JPS60102769A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、二次元イメージセンサなどに用いられる固体
撮像装置に係シ、特にオプティカルブラック領域に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

第１図は、従来の電荷結合素子（　ＣＯＤ　）を用いた
インターライン転送方式のイメージセンサ１における感
光画素部２、垂直ＣＣＤシフトレジスタ３、水平ＣＯＤ
シフトレジスタ４、出力部５の配置例を示している。上
記イメージセンサ１上の大部分の領域は受光部（センサ
領域）６となっておυ、極く一部の領域は黒レベル生成
用のオプティカルブラック領域（以下、ＯＲ領域と言う
）７となっており、このＯＲ領域７は図中斜線で示すよ
うに表面がアルミニウム膜により覆われて光入力が遮断
されている。

第２図は、上記イメージセンサ１におけるＯＲ領域７の
一部およびセンサ領域６の一部の断面構造を示している
。即ち、２１はたとえばｐ形のシリコン基板、２２は上
記基板２１とは逆導電形であって上記基板表面の一部に
設けられたｎ″Ｍ（第１図の感光画素部２に相当）、２
３は同じく上記基板表面で上記ｎ＋Ｎ！Ｉ２２に近接し
て設けられた層層（第１図の垂直ＣＯＤレジスタ３に相
当）、２４は前記感光画素部用ｎ１２２から電荷が溢れ
出た場合にこの電荷（過剰電荷）を排出するだめのオー
バーフロードレイン部（過剰電荷排出（至）、２５はオ
ー／々−フローコントロールゲート部、２６はチャンネ
ルストッパ部（素子分離部）、２７は前記基板上に形成
された酸化シリコン（ＳＩＯ２）膜、２８は上記５ＩＯ
２膜２７中に形成された第１層の多結晶シリコン電極、
２９は同じく前記５ＩＯ２膜２２中に形成された第２層
の多結晶シリコン電極、３０は同じく前記５ＩＯ２膜２
７上に前記感光画素部用ｎ層２２の上方部に対応する部
分を除いて形成された光シールド用の第１層のアルミニ
ウム膜、３１は上記第１層のアルミニウム膜３θおよび
前記５ＩＯ２膜２７の上に形成された保護絶縁膜、３２
は上記保護絶縁膜３１上でＯＲ領域７に相当する部分に
形成された光シールド用の第２層のアルミニウム膜であ
る。

上記イメージセンサ１においては、センサ領域６のシリ
コン基板２１に光が入射することによって生成される信
号電荷は感光画素部用層層２２に蓄積される。その際、
過剰電荷が発生すルト、オーバーフローコントロールｆ
−ト部２５を経てオーバーフロードレイン部２６に捨て
られる。前記ｎ　層２２に蓄積された電荷は、垂直ＣＣ
Ｄレジスタ用ｎ　層２３に転送されたのち転送りロック
ノクルスによって垂直ＣＯＤレジスタ３内をボ平ＣＯＤ
レジスタ４方向に転送される。

そして、水平ＣＯＤレノスタ４に転送されてきた電荷は
水平方向に転送されて出力部５により電圧変換されて読
み出される。

なお、上記イメージセンサ１においては、光入力を全く
遮断したとしても常温において出力成分（暗時出力成分
または暗電流と呼ばれる）が観測され、この出力成分は
温度上昇に伴って上昇する。このような暗時出力成分が
大きくなると、電荷読み出し部（垂直ＣＣＤレジスタ３
）のダイナミックレンジが小さくなるという問題が生じ
る。そこで、温度上昇に伴なう暗時出力成分の上昇分を
差し引くように信号処理を行なうことが行なわれており
、暗時出力成分の上昇分を検出するために前記ＯＲ領域
７が設けられている。したがって、上記ＯＲ領域７は、
前記第２層のアルミニウム膜３２のほかはセンサ領域６
と同じ構造を有している。

〔背景技術の問題点〕

ところで、前述したような第２層のアルミニ５− ラム膜３２を蒸着形成した際、基板部のダメージを回復
するために、たとえば４５０℃、窒素（Ｎ２）が９０チ
、水素（Ｎ２）が１０％の雰囲気中で１５分〜３０分程
度のアニールを行なわなければならない。この場合、Ｎ
２が重要な役割を果たしてダメージを回復させる。

なお、上記アニールをアルミニウム膜３２のパターン形
成前に行なうと、アルミニウム膜３２の工、チングを完
全に行なうことができなくなるので、上記アニールはア
ルミニウム膜３２のパターン形成後に行なわれる。また
、表面にアルミニウム膜３２が存在するＯＲ領域７と表
面にアルミニウム膜が存在しないセンサ領域６とでは、
アニール効果に差が生じる。何故なら、上記アルミニウ
ム膜３２の中にＮ２が含まれているからである。したが
って、アルミニウム膜３２が表面に存在するＯＲ領域７
の暗時出力成分とセンサ領域６の暗時成分との間に差が
生じることになり、このことは前述したような暗時出力
成分変動分の相殺処理を行なう上で間６一 題がある。

