JPS63177551A - 固体撮像装置およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に係り、特
に、遮光膜の各開口寸法のばらつきを抑制することによ
り画面上の感度のばらつきを抑制するのに好適な固体撮
像装置およびその製造方法に関する６ 〔従来の技術〕 第２図は従来の公知例のＣＣＤ　（チャージ力プルドデ
ヴアイス（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃ
ｅ））型固体撮像装置における１個のホトダイオード近
傍の断面図である。

図において、１１はｎ型基板、１０はｎ型基板１１内に
形成されたｐ型ウェル、５はｐ型ウェル１０内に形成さ
れ、ｐ型ウェル１０とｎ型不純物層（ドープ層）５′の
ｐｎ接合からなる光電変換素子（ホトダイオード）、６
′、７′は信号読み出し用の電荷転送部（ＣＯＤ）６．
７のチャネルを形成するｎ型不純物層（ドープ層）、１
７は５ｉｎ２膜等からなる素子間分離用の絶縁膜、１５
．１６はＣＣＤ６．７ののゲート、１２は５ｉｎ２等か
らなる絶縁膜、１４はＭ等からなり、ＣＯＤの部分を遮
光する遮光膜。

２４はホトダイオード５上の遮光膜１４に形成された開
口である。

固体撮像装置の受光面（図示せず）上に集光された光は
、遮光膜１４の開口２４を通ってホトダイオード５に入
射し、光電子を発生させる。また、発生した電子はホト
ダイオード５に蓄えられ、一定時間毎にＣＣＤ６．７を
経て転送され、出力信号を生じる。

従来は、遮光膜１４形成用の最膜を基板上の絶縁膜１２
上に被着し、ホトレジスト膜を晟膜１４上に被着した後
、ホトレジスト膜のホトダイオード５上の位置に開口形
成用のパターニングを施し、開口パターンを有するホト
レジスト膜をマスクとして上記ｎ膜１４をエツチングす
ることにより形成していた。すなわち、遮光膜１４の開
口２４の端部Ｘは、単にホトレジスト膜のマスクパター
ンにより規定されていた（テレビジョン学会誌Ｖｏ１．
３７．Ｎｏ、１０（１９８３年）ｐ、７７６〜７８１「
高抵抗Ｍ　ＣＺ基板を用いたＭＯ８形センサーＣＣＤ撮
像素子」）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、遮光膜１４の開口のエツチング工程に
おいて必ず生じるエツチング量のばらつきにより、遮光
膜の複数の各開口の寸法（面積）がばらつくことについ
ては配慮をしていなかった。

すなわち、従来技術では、遮光膜１４の開口部２４は、
公知のホトリソグラフィーとドライエツチングを用いて
形成していたので、ホトレジスト膜の露光、および現像
、並びにホトレジスト膜をマスクとする遮光膜１４のエ
ツチングの各工程において設計値との誤差が生じ、遮光
膜１４の各開口２４の寸法がばらつくという問題があっ
た。特に、遮光膜１４の材料として通常用いられるＡｌ
ｌ膜は、ホトレジスト膜をマスクとしてエツチングする
とき、マスク寸法との誤差が大きくなる問題がある。

遮光膜１４の各開口２４の寸法がばらつくと、各固体撮
像装置どうし、あるいは１個の固体撮像装置内において
、入力光に対する各ホトダイオードの感度がばらつく。

その結果、光感度が異なる箇所があると、その部分だけ
明るくなったり、暗くなったりし、いわゆる擬似信号（
雑音）が生じて良好な画像が得られない。

さらに、固体撮像装置の小型化、高解像度化に伴い、遮
光膜の開口寸法が年々微小になることによって、この雑
音は将来ますます大きな問題になると予想される。

本発明の目的は、この遮光膜の開口寸法のばらつきを抑
制し、このばらつきによって生じる光感度のばらつきに
起因する雑音を抑制し、良好な画像を得ることができる
固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、遮光膜の端を従
来のように誤差が大きくなるホトレジストマスクだけで
規定せずに、段差上に形成された遮光膜のエツチング時
に生じるサイドウオールを利用して自己整合的に規定す
ることを要旨とする。

