JP3394878B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元に画素が配
設されたＣＣＤ形固体撮像装置（以下エリアセンサと略
す）の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子スチルカメラやビデオカメラ等の撮
像素子として、エリアセンサが広く用いられている。エ
リアセンサの構成を図面を参照して説明する。

【０００３】図７は従来のエリアセンサの構成を示す平
面図であって、このエリアセンサは半導体基板１１上に
２次元的に配列された、光電変換を行なう光電変換部を
含む画素１２と、画素列間に設けられ、画素１２から移
送された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤレジ
スタ１３と、垂直レジスタ１３の最下部に隣接して水平
方向に配設された水平ＣＣＤレジスタ１４と、その水平
転送方向下流端に隣接して設けられた出力回路１５とを
備えている。

【０００４】このようなエリアセンサの概略動作を説明
すると、入射光により各画素１２において光電変換によ
り発生した信号電荷は所定のタイミングで隣接した垂直
ＣＣＤレジスタ１３の対応する転送段に移送ゲート（図
示せず）を介して転送され、垂直ＣＣＤレジスタ１３中
を水平ＣＣＤレジスタの方向（図７の下方向）へ順次転
送され、垂直ＣＣＤレジスタの最終段から水平ＣＣＤレ
ジスタ１４へ転送され、水平ＣＣＤレジスタ１４に転送
された１画素行（ライン）の信号電荷は順次転送されて
出力回路１５より外部に出力される。この場合、転送パ
ルスは２相または４相であり、１行ごとの信号電荷が読
み出されることになる。

【０００５】図７のエリアセンサにおける垂直ＣＣＤレ
ジスタの構造を図８および図９を参照して説明する。垂
直ＣＣＤレジスタ１３は、半導体基板１１上に絶縁膜１
６を介して例えば多結晶シリコンで形成された第１の転
送電極１７及び、同様に多結晶シリコンで形成された第
２の転送電極１８とから成り、それぞれの端部において
オーバーラップした転送電極構造になっている。図９は
図８のＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示す断面図であっ
て、これによれば、画素部は、第１の転送電極１７の上
に第２の転送電極１８が絶縁膜１６を介してオーバーラ
ップしている構造が示されている。

【０００６】図８から明らかなように、第１の転送電極
１７および第２の転送電極１８は画素に対応して切り欠
き状の凹部１７ａおよび１８ａが設けられており、開口
部が形成されている。また、垂直ＣＣＤレジスタの上に
は絶縁膜１６を介して遮光膜１９が形成されており、画
素部に対応して開口部１９ａが設けられ、この開口部１
９ａは転送電極の凹部１７ａおよび１８ａの内部に位置
している。そして、この遮光膜１９の開口部１９ａから
の入射光により光電変換部で信号電荷が発生し、垂直Ｃ
ＣＤレジスタに移送されて垂直方向に転送される。

【０００７】

【発明の解決しようとする課題】図８および図９に示し
た従来構造のエリアセンサにおいて、遮光膜１９の開口
部１９ａを形成するためには、遮光膜材料であるアルミ
ニウムなどの膜を全面に形成した後、フォトレジストを
塗布し、マスクパターンを転写し、エッチングを行う写
真食刻法（以下、ＰＥＰ：Photo Engraving Process と
略す）により遮光膜をパターニングしているが、この
際、次のような問題点が生ずる。

【０００８】第１に、垂直ＣＣＤレジスタの転送電極１
７および１８に対して遮光膜９の形成を上述したように
ＰＥＰ工程で行なう際、マスクパターンの合わせずれが
生ずることより、遮光膜１９の開口部１９ａの内端と転
送電極端との間隔（図８中のＬ1 ，Ｌ2 ）がばらつくと
いう問題がある。この間隔Ｌ1 ，Ｌ2 が少ないと遮光が
不十分となり、入射光の垂直ＣＣＤレジスタへの漏れ込
みが生じてスミアとなり、画質を悪化させる。このスミ
ア特性はエリアセンサの重要な光学的特性であり、スミ
ア特性を安定化させるためには、上記マスクパターンの
合わせずれを±０．１〜０．３μｍ程度のばらつきに抑
えることが必要となる。これを実現するためには、遮光
膜端と転送電極端との距離Ｌ1 ，Ｌ2 を通常よりもコン
マ数μｍ〜１μｍ程度余分にとるように設計する必要が
ある。これは集積度を低下させるばかりか遮光膜の開口
幅が、０．２〜０．４μｍ程度小さくなり、遮光膜の開
口幅Ｌo （通常２μｍ程度）に比べ、１〜２割減ってし
まい、感度が低下する。

