JPS6045057A - 固体撮像装置の製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、光電変換部に光導電膜を用いた低暗電流、低
残像特性を右づる固体撮像装置の製造／ｉ法に関する。

し発明の技術的背景とその問題貞コ シリコン単結晶基板上に形成されｋ　ＣＣＤを信号電荷
読出し部とし、この基板上に光電変換部どして光導電膜
を重ねた２階建て固体撮像装置は、光入射に対ηる開口
率が大きくできることによる感度の向上、低ブルーミン
グ等数多くの長所がある。しかしながらこの構造は、従
来各々で撮像動イＴができるＣＯＤ固体撮像装置と１ｎ
像管光導電脱ターグツ１〜を一体化させているため特性
上問題がある。

第１図に示す従来の２１１１！！建て固体撮像装置の断
面構造図を用いて問題点を説明覆る。１１は例えば１）
型Ｓｉ基板であり、その表面には信＠電荷胱出しの１こ
めのＣＯＤチャネルである第１の１１十層１２１ど信号
電荷蓄積部の第２の１１＋層１２２、このＦＨｔ’を部
と例えばアルミニラ１．（Ａｆ）で形成された第゛１の
金属電極１７ａとをオーミック接続させるための１１＋
十層１４およびヂャネルストツパとなるｐ土層１３があ
る。そしてＣＯＤチャネル上にはゲート酸化膜を介して
例えば２層多結晶シリコンで形成したＣＯＤ転送電ｔｆ
ｆｉ１５ａ、１５ｂがある。この２層転送電円１５ａ　
、　’ｌ　５１１　ＪＺには第１の絶縁膜１６ａがＩＩ
＾され、これにあ（）られたコンタクトホールを介して
前記１１４＋１Ｍ１／１に接続される第１の全屈電栃’
ｌ　７　ａがＣＣＤテレネル上に延在するように設（ブ
られでいる。そしく更に第２の絶縁膜１６ｂが堆積され
、これにあ（Ｊられたコンタク＋−；＋−，−ルを介し
て第１の金属電極１７ａに接続される第２の金属型ｔＵ
１７．ｂが各画素領域に設けられる。この上に例えばア
モルノＩスＳ１による光導電膜１８と透明導体層Ｃ（１
）るＩＴＯ膜１膜厚９成されている。

ここで信号電荷蓄積部の１１十層１２２．１１＋＋層１
４、第１の金属電極ｉ７ａおよび第２の金属電極１７ｂ
は、各画素毎に独立に饅（）られる。即ち、第２の金属
電極１７１）が囮西画素領賊へ・定笠するものとなり、
光導電ｆ１％１８による１倦１φの結甲第２の金属電極
１７Ｉ）に１ｑられるＴ３１Ｑ変化が第１の金属型（モ
１７ａを介して蓄（６部の１１十層１２２に伝達され、
ここに信号７ＨＨとして芥（へされる、図ではヂャネル
ストツバＣあるｐ土層゛１３が見える断面を示している
が、各画素毎にｎ”ｔＦＪ１２２の信号電荷をＣＣＤヂ
１７ネルである１１＋層１２１に転送づる転送部を右す
ることは勿論である。

このＪ：うな固体ＲＩ！装置において、光導電膜１８を
形成づる前の基板表面はてきるだ（プ平坦でなりればな
らない。平坦てな（プれは、これによる固体撮像装置の
暗電流や残像が大きくなり、閉曲特性が劣化づる。これ
は基板表面の凹凸部上Ｃ光導電Ｉ１９の膜質が平滑部と
くらべ劣化りるため、叩ら、１（Ｈ電流＼ｂ残ＩＩの原
因となる光生、再結合中心が増えるためである。従って
第２の絶縁ｌ１１１６ｂ表面はできるだ（ノ平坦に、第
２の金ＲＮ極１７１）（Ｊできるだ【）簿り、そして第
２の絶縁膜゛１６ｂに形成覆る］ンタクトボールはで・
きるだ（プ凹凸が少ない状態にする必要がある。しかし
例えは、Ｒ１［により］ンタク１〜ホールを形成する従
来の方法−Ｃは、その…り而が急峻でこの上に形成され
る第２の金ｒＦｈ電極１７　ｂを薄くした場合にその段
切れが大きな問題となる。

