JPH0774337A

JPH0774337A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0774337A
Application number: JP5162918A
Authority: JP
Inventors: Nagataka Tanaka; 長孝田中; Nobuo Nakamura; 信男中村; Hiroshi Yamashita; 浩史山下; Masayuki Matsunaga; 誠之松長; Michio Sasaki; 道夫佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-03-17
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: US5428231A; JP3560990B2

Abstract

(57)【要約】【目的】水平ＣＣＤの転送効率を十分に高くすること
ができ、かつ転送電極間短絡を抑制することのできる固
体撮像装置を提供すること。【構成】半導体基板上に２次元的に配列された複数の
光電変換蓄積部と、これらの光電変換蓄積部から読み出
された信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直ＣＣ
Ｄと、これらの垂直ＣＣＤで転送された信号電荷を受け
水平方向に転送する水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装置
において、垂直ＣＣＤをポリＳｉ膜１２からなる単層ポ
リＳｉ構造とし、垂直ＣＣＤをポリＳｉ膜１２，１４か
らなる２層オーバラップポリＳｉ構造とし、水平ＣＣＤ
の転送電極間ギャップＳを垂直ＣＣＤの転送電極間ギャ
ップＲよりも小さく設計したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤを用いた固体撮
像装置に係わり、特にＣＣＤの電極構造の改良をはかっ
た固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ
等の撮像デバイスとして、ＣＣＤを用いた固体撮像装置
が使用されている。この固体撮像装置は、入力した光を
信号電荷に変換して蓄積する光電変換蓄積部を２次元配
置し、蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤ
を通して取り出すものである。垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣ
Ｄの構造は、次のようになっている。

【０００３】図２３は従来の固体撮像装置の素子構造を
示す断面図であり、（ａ）は垂直ＣＣＤ部、（ｂ）は水
平ＣＣＤ部を示している。図中の１はＳｉ基板、２は第
１層ポリＳｉ電極、３はシリコン酸化膜である。垂直Ｃ
ＣＤ及び水平ＣＣＤの各々の転送電極は、単層ポリＳｉ
で構成されている。このように垂直転送電極，水平転送
電極共に単層ポリＳｉ電極構造を用いた場合、転送電極
のギャップＲ，Ｓは通常リソグラフィの限界によって決
まる最小寸法と等しく設計されるので、水平ＣＣＤの転
送効率が悪くなり、ひいては水平ＣＣＤの駆動電圧の低
電圧化が困難である。

【０００４】図２４は従来の固体撮像装置の素子構造を
示す断面図であり、（ａ）は垂直ＣＣＤ部、（ｂ）は水
平ＣＣＤ部を示している。図中の４は第２層ポリＳｉ電
極である。垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤの各々の転送電極
は２層オーバラップポリＳｉで構成されている。このよ
うに垂直転送電極，水平転送電極共にオーバラップポリ
Ｓｉ構造を用いるのは、転送電極間のギャップＲ，Ｓを
リソグラフィの限界によって決まる最小寸法よりも小さ
くして、転送電極間の転送効率、特に水平ＣＣＤの転送
効率を上げるためである。転送電極のギャップＲ，Ｓを
決めるのは、第１層ポリＳｉと第２層ポリＳｉの間の層
間絶縁膜であり、リソグラフィの限界によって決まる最
小寸法よりも小さい。

【０００５】一般に、２層ポリＳｉ構造においては、ポ
リＳｉ間のギャップは一般に耐圧の悪いポリＳｉの酸化
膜である。このため、ポリＳｉ間の短絡が発生し、初期
不良のほか、Ｂモード不良が多発し、固体撮像装置を用
いているビデオカメラやスチルカメラの信頼性低下の原
因となる。転送電極間ギャップは、電極形成プロセス及
び耐圧（リーク電流等）によって制限される最小ギャッ
プとなっていた。

【０００６】ところで、最近のカメラの小型化及び軽量
化のために、固体撮像装置の小型化が求められており、
将来的には光電変換蓄積部のサイズを現在の９μｍセル
から５μｍセル以下のセルへと微細化を進めていくこと
が求められている。このようなセルサイズの微細化に伴
い、さらに転送効率のより一層の向上をはかるため、転
送電極間ギャップは益々小さくなる傾向にある。

【０００７】しかし、転送電極間ギャップが小さくなる
と、ポリＳｉ間の短絡が発生し、歩留り低下の原因とな
る。上記のいずれの従来例においても、水平ＣＣＤの転
送電極間ギャップと垂直ＣＣＤのそれは同じである。そ
して、水平ＣＣＤに比べて垂直ＣＣＤはその面積が格段
に大きいため、ポリＳｉ間の短絡は垂直ＣＣＤにおいて
発生する。

