JPH0322479A - 固体撮像装置 - 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、複数の受光部からの信号電荷を電荷転送部に
よって転送して読み出しを行う固体撮像装置に関するも
のである。

［発明の概要］ 本発明は、複数の受光部からの信号電荷を転送する電荷
転送部を有した固体撮像装置において、電荷転送部，読
み出し制御領域及びチャンネルストツパ領域が占める平
面上の面積を縮小化させるために、受光部に沿って形成
された溝の少なくとも底部に電荷転送部を形成し、側面
部に読み出し制御領域又はチャンネルストツパ領域を形
或する。

このような三次元化によって、撮像装置の小型化、高密
度化、あるいは高感度化が可能とされる。

さらに、本発明は、電荷転送部の転送電極を上記受光部
を囲んで形成される溝の内部に埋め込み、半導体基板の
表面を受光部と転送電極の間に段差がないほぼ平坦な面
にさせることによって、加工精度の向上やスメアの防止
がなされるものである。

〔従来の技術〕

現在、カラー映像用固体撮像装置においては、インター
ライン方式のＣＣＤが最も多く採用されている。通常、
受光部はフォ１・ダイオードとされ、入射先はフォトダ
イオードにて光の強さに比例した電荷に変換される。こ
の電荷は垂直レジスタに読み出され転送される。

このような、インターライン方式の構造をもっＣＣＤイ
メージャにおいて、従来の技術では半導体基板の表面に
平面的に読み出し部．電荷転送部及びチャンネルストッ
パ部として機能する不純物領域がそれぞれ形成される。

そして、その不純物領域上の半導体基板上に酸化膜を介
してポリシリコン層を用いた電荷転送用の転送電極が形
成される。また、ポリシリコン層に囲まれる開口部がフ
ォトダイオードとされる。

この時、■セル当たりから読み出すことのできる最大信
号電荷量は、フォトダイオードの蓄積可能な最大電荷量
及び電荷転送部の転送可能な最大電荷量によって決定さ
れる。これらの最大電荷量は、フォトダイオード部や電
荷転送部の面積に依存する。

ところで、現在のビデオカメラ用ＣＣＤ固体撮像装置で
は、高解像度を得るために撮像装置の画素数を増やす方
向で開発が進められ′（いる。

しかし、上述のような構造において画素数の増加を図る
ためには、フォトダイオード部あるいは電荷転送部の占
める面積を縮小化しなければならない。このため、上述
の理由によりｌセル当たりから読み出すことのできる最
大信号電荷量は減少し、ダイナ稟ツタレンジの減少にと
もなって特性の劣化が起こる。

そこで、本発明に先行する技術として特開昭６１−１７
４７６５号公報に記載される技術が知られている。これ
は、半導体基板上にＶ字型の溝を形成し、溝の斜面に電
荷転送部を形成することにより、電荷転送部が占める面
積を三次元的に確保して最大信号電荷量の減少を抑えよ
うとしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述の特開昭６１−１７４７６５号公報に記載
された固体撮像装置に関しては、電荷転送部の占める平
面上の面積のみが減少され、読み出し部，チャンネルス
トッパ部については減少されていない。したがって、ダ
イナごツタレンジの減少を抑えることにおいて十分とは
言えない。

また、−ｉ的に、従来の固体撮像装置では、センサ一部
と転送電極との間の約１くクロンにも及ぶ段差や第一層
目のポリシリコン層と第二層目のポリシリコン層の境目
におけるこれらの２層が重なり合った部分が存在してい
る。このため、レジストが形成される工程で膜厚のムラ
による加工精度の劣化や遮光用のアルξニウム層のステ
ップカバレイジの劣化によるスメアの増加等が問題とさ
れるが、上記の公報に記載された固体撮像装置において
も、第一層目のポリシリコン層と第二層目のポリシリコ
ン層の重なり合った部分による段差の問題は解決されて
いない。