【０００９】第２に、転送電極１７と１８の重なり部分
は通常約１μｍ程度の段差があるため、遮光膜１９のＰ
ＥＰ工程の際にこの段差部近傍ではレジスタ膜が厚くな
り、この結果、例えばポジ型レジスト使用時において
は、平坦部よりもレジストの抜きパターンが小さくな
り、遮光膜開口部幅のばらつきを生じ、感度の不均一性
（素地ムラ）を生じてしまう。これを避けるためには、
通常遮光膜端と転送電極端との距離は約１μｍ程度離す
必要が生じ、遮光膜開口をやはり減少させ、感度の低下
をもたらす。

【００１０】以上の説明に用いた図８および図９は、一
回の読み出しで全画素数の半分の画素情報を読み出す、
いわゆるインタレース読出し方式のエリアセンサを示し
ているが、最近、マルチメディア用途に好適な全画素独
立読出し方式のエリアセンサが開発されている。

【００１１】図１０および図１１はこのような全画素独
立読出し方式のエリアセンサの構成を示すものである。

【００１２】図１０のＦ−Ｆ′断面図である図１１に示
されるように、垂直ＣＣＤレジスタは基板２１上にそれ
ぞれ絶縁膜２２を介して積層された転送電極２３、２
４、２５を備えている。これらの各転送電極は多結晶シ
リコンにより形成されている。また、垂直ＣＣＤレジス
タ全体は遮光膜２６により覆われており、画素に対応し
て設けられた開口部２６ａは各転送電極の端部よりも内
側に位置している。

【００１３】この３層の転送電極には３相のクロックパ
ルスが印加され、全部の画素の信号電荷を互いに独立に
読出すことができる。

【００１４】このような構成の転送電極構造では、画素
間には転送電極配線を３本通す必要があるため、図１１
から明らかなように、図９の場合に比べてさらに段差の
大きい構造となっている。このため、遮光膜の開口部を
ＰＥＰで形成することはさらに困難となり、垂直ＣＣＤ
と平行方向の転送電極端から遮光膜端までの間隔Ｌ3
は、約１μｍ以上に離す必要があり、この結果遮光膜７
の開口寸法が小さくなり感度を劣化させてしまうという
問題がある。

【００１５】本発明は、上記の従来のエリアセンサの問
題点に鑑みなされたものであり、積層された転送電極の
段差が少なく、合わせマージンが少なくてすみ、大きな
開口部を設けることのできる固体撮像装置の製造方法を
提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる固体撮像
装置の製造方法によれば、一導電型半導体基板上に絶縁
膜を介して第１の転送電極を画素部では隣接転送電極と
の距離が画素部を含むのに十分な距離だけ離隔し、転送
部ではこれよりも十分に近接するように形成する工程
と、前記画素に対応した部分には前記第１の転送電極の
上面および側面よりも薄く、前記転送部の前記隣接転送
電極間は埋め込まれるように、遮光膜を形成する工程
と、前記画素部に対応した部分では開口部を自己整合的
に形成し、かつ前記転送部の前記転送電極間の埋め込み
が維持されるように前記遮光膜をエッチバックする工程
とを備えたことを特徴とする。