【０００８】また、ＣＣＤの転送電極として低抵抗化の
ために、ポリＳｉとシリサイドを積層したポリサイド構
造を用いる方法があるが、この場合、シリサイドとポリ
Ｓｉで転送電極のギャップは同じとなっている。通常、
転送電極のパターンをエッチングで形成した後、耐圧向
上のために後酸化を行うが、シリサイドの酸化膜はポリ
Ｓｉの酸化膜よりも耐圧が低いため、転送電極間の耐圧
が低くなり歩留りが低下するという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、ＣＣ
Ｄの転送効率を向上させるために転送電極間ギャップを
小さくすると、ポリＳｉ間の短絡が発生するため、転送
電極間ギャップは電極形成プロセス及び耐圧（リーク電
流等）によって制限される最小ギャップとなっている。
そして、これがＣＣＤ（特に水平ＣＣＤ）の転送効率向
上を妨げる要因となっていた。また、ＣＣＤの転送電極
にポリサイド構造を用いた場合、シリサイドの酸化膜の
耐圧が低いことから歩留まりが低下するという問題があ
った。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、水平ＣＣＤの転送効率
を十分に高くすることができ、かつ転送電極間短絡を抑
制することのできる固体撮像装置を提供することにあ
る。

【００１１】また、本発明の他の目的は、ＣＣＤの転送
電極にポリサイド構造を採用しても十分な耐圧を得るこ
とのできる固体撮像装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。

【００１３】即ち本発明は、半導体基板上に２次元的に
配列された複数の光電変換蓄積部と、これらの光電変換
蓄積部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する
複数本の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤで転送され
た信号電荷を受け水平方向に転送する水平ＣＣＤとを備
えた固体撮像装置において、水平ＣＣＤの転送電極のギ
ャップを垂直ＣＣＤの転送電極のギャップよりも小さく
設計してなることを特徴とする。

【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものが上げられる。

【００１５】(1) 垂直ＣＣＤの転送電極は単層ポリＳｉ
構造であり、水平ＣＣＤの転送電極は２層ポリＳｉ構造
であること。

【００１６】(2) 垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤ共に単層ポ
リＳｉ構造であるが、水平ＣＣＤの転送電極間ギャップ
を側壁残し技術によりリソグラフィの最小寸法よりも小
さくしたこと。

【００１７】(3) 垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤ共に単層ポ
リＳｉ構造であるが、水平ＣＣＤの転送電極間ギャップ
を位相シフタを利用した露光技術により通常のリソグラ
フィの最小寸法よりも小さくしたこと。

【００１８】また本発明は、半導体基板上に２次元的に
配列された複数の光電変換蓄積部と、これらの光電変換
蓄積部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する
複数本の垂直ＣＣＤと、これらの垂直ＣＣＤで転送され
た信号電荷を受け水平方向に転送する水平ＣＣＤとを備
えた固体撮像装置において、垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤ
の少なくとも一方の転送電極を、ポリＳｉ上にシリサイ
ドを積層したポリサイド構造とし、かつシリサイドの電
極間ギャップをポリＳｉの電極間ギャップよりも大きく
設計してなることを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明によれば、高い転送効率を要求される水
平ＣＣＤでは転送電極間ギャップが小さくなり、水平Ｃ
ＣＤに比して面積の大きな垂直ＣＣＤでは転送電極間ギ
ャップは大きくなる。つまり、ポリＳｉ間の短絡が起こ
りやすい最小ギャップが水平ＣＣＤの転送電極のみに存
在して、面積の大きな垂直ＣＣＤの転送電極には存在し
ない。従って、水平ＣＣＤの転送効率を十分に高くしな
がら、ポリＳｉ間の短絡の少ない、即ち歩留りの良い固
体撮像装置を製造することが可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２１】（実施例１）図１及び図２は本発明の第１
の実施例に係わる固体撮像装置の概略構成を説明するた
めのもので、図１（ａ）は垂直ＣＣＤ部の断面構造を示
す図、図１（ｂ）は水平ＣＣＤ部の断面構造を示す図、
さらに図２はこれらの両方を含む平面図である。

【００２２】Ｓｉ基板１０の上にゲート絶縁膜１１を介
して第１層ポリＳｉを堆積し、これをＲＩＥ等でパター
ニングすることにより第１層ポリＳｉ電極１２が形成さ
れている。そして、この第１層ポリＳｉ電極１２で４相
駆動の垂直ＣＣＤの転送電極が構成される。また、これ
らの上には、層間絶縁膜１３を介して第２層ポリＳｉを
堆積し、これをＲＩＥ等でパターニングすることによ
り、第２層ポリＳｉ電極１４が形成されている。そし
て、第１層ポリＳｉ電極１２及び第２層ポリＳｉ電極１
４から２相駆動の水平ＣＣＤの転送電極が構成される。
これらの上には、絶縁膜１５が形成されている。