そこで、本発明は、上述の従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、電荷転送部．読み出し部及びチャンネ
ルストッパ部の占める平面上の面積を縮小化し、ダイナ
くツタレンジを増大させることを目的とする。さらには
、レジストの加工精度の向上やスメアの防止がなされる
固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達威するために、本発明の固体撮像装置は
、入射光を信号電荷に変換するための複数の受光部とそ
れらの受光部に沿って溝を半導体基板上に形或する。上
記溝は底部と側面部を有する。この側面部は傾斜のつい
た平面や湾曲した面等であればよく、半導体基板上の表
面積を増加させるような形状とされる。そして、本発明
の固体撮像装置は、上記溝の少なくとも底部に上記受光
部からの信号電荷を転送する電荷転送部を形成し、当該
溝の側面部にチャンネルストッパ領域又は読み出し制御
領域を形成することを特徴とする。

さらに、本発明は、上記受光部を平面上囲んで形成され
る溝の内部に電荷転送用の転送電極を埋め込み、半導体
基板の表面がほぼ平坦とされることを特徴とする。

〔作用］ 本発明の固体撮像装置において、電荷転送部や読み出し
部又はチャンネルストツパ部は受光部に沿って形成され
る溝の底部や両方の側面を利用して三次元的に形成され
る。従って、電荷転送部等が占める平面上の面積は縮小
化されるが、表面積は確保されるので、実質的な転送チ
ャンネル幅は増大され、グイナミンクレンジが増大され
る。

さらに、電荷転送用の転送電極が上記溝の内部に埋め込
まれ、半導体基板の表面が略平坦とされるので、レジス
トが平均的に形成され、加工精度が向上する。また、遮
光用のアルミニウム層が電荷転送部等を十分にカハーで
きるのでスメアの防止が可能とされる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は、ＣＣＤエリアセンザの例である。

第１図はエリアセンサの構造を表す断面図である。

第１図に示すように、半導体基板１上に複数本の溝３が
形成され、その溝３の間にセンサ一部２が形成される。

溝３は底部３ａとｌｌＪｔ斜のついた側面部３ｂ．３ｃ
を有ずる。センザ一部２に隣接した上記溝３の側面部３
ｂにｐ−型の不純物領域からなる読み出し部５が形成さ
れる。この読み出し部５は半導体基板１の主面１ａから
溝３の底部３ａ近傍まで溝３の側面部３ｂの傾斜した面
に沿って形成される。この読み出し部５はセンサ一部２
からの電荷の読み出しを制御する。この読み出し部５に
隣接して溝３の底部３ａにｎ１型の不純物領域からなる
電荷転送部６が形成される。電荷転送部６は読み出し部
５とチャンネルス１・ツバ部７に挟まれた領域とされる
。その電荷転送部６は読み出し部５を介して転送された
電荷を転送する。また、読み出し部５が形成された側面
部３ｂと向かい合う溝３の側面部３ｃにｐ゛型の不純物
領域からなるチャンネルス１・ソバ部７が形成される。

チャンネルストンパ部７も読み出し部５と同様に半導体
基板１の主面１ａから溝３の底部３ａ近傍までの領域に
ポリシリコン側面部３Ｃに沿って設＆Ｊられる。そのチ
ャンネルストツパ部７は隣接する他の列のセンサ一部２
と電荷転送部６の間のチャンネルの形成を阻止する。

以上のように、電荷転送部６，読み出し部５及びチャン
ネルス１・ソバ部７を溝３の側面部３ｂ３Ｃ及び底部３
ａに三次元的に形成し、表面積を確保したまま半導体基
板１上でこれらの領域が占める平面上の面積が縮小化さ
れる。従って、ダイナξツクレンジの改善を図りながら
画素数を増加させることが可能とされ、高解像度化が図
られる。

このような溝３の形成された半導体基板１上に酸化膜４
が形成される。特に、溝３の側面部３ｂ，３ｃ及び底部
３ａの内側に宜って酸化膜４が形成され、その酸化膜４
を介して２層のポリシリコン層により電荷転送用の転送
電極８が形成される。

