JPS6346763A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子およびその製造方法

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JPS6346763A
JPS6346763A JP61191381A JP19138186A JPS6346763A JP S6346763 A JPS6346763 A JP S6346763A JP 61191381 A JP61191381 A JP 61191381A JP 19138186 A JP19138186 A JP 19138186A JP S6346763 A JPS6346763 A JP S6346763A
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JP
Japan
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layer
transfer electrode
electrode
polycrystalline silicon
solid
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Pending
Application number
JP61191381A
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English (en)
Inventor
Hidetsugu Oda
織田 英嗣
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特
に電荷結合素子を用いた固体撮像素子およびその製造方
法に関する。
〔従来の技術〕
近年、固体撮f!A素子は、高密度・多画素化される開
面にある。特に、電荷結き素子を用いた固体撮像素子は
、r、5度、S 、、/’ Nがよいため、高性能な高
解(象度撮像素子が実現され得るものと考えられ、大き
な期待がよせられている。しかしながら、従来の電荷結
合素子による固体撮像素子では、素子の高密度・多画素
化にともなうスミアの増加、チップサイズの大型化にと
らなう転送電極抵抗の増加などの問題があった。
第3図は、従来の代表的なインクライン型固体撮像素子
の単位セル断面図を示す。
本例では、簡mのため、Nチャネル素子について説明す
る。図において、1はP型半導体基板、2は酸化シリコ
ン膜、3は多結晶シリコン層からなる転送電極、4はア
ルミニウムからなる遮光膜、5は半導体基板1と反対導
電型の半導体層で埋め込みチャネルによる垂直レジスタ
を形成する。6は半導体基板1と反対導電型の半導体領
域で、ホトダイオードを構成する。7はチャネルストッ
プ領域である。8は遮光膜4の開口部で、光はこの領域
を経由して素子に入射する。
ところで、このような従来の素子を高密度化りようとす
ると、・ビ・黙約に単位セル寸法が減少し、単位セルの
各領域の寸法も減少する。これにもとなう素子の光感度
の低下を避けるため、遮光膜4の開口部8の面積をでき
る限り大きくとる必要が生じる。また、この開口部8の
表面形状は、素子形成過程で凹面状に形成されてしまう
。一方、転送電極と遮光膜にはさまれた領域の酸化シリ
コン膜2の厚みは、素子表面の平坦化をはかるため、1
μmη以上と極めて厚くする必要がある。このようなこ
とから、開口部8に入射した光は、表面で屈折あるいは
回折され、・ピ・ずしもホトダイオードに100 ?t
:到達せず、一部は、転送電極上部の酸化シリコン1模
側へ折り曲げられる。転送電極は、半透明な多結晶シリ
コン層3で形成されているため、この曲げられた光は、
半透明な多結晶シリコン層3を透過して垂直レジスタの
埋め込みチャネルへ直接入射し、スミアとなって現tし
る。高密度化された素子では、遮光膜4の開口部8の面
積が他の領域に比べて相対的に大きくなるため、スミア
量も増加するという不都合を生じている。
一方、このような従来の素子を多画素化しようとすると
、チップサイズの大型化が避けられず、転送電極の電極
抵抗と電極負荷容量が増加する。
通常の多結晶シリコンを用いた電極では、層抵抗として
20〜40Ω程度であるなめ、高解像度で大型のチップ
サイズの素子では、−電極あたりの抵抗は、20〜40
にΩにもなる。また、負荷容量は、数I Qppにも達
する。このような電極抵抗と負荷容量の増加は、転送電
極へ印加するパルスの歪を発生ずる。すなわち、このよ
うな高抵抗の転送電極と負荷容量は、一種の分布定数回
路とみなせ、素子両端部から印加されたパルスは、素子
中央部へむかって伝播されるにしたがい、波形歪を発生
し、素子中央部では正常なパルス電圧が印加されない、
あるいは、複数のパルス間の位相がすれるなどの望まし
くない現象となって現れる。このようなことは、素子の
転送効率の低下、転送電荷量の減少などの不都合な現象
をひきおこす。
また、固体撮像素子を高速で駆動しようとしたときには
、転送電極が高抵抗の場合には発熱するなどの工部きも
生じる。
このような従来の問題を解決するには、転送電極の抵抗
を低減するなどの対策が必要とされるが、従来の手法で
は、低抵抗で多層の転送電極を形成することは不可能で