【００２３】本実施例では垂直転送電極は、近年技術が
進んでいるリソグラフィ技術で微細パターンの加工を行
い、単層ポリＳｉ電極１２で構成されている。この場
合、転送電極のギャップＲはリソグラフィで規定される
最小寸法になる。水平転送電極は、電極間ギャップを垂
直転送電極のそれよりも小さくするために、２層オーバ
ラップポリＳｉ電極１２，１４で構成されている。２層
オーバラップポリＳｉ構造では、転送電極のギャップＳ
を決めるのは、第１層ポリＳｉ電極１２と第２層ポリＳ
ｉ電極１４の間の層間絶縁膜１３であり、リソグラフィ
の限界によって決まる最小寸法よりも小さい。この構造
で、水平ＣＣＤの転送電極のギャップＳを垂直ＣＣＤの
転送電極のギャップＲよりも小さくすることが可能とな
る。

【００２４】一般に、単層ポリＳｉ構造は、転送効率の
点で不利という欠点があるものの、２層ポリＳｉ構造に
比べて加工が容易であり、かつ工程が短く単純な構造の
ためポリＳｉ間の短絡が少なく、固体撮像装置を歩留り
良く製造することができる。この実施例では、水平転送
電極に比べて面積の大きい垂直転送電極を単層ポリＳｉ
構造とすることで、歩留り向上を可能としている。ま
た、垂直転送電極は水平転送電極に比べて駆動周波数が
低いので、単層ポリＳｉ構造にしても転送効率が問題と
なることはない。一方、水平転送電極には従来多用され
てきた２層ポリＳｉ構造を採用しているので、水平転送
電極の駆動周波数を高くしても、転送効率が問題となる
ことはない。

【００２５】このように本実施例によれば、垂直ＣＣＤ
の転送電極を単層ポリＳｉ構造、水平ＣＣＤの転送電極
を２層ポリＳｉ構造としているので、垂直転送電極間ギ
ャップＲよりも水平転送電極間ギャップＳを小さくする
ことができる。このため、水平ＣＣＤの転送効率を十分
に高くすることができ、かつ転送電極間短絡を抑制する
ことが可能となる。

【００２６】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は垂直
転送部、（ｂ）は水平転送部を示している。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。

【００２７】この実施例においては、垂直転送電極は、
近年技術が進んでいるリソグラフィ技術で微細パターン
の加工を行い、単層ポリＳｉ電極１２で構成されてい
る。この場合、転送電極のギャップＲはリソグラフィで
規定される最小寸法になる。

【００２８】水平転送電極は、水平ＣＣＤの転送電極の
ギャップを垂直ＣＣＤのそれよりも小さくするために、
側壁残しと呼ばれる工程で、単層ポリＳｉ電極１２で形
成されている。側壁残し工程とは、単層ポリＳｉの上に
形成したシリコン酸化膜２１をリソグラフィの最小寸法
でパターニングしたのち、全面にシリコン窒化膜２２を
堆積し、これをエッチバックしてシリコン酸化膜２１の
側壁のみにシリコン窒化膜２２を残存させる工程であ
る。

【００２９】この実施例の場合、水平転送電極のギャッ
プＳを決めるのは、リソグラフィで規定される最小寸法
ではなく、側壁残し工程により、リソグラフィによって
決まる最小寸法よりも小さい。この構造で、水平ＣＣＤ
の転送電極のギャップを垂直ＣＣＤのそれよりも小さく
することが可能である。

【００３０】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は垂直
転送部、（ｂ）は水平転送部を示している。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。

【００３１】この実施例では、垂直転送電極は、側壁残
しと呼ばれる工程で、単層ポリＳｉ電極１２で構成され
ている。この場合、転送電極のギャップＲはリソグラフ
ィで規定される最小寸法よりも小さくなる。水平転送電
極は、水平ＣＣＤの転送電極のギャップを垂直ＣＣＤの
それよりも小さくするために、２層オーバラップポリＳ
ｉ電極１２，１４で構成されている。

【００３２】この実施例の場合、転送電極のギャップＳ
を決めるのは、リソグラフィで規定される最小寸法では
なく、それよりも小さく、さらに側壁残しで形成可能な
電極間ギャップＲよりも小さい。この構造で、水平ＣＣ
Ｄの転送電極のギャップを垂直ＣＣＤのそれよりも小さ
くすることが可能である。

【００３３】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は垂直
転送部、（ｂ）は水平転送部を示している。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。