この転送電極８については第２図を用いて詳しく説明す
る。

第２図は、第１図に表したエリアセンサの上部から見た
模式的な平面図である。第２図に示すように、上記転送
電極８は第一層目のポリシリコン層１３と第二層目のポ
リシリコン層１４からなる２層構造とされる。センサ一
部２の水平方向に並んだ一列が対称的な一組の第一層目
のポリシリコン層１３と第二層目のポリシリコン層１４
によって囲まれ、第一層目のポリシリコン層１３と第一
層目のポリシリコン層１４が垂直方向に交互に形成され
るパターンとされる。第一層目のポリシリコン層１３及
び第二層目のポリシリコン層１４は垂直方向の幅が広い
部分と狭い部分とが水平方向において交互に列なった形
状である。幅の狭い部分では第一層目のポリシリコン層
１３と第二層目のポリシリコン層１４の間にセンサ一部
２が挟ままれ、幅の広い部分では第一層目のポリシリコ
ン層ｌ３と第二層目のポリシリコン層１４が対称な向き
に突き合わされている。そして特に、この境目にはこれ
らの２層が重なった部分は存在しない。

この転送電極８は溝３の内部に埋め込まれて形成される
。これにより、センサ一部２と転送電極８の間に段差は
なく、半導体基板ｌの表面ばは｛ｆ平坦な面となる。こ
のように、表面が略平坦化された転送電極８に囲まれた
センサ一部２には、入射光を信号電荷に変換する機能を
もつセンサ一部２の半導体基板ｌの表面にｎ゛型の不純
物領域ｌＯが形成される。このｎ゛型の不純物領域１０
が平面上マトリクス状に配列される。

転送電極８が溝３に埋め込まれ、平坦にされた半導体基
板１上の全面に酸化膜４を介してリフロー膜１ｌが形成
される。そして、このリフロー膜ｌｌ上にはセンサ一部
２上で開口するパターンで遮光用のアルもニウム層１２
が形成される。このアルミニウム層ｌ２は表面が略平坦
なところで加工されるため、その加工精度が向上する。

また、不要な段差がないためにスメアの低減を図ること
ができる。

次に、第ｌ図及び第２図に表されるエリアセンサの製造
工程を図面を参考にして説明する。

先ず、第３図（ａ）に示すように、溝５３を形成するた
め、半導体基板５１の全面にフォトレジスト５２が形成
され、溝５３が形成されるパターンに応じて窓開けされ
る。熱処理によりその窓開けされた端部にテーパ一部５
２ａが形成される。そして、ＲｒＥ法を用い、テーパー
ドエッチによる形状の制御を行いながら半導体基板５１
に溝５３が形成される。この溝５３はセンサ一部６５を
平面上囲むパターンとされ、底部５３ａ及び半導体基板
の主面に対して傾斜のついた側面部５３ｂ，５３ｃを有
する。

続いて、第３図（ｂ）に示すように、フォトレジスト５
２を除去した後、半導体基板５１を表面酸化して半導体
基板５１の主面及び溝５３の内部に熱酸化膜５４が形成
される。そして、半導体基板５Ｉの表面にイオン注入を
行う。これにより、溝５３の底部５３ａにｎ゛型の不純
物領域からなる電荷転送部５６が形成され、溝５３の側
面部５３ｂ，５３ｃにｐ一型の不純物領域からなる読み
出１ｌ し部５５及びｐ１型の不純物領域からなるチャンネルス
トッパ部５７がそれぞれ選択的に形成される。これらの
読み出し部５５，電荷転送部５６及びチャンネルストッ
パ部５７の形成時には、必要であれば選択的にフォトレ
ジストを形成する工程を設けてもよいが特に、読み出し
部５５及びチャンネルストツバ部５７の形成には斜め方
向からのイオン注入も有効である。

次に、ポリシリコン層を全面に堆積させた後、第３図（
ｃ）に示すように、ポリシリコン層が満５３の内部にの
み残されるようにエッチバックを行う。その後、全面に
フォトレジストを形成し、第二層目のポリシリコン層を
形成するために第二層目のポリシリコン層が形成される
べき箇所のフォトレジストに窓開けを行う。そして、そ
のフォトレジストをマスクとしてエッチングにより第一
層目のポリシリコン層をパターニングする。

続いて、第二層目ポリシリコン層が形成される領域の溝
５３の内部の熱酸化ＤＩ！５４をＨＦ処理などを行って
一旦除去した後、再び、この萌域の半ｌ２ 導体基板５１上に熱酸化膜５９を形成する。熱酸化膜５
９はこの時、同時に既にパターニングされた第一層目の
ポリシリコン層上にも形成される。

