JP2006108572A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
シリコン基板表面に、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記シリコン基板に接続される配線層を備えた配線部とを具備した固体撮像素子において、前記配線層と、前記シリコン基板との接続が、前記シリコン基板表面に形成された直接コンタクト領域から、前記配線層を覆う絶縁膜の一部に形成された配線コンタクトに到達するように配設されたシリコン系導電性膜によってなされている。
【選択図】 図1
Description
このような状況の中で高感度を確保するためには、光学構造の制限や歩留などの問題から、薄型化が必須であり、多層配線はほとんど使われていない。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化、高感度化が可能で、信頼性の高い固体撮像素子の配線構造、特にコンタクト構造を提供することを目的とする。
この構成によれば、シリコン基板表面に非晶質シリコンや多結晶シリコンなどのシリコン系導電性膜を直接コンタクトすることにより、配線層との接続を達成しているため、金属を用いた場合のようにシリサイド化は不要であり、かつ他の層を介在させることなく極めて密着性の良好なコンタクト層を形成することができる。したがって、単層で信頼性の高いコンタクトの形成が可能となる上、平坦化が可能となるため、パターンの微細化に際しても精度よく形成することができる。また、シリコンーシリコンの接続であるため、表面に自然酸化膜が形成されているような場合にも少し還元性雰囲気にさらした後成膜するようにすれば自然酸化膜を除去して形成することができる。また金属によるコンタクト構造を用いた場合に比べパーティクルが少ないため、歩留の向上をはかることができる。また、コンタクト領域の面積を低減できることから、水平CCDの最終段に隣接して形成されている信号電荷を電圧に変えるキャパシタであるN層(浮遊拡散層FD)と呼ばれる領域と配線層の接続部においてこのシリコンコンタクトを用いたような場合、静電容量を低減することができ、変換効率を高くすることができる。また、遮光膜としての金属層は最上層のみに形成でき、設計の自由度が向上するとともに十分な遮光性を得ることができる。
この構成によれば、基板表面でコンタクトホールを形成することになるため、パターン精度の向上をはかることができる。
この構成によれば、第2層導電性膜をコンタクトとして用いているため、工程数の増大なしに、容易にコンタクトを形成することができる。
この構成によれば、コンタクトが配線層の上面のみならず端縁でも得られるため、コンタクトのための占有面積を増大することなくコンタクト抵抗の小さいコンタクトを形成することが可能となる。
この構成によれば、さらにコンタクトを確実にとることができる。
この構成によれば、コンタクト領域の制限が少ないため、設計に自由度を得ることができる。
この構成によれば、CVD法などにより極めて容易にステップカバレッジの良好なコンタクトを形成することができる。
この構成によれば、シリコン系導電性膜としてシリコンの上にメタルを積層した積層構造体として形成することができるため、低抵抗化をはかることができる。したがって、シャント配線も不要であり、薄型化と高速化との両方が可能となる。従って微細化も可能で高感度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
この構成によれば、シリコン基板表面に非晶質シリコンや多結晶シリコンなどのシリコン系導電性膜を直接コンタクトすることにより、配線層との接続を達成しているため、金属を用いた場合のようにシリサイド化は不要であり、かつ他の層を介在させることなく極めて密着性の良好なコンタクト層を形成することができ、極めて容易に信頼性の高いコンタクトを形成することが可能となる。したがって、単層で信頼性の高いコンタクトの形成が可能となる上、平坦化が可能となるため、パターンの微細化に際しても精度よく形成することができる。また、シリコンーシリコンの接続であるため、表面に自然酸化膜が形成されているような場合にも少し還元性雰囲気にさらした後成膜するようにすれば自然酸化膜を除去して形成することができる。また金属によるコンタクト構造を用いた場合に比べパーティクルが少ないため、歩留の向上をはかることができる。また、遮光膜としての金属層は最上層のみに形成でき、設計の自由度が向上するとともに十分な遮光性を得ることができる。
この構成によれば、シリコン系導電性膜が第2の電極と同一工程で形成されるため、工数の増大なしに、良好なコンタクト構造を形成することができる。また、平坦性の向上をはかることができる。
この構成によれば、シリコン系導電性膜が第2の電極と同一工程で形成されるため、工数の増大なしに、良好なコンタクト構造を形成することができる。
この構成によれば表面の平坦化をはかることができる。
(実施の形態1)
この固体撮像素子は、図1に要部拡大図を示すように、シリコン基板1表面に、水平CCDの最終段に隣接して形成されている信号電荷を電圧に変えるキャパシタであるN層(浮遊拡散層FD)4と呼ばれる領域から、出力配線を構成する配線層3との接続部において、配線層3と、シリコン基板1に形成された浮遊拡散層4との接続が、シリコン基板表面に形成された直接コンタクト領域HDCから、前記配線層3を覆う絶縁膜5の一部に形成された配線コンタクトHCに到達するように配設されたドープトアモルファスシリコン3Sによってなされていることを特徴とする。図1では要部のみを示し、基板内部の素子領域、上層部の配線層や、レンズなどは省略している。図2はこのコンタクト領域周辺を示す等価回路であり、図3はこの上面図である。このコンタクト領域及びコンタクトの構造以外は通例の構成をとるものとする。
まず、不純物濃度7.0×1014cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚25nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。なお基板表面には所望の素子領域が形成されており、ここでは基板表面に浮遊拡散層4として不純物濃度1.0×1020cm−3程度N+拡散領域が形成されている。
このようにして、配線層と浮遊拡散層とのコンタクトが極めて微細面積でかつ低いコンタクト抵抗で形成される。
なおパターニングのためのハードマスクとエッチングストッパ層とをかねてHTO膜を用いており、高精度で微細なパターンを形成することができる。またエッチングストッパを用いることにより、過研磨による膜減りを防止することができる。
また絶縁層としてはHTO膜に限定されることなくTEOSと窒化シリコン膜との2層膜、あるいは酸化シリコン膜とHTO膜との2層膜等を用いることも可能である。
前記実施の形態では、コンタクトを構成するシリコン系導電性膜を電荷転送部と別の工程で形成したが、第2層導電性膜と同一工程で形成しても良い。また、単層電極構造の電荷転送電極を構成した例について説明したが、2層電極構造の場合にも適用可能である。
次に本発明の実施の形態2として、コンタクトを構成するシリコン系導電性膜を第2層導電性膜と同一工程で構成した例について説明する。ここでは2層電極構造の電荷転送電極を構成した例について説明する