【００３４】この実施例では、垂直転送電極は、近年技
術が進んでいるリソグラフィ技術で微細パターンの加工
を行い、単層ポリＳｉ電極１２で構成されている。この
場合、転送電極のギャップＲはリソグラフィで規定され
る最小寸法になる。水平転送電極は、水平ＣＣＤの転送
電極のギャップを垂直ＣＣＤのそれよりも小さくするた
めに、後述する位相シフト法を用いて、単層ポリＳｉ電
極１２で構成されている。

【００３５】この場合、水平転送電極のギャップＳは、
リソグラフィで規定される最小寸法ではなく、通常のリ
ソグラフィによって決まる最小寸法よりも小さい。この
構造で水平ＣＣＤの転送電極のギャップを垂直ＣＣＤの
それよりも小さくすることが可能である。

【００３６】位相シフト法では、通常のリソグラフィよ
りも微細な加工が可能であるが、例えば位相シフタの材
料の欠陥などの要因のため、露光用マスクを作成するこ
とが難しいという欠点がある。このため、メモリのよう
なリダンダンシーが困難な固体撮像装置では、１箇所の
露光用マスクの欠陥も許されないため、露光用マスクの
製造が非常に困難である。しかしながら、水平転送電極
は垂直転送電極に比べて加工面積が極めて少ないので、
この実施例のように水平転送電極のみを位相シフト法で
加工すれば、露光用マスクの製造歩留りを上げることが
できる。また、２層ポリＳｉ構造に比べポリＳｉ間短絡
の少ない単層ＣＣＤの固体撮像装置を歩留り良く製造す
ることができる。

【００３７】（実施例５）図６は本発明の第５の実施例
の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は垂直
転送部、（ｂ）は水平転送部を示している。なお、図１
と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省
略する。

【００３８】この実施例では、垂直転送電極は、近年技
術が進んでいるリソグラフィ技術でパターンの加工を行
い、Ｗシリサイド２４及びポリＳｉ１２のポリサイド構
造の単層電極で構成されている。この場合、転送電極の
ギャップＲはリソグラフィで規定される最小寸法にな
る。

【００３９】水平転送電極は、水平ＣＣＤの転送電極の
ギャップを垂直ＣＣＤのそれよりも小さくするために、
２層オーバラップポリＳｉ電極１２，１５で構成されて
いる。２層オーバラップポリＳｉ構造では、転送電極の
ギャップＳを決めるのは、第１層ポリＳｉと第２層ポリ
Ｓｉ間の層間絶縁膜であり、通常のリソグラフィの限界
によって決まる最小寸法よりも小さい。

【００４０】一般に、単層転送電極構造は２層オーバラ
ップ転送電極構造に比べ、転送電極間の結合容量が小さ
いため、ＣＣＤの駆動周波数を高くすることが容易であ
るという長所を持つ。そのうえ、電極材料を低抵抗の材
料にすれば、さらに駆動周波数を高くすることができ
る。例えば、通常用いられるポリＳｉから、Ｗシリサイ
ドのポリサイド構造にすれば、周波数特性が非常に良く
なる。例えば、ＨＤＴＶ用の固体撮像装置において、高
画質を実現するためにＦＩＴ構造にする場合、ポリＳｉ
構造では要求される周波数特性を満たすことが困難であ
るが、Ｗシリサイドのポリサイド構造にすれば、容易に
要求される周波数特性を満たすことができる。

【００４１】第５の実施例では、垂直ＣＣＤを例えばＷ
シリサイド等の低抵抗材料の電極を用いて単層電極構造
にしたため、工程が短く、垂直ＣＣＤの電極間の短絡が
少ない。また、水平ＣＣＤではポリＳｉの２層オーバラ
ップ構造としているので、水平転送電極の駆動周波数を
高くしても、転送効率が問題となることはない。以上の
理由から、固体撮像装置を歩留り良く製造することがで
きる。

【００４２】（実施例６）ＣＣＤ転送電極にポリサイド
を用いた場合、シリサイドとその下のポリＳｉで転送電
極間のギャップが同じ構造になっている。通常、転送電
極のパターンをエッチングで形成した後、耐圧を向上さ
せるために後酸化を行うが、一般にシリサイドの酸化膜
は耐圧が悪いため、転送電極間の耐圧が悪くなることが
ある。以下の実施例では、この問題を解決している。

【００４３】図７は、本発明の第６の実施例に係わる固
体撮像装置のＣＣＤ部の構成を説明するためのもので、
（ａ）は本実施例構造、（ｂ）は比較のための従来構造
である。図中の３０はＳｉ基板、３１はゲート絶縁膜、
３２はポリＳｉ膜、３３はＷシリサイド膜を示してい
る。