あった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上述べたように、従来技術では素子が高密度化された
ときに、アルミニウム遮光膜の開口部からの入遮光が垂
直レジスタ側へ回り込み、半透明の多結晶シリコン層に
よる転送電極を透過して、直接、垂直レジスタのチャネ
ルへ入射することによるスミアが大幅に増加する。また
、転送電極が、比較的高抵抗の多結晶シリコン層により
形成されているため、印加パルス電圧が歪み、素子の転
送効率の低下、転送電荷量の減少などのぞましくない現
象を生ぜしめていた。また、電極抵抗を低減しかつ多層
の転送電極を形成することは絶縁耐圧の問題により困難
であった。
本発明の目的は、スミアを低減し、低抵抗で絶縁耐圧の
よい多層の転送電極を有する固体撮像素子とその製造方
法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本願第1の発明の固体撮像素子は、光電変換部と電荷転
送部間又は電荷転送部内における電荷の移動を制御する
転送電極が絶縁膜な介し、て半導体基板上に設けられて
なる固体撮(象素子において、前記転送電極は少なくと
しその内部に金属又は金属シリサイドからなる中間層と
有する多結晶シリコン層からなるものである6 本願筒2の発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換
部と電荷転送部間又は電荷転送部内における電荷の移動
を制御する転送電極が絶縁膜を介して半導体基板上に設
けられてなる固体撮像素子の製造方法において、前記転
送電極の形成は、前記半導体基板表面にゲート絶縁膜を
形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1の多結晶シ
リコン層、金属層又は金属シリサイド層及び第2の多結
晶シリコン層を順次被着したのち選択的に除去して所定
形状に整形する工程と、前記金属層又は金属シリサイド
層の側面部分を所定量除去したのち前記第1及び第2の
多結晶シリコン層の露出面を酸化する工程とを含んで構
成される。
〔作用〕
本発明による固体撮像素子およびその製造方法では、比
較的高抵抗の多結晶シリコン層による転送電極内部に、
低抵抗で不透明な金属層あるいはシリサイド層を設ける
ことにより、入射光の回り込みの回避と転送電極の低抵
抗化がもたらされる。
し実施例〕 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は、本願筒1の発明の一実施例の主要部を示す半
導体チップの断面図で、インクライン転送型固体撮像素
子の単位セル部を示している。
この実施例は、N型領域6を素子とするホトダイオード
からなる光電変換部とN型埋め込みチャネル5を要素と
する電荷転送部間及びこの電荷転送部内における電荷の
移動を制御する転送電極10がグー1〜絶縁膜2aを介
してP型半導体基板1上に設けられてなるインクライン
転送型の固体撮像素子において、転送電極10はその内
部にMOからなる中間層12を有する多結晶シリコン層
11からなっているというものである。
なお、アルミニウムの遮光膜が酸化シリコン膜2を介し
て転送電極10上部を覆って設けられていてもよいが、
必ずしもその必要はない。
この実施例では、転送電極10がMOからなる中間層1
2を含んで構成されているので遮光作用含有しているた
め別に遮光膜を設ける必要がなく、転送電極上部の酸化
シリコン膜を厚くして表面を平坦化する必要はない。又
遮光作用を有する中間層12が半導体基板1表面に近接
して配置されている。従って、酸化シリコン膜2の凹面
形状による入射光の屈折現象は大幅に回避できる。また
、たとえ何らかの原因で入射光が屈折し、転送電極に直
接照射されたとしても、転送電極が不透明のため、光が
転送電極を透過することがなく、垂直レジスタに直接光
が漏れ込むことはない。このようなことから、従来発生
していたスミアが大幅に抑制される。また、転送電極が
、多結晶シリコン内部に低抵抗の中間層12を埋め込ん
だ構成となっているため、転送電極抵抗を大幅に低減で
きる。このため、従来素子で問題となっていたパルス伝
播にともなう波形の歪や劣化が抑止され、転送効率の低
下、転送電荷量の減少などは防止され、大幅に特性が改
善される。
第2図(a)〜(d)は本願筒2の発明の一実施例を説
明するために工程順に配列した半導体チップの断面図で
ある。まず、第2図(a>に示すように、シリコン単結
晶からなるP型半導体基板1の表面を酸化してゲート絶
縁v、2aを形成したのち、厚さ1000人の第1の多
結晶シリコン層11a、厚さ500人のM。層12a、
厚さ1700人の第2の多結晶シリコン層11bを被着
し、次に、第2図(b)に示すように、これらの導電層
を選択的に除去して短冊状に整形する。次に、第2図(
c)に示すように短冊状に残されたMO層12aの側面
部分を500人程度除去する9次に、第2図(d)に示
すように、導電層で覆われていない部分のゲー)・絶縁
膜を除去したのち、酸化処理を行う。こうして第1層目
の転送電極が形成されるが、同様の手法により、第2層
目、第3層目の転送電極を形成することができる。
こうして形成された転送電極は多結晶シリコン層−M□
層−多結晶シリコン層の3層構造になっている。第1図