また、Ｓ１０□膜２７の内部は２層の多結晶シリコン電
極２８．２９の存在する部分と存在しない部分とがあり
、５ＩＯ２膜２７の表面は凹凸を有する。そして、ＯＢ
領域７においては、上記５１０２膜２７上に第１層のア
ルミニウム膜３０のノ４ターンはＳＩＯ□膜２７の表面
のうち四部（感光画素部用層層２２の上方に対応する）
上には形成されないで残りの凸部上に形成されている。

かって、こののち保護絶縁膜３１の表面上に第２層のア
ルミニウム膜３２を蒸着形成してセンサ領域６の表面の
アルミニウム膜のエツチングオフを行なう場合、保護絶
縁膜３１の表面の凹部（感光画素部の上方に対応する）
の底面のアルミニウム膜を完全にエツチングオンするこ
とが困難になってくる。そし、て、上記四部のエツチン
グオフが完全に行なわれないで′アルミニウム膜３２′
が残っていると、イメージセンサ１の感光特性と大きな
問題となり、特に画素サイズが小さくなってくると上記
の問題は顕著になってくる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、センサ領
域とＯＢ領領域で暗時出力成分の差が生じず、上記両領
域それぞれにおける暗時出力成分の温度による変動分が
等しくなりくセンサ領域における温度変動に伴なう暗時
出力成分の変動分の正確な補償が可能になり、しかもＯ
Ｂ領域決定用遮光膜のセンナ領域におけるエッチオフ不
良を防止し得る固体撮像装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の固体撮像装置は、ＯＢ領域決定用の遮光
膜として半導体表板上の絶縁膜中に比較的高温の下でも
水素イオンを放出しない物質から々る膜を設けてなるこ
とを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第３図および第４図に示すイメージセンサ１／は、第１
図および第２図を参照して前述したイメージセンサ１に
比べて、そのＯＢ領域７０表面の第２層のアルミニウム
膜３２に代わりにＯＢ領域７′におけるＳｔＯ□膜２７
膜内７で第２層の多結晶シリコン電極２９より上層側に
たとえば１０００〜２０００Ｘ程度のモリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉ２　）膜４０を設けた点が異なシ、その
他は同じであるので同一符号を援用してその詳述を省略
する。

一般に、Ｍｏ５ｔ膜は、現在の半導体技術では多結晶シ
リコンなどと同様に内部配線用の電極などとして広く用
いられておシ、光を遮断する性質を有すると共に比較的
高温においても水素イオン肋を放出しない性質を有して
いる。

而して、上記構成のイメージセンサ１′においては、Ｍ
ｏ５１２膜４０形成後における製造工程での比較的高温
の処理においてＭｏ　Ｓ　ｉ　２膜４ｏから９一 基板２１側に肋が拡散することはない。このように、従
来のＯＢ領領域おける第２層のアルミニウム膜に含まれ
るＨ２の拡散の問題が生じなくなるので、ＯＢ領域７′
の暗時出力成分とセンサ領域６の暗時出力成分との差が
生じなくなる。

そして、上記両領域７′、６それぞれにおける暗時出力
成分の温度による変動分が等しくなシ、センサ領域６に
おける温度変動に伴なう暗時出力成分の変動分の正確な
補償が可能になシ、周囲温度が高い使用条件におけるイ
メージセンサ出力特性が大幅に向上する。

また、上記実施例のイメージセンサ１′においては、Ｏ
Ｂ領域７′における５ｉｏ２膜２７中にＭｏ　Ｓ　ｉ　
２膜４０を有してお択このＭｏ　Ｓ　ｉ　２膜４０のパ
ターン形成段階ではアルミニウム膜３０が未だ形成され
ていない。これによって、上記Ｍｏ　Ｓ　ｌ　２膜４０
のＡターンを形成する段階でのＳ１０□膜２７表面の凹
部（感光画素部の上方に対応する）の段差は、従来のＯ
Ｂ領領域おける保護絶縁膜３１表面の凹部の段差に比べ
て小さい。したがって、１０− 上記Ｍｏ　Ｓ　ｉ　２膜４０の蒸着形成後にセンサ領域
部分のエツチングオフを完全に行なうことが可能になり
、センサ領域６の感光画素部上方にＭｏ５１２膜が残る
ことはなく、イメージセンサの感光特性不良をまねくこ
とはない。

ここで、上記実施例のインターライン転送方式〇ＣＤイ
メージセンサの製造工程を簡単に述べておく。先ず、た
とえばｐ形シリコン基板２１上に熱酸化法によシたとえ
ばｘｏｏｏｉｓ度の酸化シリコン膜（ＳＩＯ２膜）２７
を被覆する。次にこの酸化膜上に写真蝕刻法によりレジ
ス）　Ａ？ターンを形成し、これをマスクとして基板２
１表面の所定の位置に感光画素用ｎ層２２、垂直ＣＯＤ
レジスタとなる埋め込みチャンネル用層層２３、オーバ
ーフロードレイン部用ｎ　層２４、オーバーフローコン
トロールゲート部２５、チャンネル用層層・ぐ部用ｐ領
域２６を形成する。