【００４４】本実施例では図７（ａ）に示すように、Ｃ
ＣＤの転送電極がポリサイド構造となっており、信号電
荷の転送方向に隣り合うシリサイド３３のギャップＱ
が、ポリＳｉ３２のギャップＰよりも広く形成されてい
る。このため、シリサイドを用いているにも拘らず、耐
圧の良いＣＣＤ転送電極を歩留り良く製造することがで
きる。

【００４５】特にＣＣＤにおいては、転送効率を良くす
るため、転送電極の抵抗は小さいほど望ましく、また転
送電極間のギャップが小さいほど望ましい。本実施例を
適用した固体撮像装置は、低抵抗化のためのシリサイド
の耐圧という問題を回避しつつ、ＣＣＤ転送電極間ギャ
ップを小さくできるので、非常に有用である。また、固
体撮像装置の微細化を進めた場合に、反応性イオンエッ
チングを用いてパターンを形成する場合、パターンのア
スペクト比が小さくなるので、本実施例は有用である。

【００４６】次に、本実施例の製造方法について、図８
を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示すように、
シリコン基板３０上にゲート絶縁膜３１を形成し、この
ゲート絶縁膜３１の上にポリＳｉ膜３２を例えばＬＰＣ
ＶＤ法によって形成し、ポリＳｉ膜３２上にＷＳｉ膜３
３（シリサイド）を例えばスパッタにより形成し、ＷＳ
ｉ膜３３上にＣＶＤなどの手段によってシリコン酸化膜
３４を形成する。さらに、リソグラフィ工程によりＣＣ
Ｄ電極形成領域にレジストを形成し、酸化膜３４を選択
エッチングし、レジスト剥離後に酸化膜３４をマスクと
してＷＳｉ膜３３を選択エッチングする。その後、耐圧
を向上させるために、ＷＳｉ膜３３を後酸化する。３５
はＷＳｉの酸化膜、３６はポリＳｉの酸化膜である。

【００４７】次いで、図８（ｂ）に示すように、ＬＰＣ
ＶＤ等の手段によって全面にＣＶＤ酸化膜３７を形成す
る。次いで、図８（ｃ）に示すように、酸化膜３７を全
面エッチングし、ＷＳｉ膜３３及び酸化膜３４の側壁の
みに酸化膜３７を残存させる。その後、酸化膜３４及び
側壁の酸化膜３７をマスクとしてポリＳｉ膜３２を選択
エッチングする。以上の工程により、図７に示すような
ポリＳｉギャップよりもシリサイドギャップの方が広い
構造を作成することができる。

【００４８】なお、この製造方法ではシリサイドとして
ＷＳｉを用いているが、ＭｏＳｉ，ＴａＳｉ，ＴｉＳｉ
でもよい。また、ＷＳｉをエッチングする際にポリＳｉ
のエッチングは行っていないが、途中までならばＷＳｉ
のエッチングの際に同時にポリＳｉをエッチングしても
よい。また、ＷＳｉをエッチングする際に酸化膜をマス
クとしているが、酸化膜を用いずにレジストをマスクに
直接ＷＳｉをエッチングしてもよい。

【００４９】（実施例７）図９は、本発明の第７の実施
例に係わるポリサイド構造の製造工程を示す断面図であ
る。なお、図８と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。

【００５０】まず、図９（ａ）に示すように、シリコン
基板３０上にゲート絶縁膜３１を形成し、このゲート絶
縁膜３１の上にポリＳｉ膜３２を例えばＬＰＣＶＤなど
によって形成し、ポリＳｉ膜３２上にＷＳｉ（シリサイ
ド）膜３３を例えばスパッタにより形成し、ＷＳｉ膜３
３上にＣＶＤなどの手段によって酸化膜（図示せず）を
形成する。さらに、リソグラフィ工程によりＣＣＤ電極
形成領域上にレジストを形成して酸化膜を選択エッチン
グし、レジスト剥離後に酸化膜をマスクとしてＷＳｉ膜
３３を選択エッチングする。その後、酸化膜を除去し、
さらに耐圧を向上させるために、ＷＳｉ膜３３を後酸化
する。

【００５１】次いで、図９（ｂ）に示すように、ＬＰＣ
ＶＤ等の手段によってＣＶＤ酸化膜３７を形成する。次
いで、図９（ｃ）に示すように、酸化膜３７を全面エッ
チングし、ＷＳｉ膜３３の側壁のみに酸化膜３７を残存
させる。その後、酸化膜３７をマスクとしてポリＳｉ膜
３２を選択エッチングする。

【００５２】このようにして、ポリＳｉ間のギャップよ
りもシリサイド間のギャップを広くしたポリサイド構造
を実現することができ、第６の実施例と同様の効果が得
られる。