［発明の目的］ 本発明は上記の問題を解決した、暗電流や残像の少ない
２階建て固体撮像装置の製造方法を１！ｉ！供づること
を目的とする。

［発明の概要］ 本発明は第１図で説明したにうな固体１ｍ像装冒を製造
するに際し、第゛１の金属型％の一部をこ４］が形成さ
れた基板上で最も高い位置にくるＪ：うに突出させ、そ
の後有機絶縁膜を塗ｆｌｉ　シて表面をｊｌｉ坦化し、
この有機絶縁膜を全面１こ玉ツヂングして前記第１の金
Ｒ電極の突出部を露出さける。こねにより、写真食刻工
程を用いず、第２の金Ｆ　Ｍ　％を第１の金属電極に接
続覆るだめのコンタクトホールを自動的に形成すること
を１！ｊ　ｌｊ’＜とりる、［発明の効果コ 本発明によれば、光電変換部を構成ゴる）１−臀１１膜
が平坦基板上に形成さ１することになり、２階建て固体
撮像装置の暗電流が減少し、また残四１１１１↓が改善
される。

そして、従来の製造方法とくらｌ＼て写真食刻法でホｉ
−レジストをバターニングする］ニ稈か不要となり、装
置製作が容易で・、第２の金属電極を薄いものとしても
段切れを生じることがなくなる。

［ツを明の実施例コ 第２図（ａ　）〜り［）により本発明の一実施例を説明
する。（ａ）は０型シリコン基板２１のヂャネルストッ
パ領域にｐ”層２２を形成し、選択ｎ１化法により上方
に突出するフィールド酸化膜２３を形成し、ＣＯＤチャ
ネルとなるｎ土層２４１ど、信号電荷蓄積部のｎ土層２
４２および１１＋層２／Ｉ２と金属電極のコンタクト領
域に１１＋十層２５を形成した状態である。この後、グ
ー］・酸化膜を介して２層多結晶シリコンによるＣＯＤ
の転送型ｔ１２６ａ、２６１＋をフィールド酸化膜２３
上に延在りるように形成し、全面をＣＶＤによるシリコ
ン酸化１１！！　（第′１の絶縁膜）２７でおおう（１
））。

イし−Ｃコンタクトホールをあ（Ｊて、例えばΔ−Ｃを
Ｒ着しパターニングしで、ｌ＋＋十層中層とコンタクＩ
〜しＵＣＣＤヂトネル上にまで延在づる第１の金属爪１
ｆｉ　２８ａを形成でる（Ｃ）。図から明らかなように
この第１の金属爪１勇２８Ｒは厚いフィールド酸化膜２
３の部分に突出部△が形成される。

この後、有機絶縁膜であるポリイミドｎす（第２の絶縁
膜）２９を例えばスビンコ−１・法により基板上に塗布
づる（ｄ　）。このポリイミド膜２９を用いることによ
りその表面は非常に平坦化される。

そしてポリイミド表２９を加熱固化させる。次に例えば
酸素プラズマによる反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）
によりポリイミド膜２９表面を全面エツチングし、前記
第１の金属電極２８ａの突出部Ａを露出させた状態でこ
の］−ツヂングを停止りる（ｅ）、、こうして、第１の
金Ｆｉ電（１２３ａに１＝１するコンタク１〜ボールは
マスクエ稈を要せず自動釣に、かつ表面が平坦な状態で
形成される。次に従来例と同悌第２の金属爪ｌｌｌＩ２
８１を形成し、全面に光導電膜３０．ＩＴＯ膜３１を積
層して完成でる（「）。