に示したようにMo層をあんことして内部に有する多結
晶シリコン層を形成するには、Mo層をパターニングし
てから第2の多結晶シリコン層を被着すればよいのであ
る。又、Moの代りにAff”’Wなどを用いて金属層
を形成してもよい。更には、金属層の一部又は全部を、
熱処理によって金属シリサイドに変換してもよい。
いずれにせよ、本発明による製造方法のポイントは、金
属あるいは金属シリサイドからなる中間層の側面部分を
除去したのちに酸化工程を行うことにある。一般に、金
属あるいはそのシリサイドは、熱酸化ではその表面に酸
化v、牙影形成ることは困難であり、また、たとえ形成
されたとしても酸化膜厚は非常に薄く、絶縁耐圧が低い
という欠点がある。このため、前述したような側面部分
の除去工程がない場合には、酸化後、上層に第2層目の
転送電極を形成したとしても、金属層あるいはシリサイ
ド層のf!’I11面部分は、はとんど酸化されていな
いため、下層の第1層目の転送電極との間で絶縁不良を
起こし、実用上の使用は困難となる。すなわち、多層の
重ね合わせ転送電極の形成が不可能となる。これに対し
、本発明では、予め酸化前に、金属層あるいはシリサイ
ド層の側面部分金除去した後、酸化工程にはいる。この
とき、第1および第2の多結晶シリコン層の側面部分に
は金属層あるいはシリサイド層のない間隙部が形成され
るが、この部分の多結晶シリコン表面は、酸化工程で第
1の多結晶シリコン層に関しては上側から、第2の多結
晶シリコン層に関しては下側から酸化される。また、両
多結晶シリコン層の表面部分および側面部分も同時に酸
化され、最終的には第2図(d)に示すごとく電極表面
には、側面部分ち含めて比較的厚い酸化膜が形成される
ことになり、後工程で上層の転送電極を形成したとして
ら、充分な絶縁耐圧を有することになる。
なお、以上の説明では、インクライン型電荷結合素子を
中心として説明したが、本発明は、池の固体撮像素子た
とえばフレーム転送型電荷結合素子にも適用し得る。
〔発明の効果〕
辺上説明したように本発明の固体撮像素子は、転送電極
に金属又は金属シリサイドからなる中間層を設けること
により、転送電極を不透明に出来るのでスミアを大幅に
抑制できるし、転送電極の低抵抗1ヒにより、駆動パル
スの波形歪による転送効率の低下や転送電荷量の減少を
改溶でき、高速駆動時の発熱を防止できるという効果が
ある。
又、本発明の固体撮像素子の製造方法は、金属又は金属
シリサイド層の側面部分を所定量除去したのち多結晶シ
リコン層の表面を酸化させることにより、絶縁膜に囲ま
れた転送電極を形成できるので、充分な絶縁耐圧を有す
る高性能の固体撮像素子の製作が可能となる効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本願第1の発明の一実施例の主要部を示す半導
体チップの断面図、第2図<a)〜(d)は本願第2の
発明の一実施例を説明するために工程1111′iに配
列し、た半導体チップの断面図、第3図は従来のインク
ライン転送型撮像素子の主要部を示す半導体チップの断
面図である。 1・・・P型半導体基板、2・・・酸化シリコン膜、2
a・・・ゲーl〜絶縁膜、3・・多結晶シリコン層、4
・・遮光膜、N型埋め込みチャネル、6・N型領域、7
・・・Poをチャネルスl−ツブ領域、8・・・開口部
、10・・・転送電極、11・・・多結晶シリコン層、
】la・・・第1の多結晶シリコン層、llb・・・第
2の多結晶シリコン層、12・・・中間層、12 a・
・・M。 層。 第2区

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光電変換部と電荷転送部間又は電荷転送部内にお
    ける電荷の移動を制御する転送電極が絶縁膜を介して半
    導体基板上に設けられてなる固体撮像素子において、前
    記転送電極は少なくともその内部に金属又は金属シリサ
    イドからなる中間層を有する多結晶シリコン層からなる
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  2. (2)光電変換部と電荷転送部間又は電荷転送部内にお
    ける電荷の移動を制御する転送電極が絶縁膜を介して半
    導体基板上に設けられてなる固体撮像素子の製造方法に
    おいて、前記転送電極の形成は、前記半導体基板表面に
    ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に
    第1の多結晶シリコン層、金属層又は金属シリサイド層
    及び第2の多結晶シリコン層を順次被着したのち選択的
    に除去して所定形状に整形する工程と、前記金属層又は
    金属シリサイド層の側面部分を所定量除去したのち前記
    第1及び第2の多結晶シリコン層の露出面を酸化する工
    程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
JP61191381A 1986-08-15 1986-08-15 固体撮像素子およびその製造方法 Pending JPS6346763A (ja)

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