次に、セルファラインでイオン注入により第二層目のポ
リシリコン層が形成される領域の溝の底部にｎ型の不純
物領域が形成される。従って、第一層目のポリシリコン
層が形成される領域の電荷転送部５６はｎ＋型の不純物
領域が形成されているので、電荷転送部５６には第一層
目のポリシリコン層と第二層目のポリシリコン層に対応
してストレージ部とトランスファ一部が形戒卒れる。

続いて、上述と同様にポリシリコン層を全面に堆積させ
た後、エッチバックにより溝の内部にのみ第二層目のポ
リシリコン層を形成し、その第二層目のポリシリコン層
上に熱酸化膜５９を形成する。

このように、第一層目のポリシリコン層及び第二層目の
ポリシリコン層が形成された後、半導体基板５ｌの表面
にセンサ一部６５を形成するためのｎ゛型の不純物領域
がイオン注入により形成される。

そして、半導体基板５１上の全面に熱酸化膜５９を介し
てリフロー膜６ｌが形成される。そのリフロー膜６１上
にアルごニウム層を形成した後、センサ一部６５上で開
口するマスクを用いてパタニングを行い、遮光用のアル
くニウム層６２を形成する。アルミニウム層６２は略平
坦な表面上に均一に形成されるため、その加工精度が向
上し、センサ一部６５以外の部分を十分にカハーするこ
とができるため、スメアが低減される。

以上のように、本実施例のＣＣＤエリアセンサは、半導
体基板上にセンサ一部を囲んで溝を形成し、その溝の底
部に電荷転送部５６を設け、溝の側面部を読み出し部及
びチャンネルストツパ部とすることによって、これらの
領域が占める面積を：次元的に確保し、平面上の面積を
縮小化させることができる。このため、ダイナミックレ
ンジの増大と高感度化を同時に図ることが可能とされる
。

さらに、本実施例のＣＣＤエリアセンサは、溝の内部に
埋め込まれて転送電極が形成され、半導体基板の表面が
ほぼ平坦とされる。これにより、レジストの膜厚ムラに
よる加工精度の劣化や遮光用のアルξニウム層のステッ
プ力バレイジの劣化によるスメアの防止が可能とされる
。

なお、製造工程で、第一層目のポリシリコン層及び第二
層目のポリシリコン層を形成した後に第三層目のポリシ
リコン層を形成し、周辺ｌ・ランジスタの形戒を行って
もよい。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置は、底部と側面部を有する溝を形
成し、半導体基板の表面積を増大させ、上記溝の底部と
側面部に電荷転送部や読み出し部又はチャンネルストッ
パ部を形成させることによって、電荷転送部等の占める
平面上の面積を縮小化するとともに転送チャンネル幅を
増大させることができる。従って、高解像度化を図ると
ともに固体撮像装置の感度を上げることができる。さら
に、撮像装置の小型化や高密度化を図ることができる。

１５ また、溝の内側に転送電極を埋め込む構造とすることに
より、センサ一部と転送電極の間の段差やポリシリコン
層が重なり合った部分の段差による問題が解消され、レ
ジストや遮光用のアルごニウム層が略平坦な表面上に加
工されるため、加工精度の向上とともにスメアの防止が
なされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した固体撮像装置の一例の構造を
示す断面図であり、第２図はその一例の模式的な平面図
であり、第３図（ａ）乃至第３図（ｄ）は上記一例の製
造方法を説明するためのそれぞれ工程断面図である。 １６ ・チャンネルストツハ部 ・転送電極 ・・リフロー膜 ・・アルξニウム層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に入射光を信号電荷に変換するため
   の複数の受光部と、それら受光部に沿って形成される溝
   と、その溝の少なくとも底部に形成され上記受光部から
   の信号電荷を転送する電荷転送部を有し、上記溝の側面
   部はチャンネルストッパ領域又は読み出し制御領域が形
   成されることを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）複数の受光部を平面上囲んで溝が形成され、その
   溝の内部に電荷転送部の転送電極を埋め込んで、半導体
   基板の表面を略平坦にしたことを特徴とする請求項１記
   載の固体撮像装置。