すなわち、本発明の固体撮像装置は、ホトダイオードお
よび信号読み出し用の電荷転送部が形成された半導体基
板上に設けられた絶縁膜と、上記電荷転送部を覆うため
に上記絶縁膜上に設けられ、上記ホトダイオード上に開
口を有する遮光膜とを具備する固体撮像装置において、
上記絶縁膜の上記ホトダイオード上の位置に凹状もしく
は凸状の段差が形成されており、上記遮光膜の上記開口
の端部が、上記遮光膜の一部をなし、かつ上記絶縁膜の
上記段差の側壁に形成されたサイドウオールの端部によ
って規定されていることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、ホ上ダイオ
ード上に凹状もしくは凸状の段差を有する絶縁膜を半導
体基板上に形成し、次に、上記絶縁膜上に遮光膜を被着
し、次に、上記遮光膜上にホトレジスト膜を被着し、次
に、上記遮光膜をドライエツチングしたときに上記絶縁
膜の上記段差の側壁に残存されるサイドウオール上に上
記ホトレジスト膜の開口パターンの端部が位置するよう
に上記ホトレジスト膜の開口パターンを形成し、最後に
、該パターニングされたホトレジスト膜をマスクとして
上記遮光膜をドライエツチングし、上記サイドウオール
の端部によって端部が規定される開口を形成することを
特徴とする。

〔作用〕

凹状または凸状の段差（絶縁膜）の上に膜（遮光膜）を
通常の方法で堆積させると、段差の側壁部において堆積
膜の基板面に対して垂直方向の厚さは厚くなる。したが
って、この堆積膜を上記段差部以外の平坦部上の厚さ分
だけドライエツチングすると、上記段差の側壁に堆積膜
のサイドウオールが形成される。本発明は、この原理を
利用するものである。

すなわち、遮光膜のサイドウオールは、遮光膜の下の絶
縁膜の段差の側壁に生じ、この絶縁膜の段差は、電荷転
送部であるＣＣＤのゲートや素子間分離用の絶縁膜やゲ
ートの上に生じるが、段差の起因となるこれらの各要素
の加工は、遮光膜のホトレジストを用いた開口の加工に
比べて遥かにばらつきが小さいので、これらの各要素に
基づく絶縁膜の段差の側壁に形成されるサイドウオール
によって遮光膜の開口の端部を規定することにより、開
口の寸法を正確に制御でき、各開口寸法のばらつきを抑
制することができる。

絶縁膜の段差は、電荷転送部等の凸部により自然に発生
したものを利用してもよいし、また、遮光膜の開口を形
成すべき位置の絶縁膜に積極的に凹状もしくは凸状の段
差を形成してもよい。

なお、サイドウオールは塩素系等ガスを用いた異方性ド
ライエツチングに対してエツチングされにくいという性
質を利用すれば、サイドウオールをさらに大きく残すこ
とが可能で、ホトレジスト膜の開口パターンの端部を設
けるべき範囲が拡大し、遮光膜の開口寸法の制御の自由
度を大きくできる。

〔実施例〕

実施例　１ 以下、第３図、第４図および第１図を用いて本発明の第
１の実施例の固体撮像装置およびその製造方法について
説明する。

第３図は、本発明の第１の実施例のＣＣＤ型固体撮像装
置の１個のホトダイオード近傍（受光部）の製造工程の
途中の断面図、第４図は、本発明の詳細な説明するため
の第３図と同じ部分の断面図、第１図は、完成した本実
施例の装置の第３図と同じ部分の断面図である。

第３図において、１１はｎ型基板、１０はｎ型基板１１
内に形成されたｐ型ウェル、５はｐ型ウェル１０内に形
成され、ｐ型ウェル１０とｎ型不純物層５′とのｐｎ接
合からなるホトダイオード、８．９はＰ型ウェル１０内
に形成されたｐ＋型不純物層、６′、７′はｐ＋型不純
物層８．９内に形成され、Ｃ０Ｄ６．７のチャネルを形
成するｎ型不純物層、１はｎ型不純物層５′、６′をソ
ース、ドレインとするＭＯＳ）−ランジスタのゲート、
２はＣＣＤ７とホトダイオード５とを分離するためのゲ
ート（第２図のＳｉ○２膜１７と同じ働きをする）、３
，４はＣＣＤ６．７のゲート、１２はＳｕｎ、等からな
る絶縁膜、１８は未だエツチングを行っていない晟等の
遮光膜である。遮光膜１８は、絶縁膜１２上に厚さが均
一に被着されている。これは通常の工程（スパッタ法、
ＣＶＤ法等）で形成された場合であり、その厚さをａと
する。ところが、この遮光膜１８の厚さを基板面に対し
て垂直方向に測ると、第３図中の領域Ａ−ＢおよびＣ−
Ｄ　（領域Ｃ−Ｄは第３図および第４図において対応す
る）では、その厚さがａより大きくなる。例えば、図中
のＥでは、この厚さはａ＋ｂである。このように、基板
面に対して垂直方向の遮光膜１８の厚さは、絶縁膜１２
の段差位置、すなわち各ゲート１．２．３，４の位置を
正確に反映する。　仮りに、第３図の遮光膜１８を垂直
方向にａだけ全面エツチングした状態を第４図に示す。