【００１７】転送電極上で隣接転送段の遮光膜を切り離
す工程、および切り離された遮光膜部分にさらに遮光膜
を形成する工程をさらに含むことが好ましい。

【００１８】本発明にかかる固体撮像装置の製造方法に
よれば、転送電極の段差により生ずる遮光膜の膜厚差を
用いて画素のための開口部を自己整合的に形成している
ので、マスクの合わせマージンやＰＥＰ時のばらつきを
考慮する必要がなく精度の向上、集積度の向上を図るこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２０】図１は、本発明にかかる固体撮像装置の製
造方法により製造された固体撮像装置の一例を示す平面
図であって、半導体基板１の上には絶縁膜（図示せず）
を介して転送電極３が所定ピッチで上下方向に配置され
ている。この転送電極は図８の場合と同様に、画素部で
は画素が含まれるように十分に大きな凹部３ａとなって
おり、凸部３ｂが転送部をなす。

【００２１】また、この転送部上も含み全面にアルミニ
ウム等の金属材料あるいは高融点金属シリサイド、例え
ばモリブデンシリサイド、チタンシリサイド等からなる
遮光膜４が設けられており、画素部に対応して開口部４
ａが形成されている。

【００２２】図２は図１のＡ−Ａ′断面を示す断面図で
ある。

【００２３】同図によれば、一層の転送電極３の上には
絶縁膜２を介して遮光膜が形成されているので、従来の
構造と比べて段差が少なくなっている。このように転送
電極の段差が減少する、信頼性の向上を図ることができ
る。

【００２４】なお、この図では転送電極３上で２つの遮
光膜４−１，４−２がギャップ５を隔てて対向した形状
となっている。これは、後述するように、遮光膜４を転
送電極として利用する関係上、転送段で独立の電圧印加
を可能とするためである。

【００２５】図３は図１のＢ−Ｂ′断面を示す断面図で
あって、（ａ）は遮光膜堆積後の状態を、（ｂ）はエッ
チング後の状態を示している。なお、遮光膜の堆積は、
金属膜の場合には蒸着で、高融点金属シリサイド膜の場
合にはＣＶＤ法等により行われる。

【００２６】このＢ−Ｂ′断面位置は画素部の存在する
場所であり、隣接する転送電極３間の間隙Ｌ1 は大き
い。このような位置では段差の影響により、図３（ａ）
に示すように、転送電極の上面および側面上側では膜厚
の厚い部分４ｂとなっており、側面下側および画素位置
では膜厚の薄い部分４ｃとなっている。

【００２７】図３（ｂ）は図３（ａ）の状態をＲＩＥ等
の異方性エッチングによりエッチバックした様子を示
す。このエッチバックにより、画素部の遮光膜は完全に
除去され、幅Ｌ1 の開口部が自己整合的に形成される
が、転送電極部分では膜厚が減じるものの遮光膜が残存
する。

【００２８】このように開口部を自己整合的に作ること
が可能となるので、マスク合せずれに対するマージンを
多くとる必要がなくなり、遮光膜開口サイズを従来の１
〜２割拡げることができ、感度の向上を図ることができ
る。

【００２９】図４は図１のＣ−Ｃ′断面を示す断面図で
あって、（ａ）は遮光膜堆積後の状態を、（ｂ）はエッ
チング後の状態を示している。この位置では隣接する転
送電極間の距離Ｌ2 が短いので、図４（ａ）に示すよう
に、遮光膜堆積後に転送電極間の間隙が完全に遮光膜で
埋め込まれる。逆に、このような埋め込みが行われるよ
うな間隙Ｌ2 が必要となり、膜厚も確実に埋め込みが行
われるような、十分な膜厚とする必要がある。この状態
でエッチバックを行った場合には、図４（ｂ）に示すよ
うに、単に膜厚が減じるのみであり、間隙が埋め込まれ
た状態は変わらず、垂直ＣＣＤレジスタ部全体が覆われ
た状態となる。

【００３０】ここで遮光膜４を転送電極として用いるた
めには、転送電極３と交互に遮光膜が配設されるように
パターニングが必要となる。このため、図１に示される
ように、転送電極３上で遮光膜４が切り離されるよう
に、遮光膜をストライプ状に抜いている。このストライ
プ状の遮光膜のエッチングの際は適宜ＰＥＰを行ない必
要部分を覆うようにすることにより、素子の保護を図る
ことができる。