本実施の形態では図5に示すように、第2の電極Bを構成する第2層多結晶シリコン膜からなる第2層導電性膜3bとコンタクトを構成するシリコン系導電性膜としての第2層導電性膜3s(第2層多結晶シリコン膜)とが同一工程で形成され、第2層多結晶シリコン膜3bからなる第2の電極Bが、第1層多結晶シリコン膜3aからなる第1の電極Aの上に一部覆いかぶさるように形成され第2の電極Bの電極端部が第1の電極A上に形成されていることを特徴とする。
他は前記実施の形態1と同様に形成されている。
製造工程についても図4(a)乃至(d)に示したのと同様であるが、第2層多結晶シリコン膜3bの平坦化工程がなく、フォトリソグラフィにより第2の電極およびコンタクトあるいは配線層のパターニングが同時になされる。
い。
なお、本実施の形態では、第1の電極Aと第2の電極Bとを多結晶シリコン層で構成したが、いずれもタングステンシリサイドなどの金属シリサイド層を表面に形成した構造であってもよい。
ここでは2層電極構造の電荷転送電極を構成した例について説明したが、単層電極構造であってもよいことはいうまでもない。
2 ゲート酸化膜
3a 第1層導電性膜
3b 第2層導電性膜
5 絶縁膜
6 電極間絶縁膜
Claims (13)
- シリコン基板表面に、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記シリコン基板に接続される配線層を備えた配線部とを具備した固体撮像素子において、
前記配線層と、前記シリコン基板との接続が、前記シリコン基板表面に形成された直接コンタクト領域から、前記配線層を覆う絶縁膜の一部に形成された配線コンタクトに到達するように配設されたシリコン系導電性膜によってなされていることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記直接コンタクト領域は、前記シリコン基板表面に形成されたゲート酸化膜に形成されたコンタクトホールであることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1または2に記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極は、第1層導電性膜からなる第1の電極と、前記第1の電極の間に形成された第2層導電性膜からなる第2の電極とで構成されており、
前記配線層が前記第1層導電性膜で構成されており、前記シリコン系導電性膜は、第2層導電性膜で構成されたことを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項3に記載の固体撮像素子であって、
前記直接コンタクト領域は、前記第1層導電性膜からなる前記配線層の端縁に近接して配置されており、
前記シリコン系導電性膜は、前記直接コンタクト領域の前記シリコン基板表面から、前記端縁に当接するように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項4に記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は、前記直接コンタクト領域の前記シリコン基板表面から、前記配線層の端縁に当接し、前記配線層上に到達するように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記直接コンタクト領域は、前記配線コンタクトと離間して配置されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1乃至6に記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は、前記アモルファスシリコンであることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1乃至6に記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜は、ポリメタルで構成されたことを特徴とする固体撮像素子。 - シリコン基板表面に、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、シリコン系導電性膜からなる配線層を備えた配線部とを具備した固体撮像素子の製造方法であって、
前記配線層を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記シリコン基板表面に到達するようにダイレクトコンタクト領域を形成する工程と、
シリコン導電性膜を堆積し、前記ダイレクトコンタクト領域内の前記シリコン基板表面から前記コンタクトホール内の前記配線層に到達するように、前記シリコン導電性膜をパターニングすることにより、前記配線層と、前記シリコン基板との接続を実現するようにしたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極の形成工程は、
第1層導電性膜を形成し、パターニングすることにより第1の電極を形成する工程と、
絶縁膜を堆積し、電極間絶縁膜を形成する工程と、
第2層導電性膜を形成し、パターニングすることにより第2の電極を形成する工程とを含み、
前記配線層は前記第1の電極と同一工程で形成され、
前記シリコン系導電性膜は前記第2の電極と同一工程で形成されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極の形成工程は、
第1層導電性膜を形成し、パターニングすることにより第1の電極とともに、前記配線層とを形成する工程と、
前記第1の電極および前記配線層の上層に絶縁層を形成し、電極間絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁層の一部に前記コンタクトホールを形成し、前記配線層の一部を露呈させる工程と、
前記シリコン基板表面の一部を露呈させダイレクトコンタクト領域を形成する工程と、
第2層導電性膜としてシリコン導電性膜を堆積しパターニングすることにより、前記第2の電極を形成するとともに、前記配線層と、前記シリコン基板とを接続するようにシリコン導電性膜のパターンを形成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。 - 請求項11に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第1の電極間に第2の電極が位置するように前記第2層導電性膜を分離すべく、前記第1の電極上の前記第2層導電性膜を除去して平坦化し、前記第2の電極を形成すると共に前記シリコン系導電性膜のパターンを平坦化する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の形成方法。 - 請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第1の電極のパターンは、周縁部に電気的接続を有しないダミーパターンを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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JP2008171898A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Sharp Corp | 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器 |
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