光導電膜上に形成された透光電極とを具えた固体撮
   像装置において、前記ダイオード領域の面上の絶縁膜に
   半導体回路基板に垂直な開孔部を設け、この開孔部に導
   電膜を埋込み、該導電膜の表面を平坦にして、この導電
   膜により前記電極を前記ダイオード領域に電気的に接続
   したことを特徴とする固体撮像袋＠。 ２、−導電型を有する半導体回路基板の表面に絶縁膜を
   介して不純物を導入してダイオード領域を選択的に形成
   する工程と、前記絶縁膜を除去して半導体回路基板上に
   ゲート用絶縁膜とゲート電極を選択的に形成する工程と
   、前記半導体回路基板及びゲート電極を覆うように単層
   又は複数層の絶縁膜を形成し、その表面を平滑化する工
   程と、前記平滑化された絶縁膜の界面から前記ダイオー
   ド領域の表面に達する垂直な開孔部を形成する工程と、
   前記開孔部に導電膜を自己整合的に形成してその界面を
   平滑化する工程と、前記導電膜と接触して導電膜の表面
   を覆うように単位絵素どとに分離された電極を形成する
   工程と、前記電極上に光導電膜と透光電極を重ねて形成
   する工程とから成る固体撮像装置の製造方法。 う、前記絶縁膜に開孔部を形成する工程において、電界
   を基板表面に垂直に加え、エツチングガスとして半導体
   回路基板より絶縁膜のエツチング速度が大である反応性
   ガスを使用して工・ンテングして開孔部を形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の固体撮像装置
   の製造方法。 ）■、前記絶縁膜に開孔部を形成する工程の後、半導体
   膜を前記開孔部内に埋込み、この半導体膜とその直下の
   半導体回路基板に一導電型形成用不純物を所定の深さま
   で拡散してダイオード領域を形成する工程を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の固体撮像装置
   の製造方法。