通常のドライエツチング工程では、このように垂直方向
に均一にエツチングを行うことができる。平坦部上の遮
光膜１８（第３図）がすべてエツチングされた直後では
、Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ領域には、遮光膜１８のサイドウオー
ル１９が形成される。例えば、このサイドウオールの厚
さは図中のＥではｂになる。すなわち、遮光膜の開口寸
法は、常に、加工精度の向上が比較的容易な各ゲート１
．２．３．４の位置で決定されるサイドウオール１９の
内側の端部Ｘの位置で決定されるため、ホトレジスト膜
のマスクパターンによって開口寸法を規定する従来技術
よりも開口寸法のばらつきは抑制される。つまり、遮光
膜の端がこれらサイドウオール１９にかかるように、す
なわち、遮光膜の開口を形成するためのホトレジスト膜
（図示せず）の開口パターンの端部がサイドウオール１
９の上に載るようにすればよい。

このような原理を利用して、上記のごとくパターニング
を施したホトレジスト膜をマスクとして遮光膜１８をド
ライエツチングして遮光膜の開口を形成した固体撮像装
置を第１図に示す。従来技術と異なる本実施例の構造上
の特徴は、遮光膜１３の開口２５の形状である。遮光膜
１３の開口２５の寸法は、遮光膜１３のエツチング時に
形成されるサイドウオール１９の内側の端部Ｘの位置で
自己整合的に決定され、遮光膜１３の各開口寸法のばら
つきは非常に小さくなる。その結果、従来間怠となった
光感度のばらつきに起因する雑音を抑制することが可能
となる。

また、本実施例では、遮光膜１３の開口２５の側壁は、
第１図に示す断面形状から明らかなように２段になって
おり、下の段（すなわち、サイドウオール１９）の側壁
は、上の段の側壁より上を向いている。このため、遮光
膜１３の開口２５の端部で反射した入射光の一部が、遮
光膜１３の下に漏れ込むことによって固体撮像装置の特
性を劣化させるスメア雑音、を抑制する効果もある。

実施例　２ 第５図は１本発明の第２の実施例の固体撮像装置を示す
断面図である。第１図と同じものには同一符号を付しで
ある。

本実施例は、第１の実施例とは、絶縁膜２０および遮光
膜２１の形状が異なる。すなわち、第１の実施例では、
基板上に設けられたゲート１．２．３．４に起因して自
然に生じた絶縁膜１２の段差を利用して遮光膜１３の開
口２５の寸法（位置）を規定したのに対して、本実施例
では絶縁膜２０に積極的に凹状の段差を形成して遮光膜
２１の開口２７の寸法を規定した例である。すなわち、
絶縁膜２０は、ホトダイオード５の上で厚さが薄くなっ
ている。この段差は１通常のホトリソグラフィーおよび
ドライエツチングを用いてホトダイオード５上の眉間絶
縁物２０をエツチングすること等により形成した。

このように凹状の段差を形成した絶縁膜２０上に遮光膜
２１を被着し、残存されるべきサイドウオール２６上に
ホトレジスト膜（図示せず）の開口パターンの端部が位
置するようにパターニングされたホトレジスト膜をマス
クとして遮光膜２１をドライエツチングして開口２７を
形成した。Ｓｉｎ、からなる絶縁膜２０のホトリソグラ
フィーおよびドライエツチングによるパターニング精度
は、哉等からなる遮光膜２１のパターニング精度よりも
高いので、本実施例は、従来の方法よりも開口寸法のば
らつきを抑制できる。

本実施例では、眉間絶縁物２０の表面の段差の高さを大
きく形成できるため、開口２７の端部における遮光膜２
１の垂直方向の厚さは、周囲の絶縁膜２゜の平坦部上の
遮光膜２１の厚さよりも特に厚くなり、遮光膜２１のサ
イドウオール２６は、より大きく形成できる。したがっ
て、これによりホトレジスト膜のパターニングの有効範
囲をより一層広げることができ、遮光膜の加工のばらつ
きが比較的大きな場合にも、サイドウオールが全てエツ
チングされて消滅し、異常に開口面積が広がるようなこ
とはない。