【００５３】（実施例８）図１０は、本発明の第８の実
施例に係わるポリサイド構造の例（３例）を示す断面図
である。なお、図７と同一部分には同一符号を付して、
その詳しい説明は省略する。

【００５４】図１０（ａ）の実施例では、ＣＣＤ転送電
極がポリサイド構造となっており、シリサイド３３及び
ポリＳｉ３２共にテーパの付いた構造になっており、転
送方向に隣り合うシリサイド３３のギャップＱが、ポリ
Ｓｉ３２のギャップＰよりも広く形成されている。この
ため、第６の実施例と同様に、耐圧の良いＣＣＤ転送電
極を歩留り良く製造することができる。

【００５５】なお、この実施例ではシリサイド３３及び
ポリＳｉ３２共にテーパの付いた構造になっているが、
必ずしも２層共にテーパが付いている必要はない。図１
０（ｂ）の実施例では、ＣＣＤ転送電極がポリサイド構
造となっており、シリサイド３３及びポリＳｉ３２のう
ち、ポリＳｉ３２のみテーパの付いた構造となってお
り、転送方向に隣り合うシリサイド３３のギャップＱ
が、ポリＳｉ３２のギャップＰよりも広く形成されてい
る。このため、図１０（ａ）と同様に耐圧の良いＣＣＤ
転送電極を製造することができる。

【００５６】図８の製造方法では、シリサイド及びポリ
Ｓｉの形成をセルフアライン工程で行っているが、必ず
しもセルフアラインで形成する必要はない。図１０
（ｃ）では、ＣＣＤ転送電極がポリサイド構造となって
おり、シリサイドのＲＩＥとポリＳｉのＲＩＥがセルフ
アラインでないため、シリサイド間のギャップの中心
と、ポリＳｉ間のギャップの中心がずれている。しかし
ながら、転送方向に隣り合うシリサイド３３のギャップ
ＱがポリＳｉ３２のギャップＰよりも広く形成されてい
るので、シリサイドを用いているにも拘らず、耐圧の良
いＣＣＤ転送電極を歩留り良く製造することができる。

【００５７】前述のように、ＣＣＤの動作のためには図
１０（ｃ）におけるポリＳｉ間のギャップＰを狭く形成
する必要があるが、狭いギャップを形成するためには、
例えばリソグラフィ工程で位相シフト法を用いるなどの
手段を用いればよい。図１１は位相シフト法の原理を示
す図である。ハーフトーン型位相シフト法とシフタエッ
ジ型位相シフト法を示すが、シフタエッジ型位相シフト
法を用いれば、光の干渉を利用して、マスク上に露光波
長以下のスケールのパターンを解像することが可能であ
る。

【００５８】図１２は図１１に示した位相シフト法を利
用した固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。ま
ず、図１２（ａ）に示すように、シリコン基板３０上に
ゲート絶縁膜３１を形成し、このゲート絶縁膜３１上に
ポリＳｉ膜３２を例えばＬＰＣＶＤなどによって形成
し、ポリＳｉ膜３２上にＷＳｉ（シリサイド）膜３３を
例えばスパッタにより形成する。さらに、リソグラフィ
工程によりＣＣＤ電極形成領域上にポジレジスト３８を
形成し、ＷＳｉ膜３３を選択エッチングする。このと
き、プロセスに余裕を持たせるためのオーバエッチング
の結果、ポリＳｉ膜３２も多少エッチングされている。

【００５９】次いで、図１２（ｂ）に示すようにレジス
ト３８を剥離した後、シフタエッジ位相シフト法を利用
して、図１２（ｃ）に示すように露光波長以下の狭いス
ペースのあるネガレジスト３９をパターニングする。続
いて、ネガレジスト３９をマスクとしてポリＳｉ膜３２
を選択エッチングする。その後、レジスト３９を剥離す
ることにより、図１２（ｄ）に示すような構造が得られ
る。

【００６０】この製造方法では、シフタエッジ位相シフ
ト法を用いてポリＳｉ膜３２のパターンを形成したが、
レベンソン型位相シフト法を用いて形成してもよい。レ
ベンソン型位相シフト法では、不規則なパターンのある
デバイスには適用が困難であるが、ＣＣＤ型固体撮像装
置のポリＳｉ電極の場合、配線のパターンが単純である
ので、半導体記憶装置で問題になっているデコーダの不
規則パターンによる問題は容易に回避可能である。