この実施例によれば、第１の金属爪（Ｊ　２　Ｆ３　ａ
と第２の金属爪ｔ４！　２８　ｂを写ｒ１食刻法１こよ
るバターニングエ稈なしに自己整合Ｃ電気的に接続ｕし
ぬることができる。この場合、二］ンタク１一部分Ｃあ
る第１の金属電極２８ａの突出部Ａの形状は、第′１の
絶縁膜である醸化膜２７の表面形状を反映する。竹にこ
のｉ’ｌ！ｆ化ｌ９２７の部分を酸化膜とリンガラス（
ＰＳＧ）膜の積層とし、その後例えば１０００℃へ、ｉ
＋ｏｏ’ｃの熱処理を加え、表面のＰ　Ｓ　Ｇ　Ｉ！Ｉ
を溶か１と、前記突出部へはなだらかな凸状になり、従
来のように］ンタク１−ホール部の怨峻な段差がなく、
突出部Δとポリイミド膜２９表面が３１校的になだらか
につながっているので、第２の金属爪ｆ１２８ｂ１）薄
＜でき全体的に表面を平坦にできる！こめこの基板上に
形成される光導電膜３０も一様に１「稍される。このた
め暗電流、残像が改善される。そして、ｉ〜クラップ位
の少ない光導電膜が基板表面上で一様に１ｑられること
により感度の劣化が防止される。

第３図（ａ）、（ｂ）は別の実施例を説明づるためのも
ので、第２図（ａ　）〜（［）と対応づる部分には同一
符号をイ１しである。第２図の実施例では、ポリイミド
ｌ１９Ｉ２９を厚く塗布して平坦化したが、この方法で
はＲＩＦＥを行ったときに、反応容器内壁が非常に汚れ
るという現象が見られる。

このことは、素子の特性に直接影響を与えるものではな
いが、容器内壁の清抑が大変であり、また汚れたまま次
のＲＩＥを行った場合には問題となる。

そこでこの実施例では、第２図（ＣＩ）に示ブ平坦化を
、第３図（ａ）のように、ポリイミド膜２９１は第２の
金属電極２８ａの突出部へがかくれる程度に薄く塗布し
、その表面にホ１〜レジスＩ・躾２９２を塗布するとい
う２段階■稈て打つ−Ｃいる。この後、ＲＩＥにより全
面上ツヂングして先の実施例と同様、第２の金属電極２
８ａの突出部Ａを露出させる（第３図（ｂ））。

このようにすれは、ホトレジストのＰＩＥによっては反
応容器内壁が殆ｌυど）りれることかなく効果的である
ことが明らかになった。

第４図は、本発明の更に他の実施例を説明づるものであ
る。第２図と異なる白は、ヂトネルストッパ吋層２２上
で転送電ｔセ２６ａ、２６１＋と第１の金ｆｉ？！ｆｆ
ｉ極２８ａの間のｎｉ　ＩＨ９２７中に、第３層多結晶
シリコンからなる埋込み電極３２を形成していることで
ある。この埋込み電極３２は、転送電極２（３ａ、２６
＋１と第１の金属電極２８ａ間の静電シールド電極であ
り、アース又は直流電圧を印加づる。

本実施例では第２図とくらべ第３層多結晶シリコンによ
る埋込み電極３２が更に突出部Ａ下に設りられるため、
この突出部Ａの高さが他の面より更に高くなり、この突
出部Ａだけを露出せしめることがより容易になる。

又、上記説明した静電シールド効果は残像特性の悪化や
動作不安定発生の防止効果がある。即ち第１の金属電極
２８ａに接続された蓄積ダイオードであるＮ千中層２５
とｐ型基板２１間のダイオードは信号電荷を蓄積してい
る期間電気的にフローティングであるため、前記転送電
極２６８゜２６Ｉ）にクロックパルス電圧が印加される
と客間的に前記Ｎ千中層２５の電位が変！ＩＪ　する。

これによつ−にのＮ＋”Ｆ１２５へ到達していた信号電
荷の一部が光導電膜へ逆戻りし、残像特性の悪化、そし
てフリッカなどの動作不安定を生じる。このような特性
劣化に対して本実施例の埋込み電極３２による静電シー
ルドは効果がある。