実施例　３ 第６図は、本発明の第３の実施例の固体撮像素子を示す
断面図である。第１図と同じものには同一符号を付しで
ある。

本実施例も、第１および第２の実施例とは、絶縁膜２２
および遮光膜２３の形状が異なる。すなわち、本実施例
も、第２の実施例と同様に、絶縁膜２２に積極的に段差
を形成して遮光膜２３の開口２７の寸法（位置）を規定
した実施例である。第１および第２の実施例では、絶縁
膜１２．２０に凹状の段差を形成したが、本実施例では
、反対に凸状の段差を形成する。これは、ホトダイオー
ド５の上以外の部分の眉間絶縁物２２をエツチングする
等の手段により、眉間絶縁物２２の表面に凸状の段差を
形成する。

このように凸状の段差を形成した絶縁膜２２上に遮光膜
２３を被着し、残存されるべきサイドウオール２８上に
ホトレジスト膜（図示せず）の開口パターンの端部が位
置するようにパターニングされたホトレジスト膜をマス
クとして遮光膜２３をドライエツチングして開口２８を
形成した。本実施例においても、上記第１および第２の
実施例と同様の効果を有する。

なお、上記第１、第２および第３の実施例は、ｎ型基板
１１上に形成されたＣＣＤ型固体撮像装置を例として説
明したが、本発明はｎ型基板・ｐ型基板、さらにＣＣＤ
型・ＭＯＳ型等の区別なく、ホトダイオードの周囲に遮
光膜を使用する全ての固体撮像装置に適用することが可
能である。

なお、サイドウオールは塩素系ガスを用いた異方性ドラ
イエツチングに対してエツチングされにくい。したがっ
て、この性質を利用すれば、上記すべての実施例におい
て、サイドウオールをさらに大きく残すことが可能であ
り、これによりホトレジスト膜のパターニングの有効範
囲をより一層広げることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、固体撮像装置の
遮光膜の受光部の開口寸法のばらつきを抑制することが
できるので、複数の固体撮像装置間や１個の固体撮像装
置内での光感度のばらつきに起因する雑音を抑制するこ
とができ、良好な画像を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固体撮像装置の受光部の断
面図、第２図は従来例の固体撮像装置の受光部の断面図
、第３図は第１図の固体撮像装置の製造工程中の断面図
、第４図は本発明の詳細な説明するための断面図、第５
図、第６図はそれぞれ本発明の別の実施例の断面図であ
る。 １．２・・・ＭｏＳトランジスタのゲート３．４・・・
ＣＣＤのゲート ５・・・ホトダイオード ６．７・・・ＣＣＤのチャネル ８．９・・・ｐ＋型不純物ドープ層 １０・・・Ｐ型ウェル １１・・・ｎ型基板 １２・・・５ｉ０２等の絶縁膜 １３・・・Ａｎ等の遮光膜 １９．２６．２８・・・サイドウオール２５、２７．２
９・・・開口 Ｘ・・・開口端部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板に設けられた光電変換素子と、この光電
   変換素子に蓄積された信号電荷を読み出す信号読み出し
   手段と、上記光電変換素子および上記信号読み出し手段
   を有する上記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この
   絶縁膜上に設けられ、上記光電変換素子上に開口を有し
   、上記信号読み出し手段を遮光する遮光膜とを具備する
   固体撮像装置において、上記遮光膜の上記開口の端部が
   、上記遮光膜の一部をなしかつ上記絶縁膜形成時の段差
   の側壁に形成されたサイドウォールの端部によって規定
   されていることを特徴とする固体撮像装置。 ２、光電変換素子および信号読み出し手段を有する半導
   体基板上に絶縁膜を被着し、上記光電変換素子上に凹状
   もしくは凸状の上記絶縁膜からなる段差を形成する工程
   と、上記絶縁膜上に遮光膜を被着する工程と、上記遮光
   膜上にホトレジスト膜を被着する工程と、上記遮光膜を
   ドライエッチングしたときに上記絶縁膜の上記段差の側
   壁に残存されるサイドウォール上に上記ホトレジスト膜
   の開口パターンの端部が位置するように上記ホトレジス
   ト膜をパターニングする工程と、このパターニングされ
   たホトレジスト膜をマスクとして上記遮光膜をドライエ
   ッチングする工程とを具備することを特徴とする固体撮
   像装置の製造方法。