【００６１】（実施例９）図１３（ａ）は本発明を適用
した固体撮像装置の受光部の例を示す平面図である。シ
リサイドは斜線の領域に形成されている。この実施例で
は、受光部４１ではシリサイド３３とポリＳｉ３２のパ
ターンのエッジは同じになっているが、一方ＣＣＤ転送
電極ギャップは、本発明を適用しているのでシリサイド
間のギャップＰの方がポリＳｉ間のギャップＱよりも広
くなっている。

【００６２】図１３（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ｂ−
Ｃ断面図である。受光部４１ではシリサイド３３とポリ
Ｓｉ３２のパターンのエッジは同じになっているので、
より開口率を上げることが可能であるので、感度の良い
固体撮像装置を歩留まり良く製造できることになる。

【００６３】図１４は、本実施例の製造工程を示す断面
図である。まず、前記図８に示した製造工程に従って、
ＣＣＤ転送電極間ギャップを形成する。この状態を図１
４（ａ）に示す。次いで、図１４（ｂ）に示すように、
リソグラフィ工程によって、レジスト４２で受光部をパ
ターニングし、酸化膜３４及びシリサイド３３及びポリ
Ｓｉ３２を選択エッチングする。その後、図１４（ｃ）
に示すように、レジスト４２を剥離する。

【００６４】このように本実施例によれば、ポリサイド
構造のＣＣＤ転送電極に関して、シリサイドの転送電極
間ギャップをポリシリコンの転送電極間ギャップよりも
広くすることにより、耐圧の向上したポリサイド構造の
ＣＣＤ転送電極を形成できるので、低スミアの固体撮像
装置を歩留り良く製造することができる。

【００６５】なお、第６〜第９の実施例においては、固
体撮像装置のＣＣＤ電極に限るものではなく、ポリサイ
ド構造を有すものであれば、各種の電極に適用すること
が可能である。

【００６６】（実施例１０）ＣＣＤ転送電極の加工方法
として、ポリＳｉやＡｌ等の被加工膜上にＰＳＧ膜を形
成し、これに溝を形成したのち、プラズマＣＶＤ法によ
りシリコン酸化膜を堆積し、弗化アンモン液でシリコン
酸化膜を全面エッチングしてシリコン酸化膜にＰＳＧ膜
の溝よりも狭い溝を形成し、これをマスクに被加工膜を
選択エッチングする技術がある。しかしこの場合、幅の
狭い溝を形成するのにマスクとして利用した物質層（Ｐ
ＳＧ及びシリコン酸化膜）を最終的に除去するのが面倒
であった。

【００６７】以下の実施例では、この問題を解決してい
る。図１５，１６は本発明を適用してＡｌ配線のパター
ンを形成した実施例を示す工程断面図である。まず、図
１５（ａ）に示すように、シリコン基板５１上に層間絶
縁膜となるシリコン酸化膜５２を気相成長法などにより
形成した後、このシリコン酸化膜５２上にＡｌ膜（被加
工膜）５３を例えばスパッタ法により形成する。その
後、シリコン酸化膜５４を例えば気相成長法などにより
形成し、さらにシリコン窒化膜５５を例えば気相成長法
などにより形成する。続いて、リソグラフィ工程により
Ａｌ配線形成領域上にレジスト５６を形成する。

【００６８】次いで、図１５（ｂ）に示すように、レジ
スト５６をマスクとして反応性エッチング技術を用いて
シリコン窒化膜５５を選択エッチングして、シリコン窒
化膜５５に溝５８を形成する。続いて、レジスト５６を
除去した後、全面に例えば気相成長法によりシリコン窒
化膜５７を堆積する。

【００６９】次いで、反応性イオンエッチング技術を用
い、シリコン窒化膜５７を全面エッチングすると、溝５
８の中央部ではシリコン窒化膜５７の厚さが薄いため図
１５（ｃ）に示すように、溝５８の中心部に幅の狭い溝
５９が形成される。

【００７０】次いで、例えば反応性エッチング技術を用
い、シリコン窒化膜５７をマスクとして酸化シリコン膜
５４を選択エッチングすると、図１６（ａ）に示すよう
に、酸化シリコン膜５４に、溝５９と幅のほぼ等しい溝
６０が形成される。

【００７１】次いで、例えば酸化シリコン膜５４と選択
性のある反応性イオンエッチング技術を用い、図１６
（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜５５及びシリコン
窒化膜５７を除去する。続いて、例えば反応性エッチン
グ技術を用い、酸化シリコン膜５４をマスクとして全面
エッチングすると、図１６（ｃ）に示すように、Ａｌ配
線パターンが形成されることになる。