以上の説明においてはＣＣｌ）転送型（徊および埋込み
電極のＮ極材料として多結晶シリコンを用いて説明した
が他の導体材料でもよい。

又、前記ポリイミド膜２９の］−ツチングは酸素プラズ
マを用いた反応性イオンエツチングで行なったが、全面
が一様にエツチングできるものであれば他の方法でもよ
い。そして、このポリイミド膜２９の代りに他の有俄絶
縁祠１゛；１てもよく例え（Ｊ。

ゴム系、又はアクリル系高分子！！ｔ］を用いることが
できる。

なお、上記の説明は主に固体撮像Ｓ’％ｆ＋’？のｆｉ
　９＋１感度領域についで行ったが、ｌ？ｉｌｉすの外
部接続用の１１１ンデイングパッド部の金１ｍ棹も同様
に前記第゛１の金属電極２８ａが露出するど同時に露出
覆るようにしておくと、ボンゲイングバンドを後で９０
食剣法でパターニングリ−る必要がない、。

また上記説明はＣＣＤ基板を用いて行ったが。

光導電膜で発生した信号電荷を読み出り手段を持った基
板ならば他のものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換部に光導電膜を用いた積ｗ！Ｉ
４１Ｉ造固体１１１１１１装置を示１図、第２図（ａ）
〜（［）は本発明の一実施例の製造工作を示１図、第３
図（ａ）、（ｂ）および第１１図は他の実施例を説明す
るための図である。 ２１・・・１）型シリコン基板、２２・・・ｐ”　Ｐ　
（チャネルストッパ）、２３・・・フィールド酸化膜、
２４ｔ　−ｎ”　１ｌｉｌ　（ＣＯＤヂャネル）　、　
２４２−　ｎ’　ＩＭ（蓄積ダイオード部）、２５・・
・１１＋＋膚、２６ａ。 ２６ｂ・・・ＣＯＤ転送電極、２７・・・シリコン酸化
膜（第１の絶縁膜）、２８ａ・・・第゛１の金属電極、
２８ｂ・・・第２の金５？！極、２９．２９＋・・・ポ
リイミド膜、２９２・・・ホトレジスト船、３０・・・
光）９電膜、３１・・・ＩＴＯ膜、△・・・突出部。 出願人代理人　弁理１　鈴江武彦

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体基板に各画素に対応する信号蓄積部Ｊｊ
   よび信号電荷読出し部を形成覆る工程、この後第１の絶
   縁膜を１Ｆ！積しコンタクトホールを形成して前記各信
   号電荷Ｎ積部に接続される第１の金属電極を形成する工
   程、この後第２の絶縁膜を堆積してコンタク１〜ホール
   を形成して前記８第１の電極に接続される画素電極とな
   る第２の金Ｒ電極を形成する工程、この後光導電膜を表
   面全面に堆積する工程、を備えた固体Ｗ４像装訂の製造
   方法においで、前記第１の金ＦｆＳ電（小をその一部に
   突出部を設（〕Ｃ形成し、前記第２の絶縁膜として有悶
   絶縁膜を表面が略平坦になるように形成して、この在世
   絶縁膜を全面エツチングづることにより前記第゛１の金
   属型（〜の突出部をこの上に形成される前記第２の金腐
   電惰に対重るコンタク１一部として露出させることを特
   徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. （２）　前記有機絶縁膜はポリイミド膜てあり、このポ
   リイミド膜単層を塗布して表面を平坦化づる特許請求の
   範囲第１　Ｉｎ記載の固体ｆｆ１ｆ旬装同の製造方法。
3. （３）　前記有橢絶縁躾はポリイミド膜とボ１〜レジス
   ］−膜のｍ層膜であり、ボリイミ１−膜を前記第１の金
   ＲＮ極の突出部がおおわれるように塗ｆｌｉ　シ、次い
   でホトレジスト膜を塗布して表面を平坦化りる特許請求
   の範囲第１項記載の固体撮像装置のｉ１ｊ造方法。
4. （４）　前記第１の金ＩＮ　ｍ　１１の突出部下に電気
   的（二絶縁された導体電極を選択的に埋込む工程を有り
   る特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の製造方法
   。