次に、前記酸化膜２７上の所定の位置に第１層の多結晶
シリコン電極２８を形成し、さらに上面全面にＣＶＤ　
（化学気相成長）法により層間酸化シリコン膜２７を形
成する。次に、この酸化膜２７上の所定の位置に第２層
の多結晶シリコン電極２９を形成し、さらに上面全面に
ＣＶＤ法により層間酸化シリコン膜２７を形成する。次
に、この酸化膜２７上にＭｏ　Ｓ　ｉ　２膜４ｏを蒸着
し、ＯＢ領域以外のＭｏ　Ｓ　１２膜をＣＤＥ　（ケミ
カルドライエツチング）法などによってエツチングオフ
し、さらに上面全面にＣＶＤ法により酸化シリコン膜２
７を形成する。次に、この酸化膜２７上にアルミニウム
膜３０を蒸着し、感光画素部上方に対応する部分をエツ
チングオフして開口窓を設け、さらに上面全面に保護絶
縁膜３１としてたとえばリン珪酸ガラス（ＰＳＧ　）膜
を形成し、４５０℃、Ｎ２が９０％、Ｎ２が１０％の雰
囲気中で１５分〜３０分間アニールを行なう。

なお、ＭｏＳｉ２膜４０は多結晶シリコン膜などと同様
に比較的高温の処理に耐え得るので、上述したように製
造工程の途中でも蒸着することが可能である。

また、本発明は上記実施例に限られるものではなく、Ｍ
ｏ５１２膜を５ＩＯ２膜中に設けることに代えて保護絶
縁膜３１上のＯＢ領域部分に設けるようにしてもよい。

この場合にも、Ｍｏ５１２膜から肋が基板側に拡散しな
いので暗時出力成分の変動分の補償特性は前記実施例同
様に良い。また、Ｍｏ５１２膜は従来例の第２層のアル
ミニウム膜３２に比べて薄く蒸着可能であり、センサ領
域における感光画素部上方に対応する絶縁膜表面凹部で
のエツチングオフを完全に行なうことが可能になるので
、感光特性不良をまねくことはない。

また、Ｍｏ５１２膜に代えて、同様の要求特性、即ち遮
光性を有すると共に固体撮像装置製造工程における熱処
理でＨ＋を放出しない特性を満足する他の物質（たとえ
ばチタンシリサイド）からなる遮光膜を使用してもよい
。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、センサ領域とＯＢ領領
域で暗時出力成分の差が生じないのでセンサ領域におけ
る温度変動に伴なう暗時用１３− 力成分の変動分の正確な補償が可能になり、ＯＢ領域決
定用遮光膜のセンサ領域におけるエッチオフ不良を防止
でき、特性の良い固体撮像装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイメージセンサの各素子の配置を概略的
に示す正面図、第２図は第１図のＡ　−Ａ’線に沿う一
部を示す断面図、第３図′は本発明に係る固体撮像装置
の一実施例における素子配置を概略的に示す正面図、第
４図は第３図のＡ　−Ａ’線に沿う一部を示す断面図で
ある。 １′・・・イメージセンナ、２・・・感光画素部、３・
・・垂直ＣＣＤシフトレジスタ、６・・・センサ領域、
７′・・・オノティカルブラック領域、２１・・・半導
体基板、２２・・・感光画素部用ｎ層、２３・・・垂直
ＣＣＤレジスタ用ｎ層、２４・・・オーバーフロードレ
イン部、ツ２７・・・・絶縁膜、３０・・・アルミニウ
ム膜、４０・・・Ｍａｉｌ□膜。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１４−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、この半導体基板の表面にそれぞれ
   設けられ光入射によシ生成される信号電荷を蓄積する複
   数の感光画素部と、同じく上記半導体基板の表面で上記
   感光画素部に近接して設けられ、この近接した感光画素
   部から信号電荷を読み出す電荷読み出し部と、前記感光
   画素部からの過剰電荷を排出するドレイン部と、前記半
   導体基板上の絶縁膜上で感光画素部の上方部分を除いて
   形成された第１の遮光膜とを具備し、前記複数の感光画
   素部のうち一部の感光画素部は第２の遮光膜により光入
   力が遮断されて暗時出力成分生成用のオプティカルブラ
   ック領域に割シ当てられ、残りの感光画素部は受光用の
   センサ領域に割シ当てられる固体撮像装置において、前
   記オプティカルブラック領域を決定する第２の遮光膜は
   比較的高温の下でも水素イオンの放出が生じない物質が
   用いられてなることを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）前記第２の遮光膜は、前記半導体基板上の絶縁膜
   中で前記第１の遮光膜よシ下側に形成されてなることを
   特徴とする特許 囲第１項記載の固体撮像装置。
3. （３）前記第２の遮光膜はモリブデンシリサイドからな
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の固体撮像装置。