【００３１】このストライプ状の除去により、遮光が不
完全となるため、図２に示した状態の後、この除去部分
に絶縁膜を介して再度遮光膜を形成する必要がある。こ
の場合、画素部の周囲の転送電極パターン周囲は遮光膜
７−１，７−２で覆われているので、追加する２層目の
遮光膜はギャップのみを覆うことができる幅があれば十
分である。また、必要に応じ画素間の転送電極５上のギ
ャップを覆うようにしても良い。

【００３２】次に本発明を全画素読出しタイプのエリア
センサに適用した例につき、図５およびそのＤ−Ｄ′断
面図である図６をもとに説明する。

【００３３】これは、図１０および図１１で説明した従
来形式のものにおいて、第３層の転送電極を遮光膜で置
き換えたものである。すなわち、図６に示すように、半
導体基板１上に絶縁膜２を介して多結晶シリコンでなる
第１層電極３、多結晶シリコンでなる第２層電極６およ
び第３層電極を兼ねる金属層または高融点金属シリサイ
ド層である遮光層７を積層状態に形成したものである。
図５から明らかなように、垂直ＣＣＤレジスタにおいて
転送電極３および６で覆われていない部分は遮光膜７で
覆われており、遮光膜で覆われた状態の断面形状は、図
３、図４と同様である。

【００３４】なお、３相駆動の全画素読出しタイプのエ
リアセンサでは、遮光膜７による３層目の転送電極に
は、同一相が印加されるため、図２の場合とは異なって
分離する必要がない。

【００３５】以上の実施の形態以外にも本発明は種々の
変形例が可能である。例えば、遮光膜を転送電極として
用いるだけでなく、画素から垂直ＣＣＤレジスタへの移
送ゲートをさらに兼ねるようにすることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明にかかる固体撮像装置の製造方法
によれば、転送電極の段差により生ずる遮光膜の膜厚差
を用いて画素のための開口部を自己整合的に形成してい
るので、マスクの合わせマージンやＰＥＰ時のばらつき
を考慮する必要がなく精度の向上、集積度の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により製造されたエリアセンサの
セル構造を説明する平面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示
す断面図。

【図３】写真食刻工程の前後における、図１のＢ−Ｂ′
線に沿った断面構造を示す工程別断面図。

【図４】写真食刻工程の前後における、図１のＣ−Ｃ′
線に沿った断面構造を示す工程別断面図。

【図５】本発明により製造される全画素読出しタイプの
エリアセンサのセル構造を説明する平面図。

【図６】本発明により製造される全画素読出しタイプの
エリアセンサのセル構造を説明する断面図。

【図７】従来のエリアセンサの構成を説明する図。

【図８】従来のエリアセンサのセル構造を説明する平面
図。

【図９】従来のエリアセンサのセル構造を説明する断面
図。

【図１０】従来の全画素読出しタイプのエリアセンサの
セル構造を説明する平面図。

【図１１】従来の全画素読出しタイプのエリアセンサの
セル構造を説明する断面図。

【符号の説明】

１，１１，２１ 半導体基板 ２，１６，２２ 絶縁膜 ３，１７，１８，２３，２４，２５ 転送電極 ４，１９，２６ 遮光膜 １２ 画素 １３ 垂直ＣＣＤレジスタ １４ 水平ＣＣＤレジスタ １５ 出力回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一導電型半導体基板上に絶縁膜を介して第
   １の転送電極を画素部では隣接転送電極との距離が画素
   部を含むのに十分な距離だけ離隔し、転送部ではこれよ
   りも十分に近接するように形成する工程と、 前記画素に対応した部分には前記第１の転送電極の上面
   および側面よりも薄く、前記転送部の前記隣接転送電極
   間は埋め込まれるように、遮光膜を形成する工程と、 前記画素部に対応した部分では開口部を自己整合的に形
   成し、かつ前記転送部の前記転送電極間の埋め込みが維
   持されるように前記遮光膜をエッチバックする工程と、 を備えた固体撮像装置の製造方法。
2. 【請求項２】前記転送電極上で隣接転送段の遮光膜を切
   り離す工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記切り離された遮光膜部分にさらに遮光
   膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２に記
   載の固体撮像装置の製造方法。