【００７２】この実施例によれば、Ａｌ膜５３からなる
Ａｌ配線のピッチを変えることなく配線間隔を小さくす
ることができ、これによりＡｌ配線パターンの集積度を
上げることができる。そのうえ、工程で使用したシリコ
ン窒化膜５５及びシリコン窒化膜５７を容易に除去する
ことができ、例えば次の工程で他の配線のパターンを形
成する場合、段差が小さいので配線の段差部での断線な
どの不良の低減が可能で、信頼性の高い製品を歩留り良
く製造することができる。

【００７３】即ち、通常のリソグラフィで規定される微
細パターン最小寸法よりも微細な溝を形成することがで
き、なおかつ前記工程で幅の狭い溝を形成するのにマス
クとして利用した厚さの厚い物質層を、微細なパターン
の形成後に残さないことができる。このため、配線パタ
ーン形成に利用した場合、配線のピッチを変えることな
く配線幅を太くすることができ、集積度の向上をはかり
得る上に、配線形成後の段差を小さくすることができ、
その後の工程においてパターンの形成が容易になる。従
って、信頼性の向上及び製品の歩留り向上に寄与し得る
などの効果がある。

【００７４】（実施例１１）図１７，１８は本発明を単
層ＣＣＤを有する固体撮像装置の電極パターンの形成に
適用した実施例を示す断面図である。まず、図１７
（ａ）に示すように、シリコン基板６１上に層間絶縁膜
となる酸化シリコン膜６２を気相成長などの手段で形成
した後、この酸化シリコン膜６２上にポリＳｉ膜６３を
例えば蒸着などの手段で形成する。その後、シリコン窒
化膜６４を例えば気相成長などの手段で形成し、さらに
酸化シリコン膜６５を形成する。続いて、リソグラフィ
工程によりポリＳｉ電極パターン形成領域上にレジスト
６６を形成する。

【００７５】次いで、図１７（ｂ）に示すように、レジ
スト６６をマスクとして反応性イオンエッチング技術を
用いて酸化シリコン膜６５を選択エッチングして、酸化
シリコン膜６５に溝６８を形成する。続いて、レジスト
６６を除去した後、全面に例えば気相成長法により酸化
シリコン膜６７を堆積する。

【００７６】次いで、例えば反応性イオンエッチング技
術を用いて酸化シリコン膜６７を全面エッチングする
と、溝６８の中央部では酸化シリコン膜６７の厚さが薄
いため、図１７（ｃ）に示すように、溝６８の中心部に
溝６８より幅の狭い溝６９が形成される。

【００７７】次いで、例えば反応性イオンエッチング技
術を用い、酸化シリコン膜６７をマスクとしてシリコン
窒化膜６４を全面エッチングすると、図１８（ａ）に示
すように、シリコン窒化膜６４に、溝６９と幅のほぼ等
しい溝７０が形成される。

【００７８】次いで、例えば酸化シリコンと選択性のあ
る反応性イオンエッチング技術を用い、図１８（ｂ）に
示すように、酸化シリコン膜６５及び酸化シリコン膜６
７を除去する。続いて、例えば反応性イオンエッチング
技術を用い、シリコン窒化膜６４をマスクとして全面エ
ッチングすると、図１８（ｃ）に示すように、ポリＳｉ
電極パターンが形成されることになる。

【００７９】この実施例によれば、ポリＳｉ膜６３から
なるポリＳｉ電極のピッチを変えることなく、電極間隔
を小さくすることができ、これによりポリＳｉ電極パタ
ーンの集積度を上げることができる。そのうえ、工程で
使用した酸化シリコン膜６５及び酸化シリコン膜６７を
容易に除去することができ、次の工程で遮光膜のパター
ンを形成する場合、段差が小さいので遮光膜の段差部で
の段切れなどの不良の低減が可能で、偽信号が少なく信
頼性の高い固体撮像装置を歩留り良く製造することがで
きる。

【００８０】図１９は、本発明を適用して製造した単層
ＣＣＤを有する固体撮像装置の断面図の例（ｂ）と、従
来の工程で製造した単層ＣＣＤを有する固体撮像装置の
断面図の例（ａ）である。図中の７１はシリコン基板、
７２はゲート絶縁膜、７３はポリＳｉ膜（ＣＣＤ電
極）、７４はＰＳＧ膜、７５は酸化シリコン膜（層間絶
縁膜）、７６はＡｌ膜（遮光膜）、７７は酸化シリコン
膜である。

【００８１】従来技術で製造した場合、図１９（ａ）に
示すように、電極パターン７３の形成後に電極パターン
上に厚さの厚い物質層７４，７７が残っているため、Ａ
ｌ遮光膜７６で電極上を覆った場合に段差が大きいの
で、遮光膜の段差部での段切れなどの不良が起こり易い
という欠点があった。

【００８２】一方、本発明を適用して製造した場合、マ
スク材の除去可能であるので、図１９（ｂ）に示すよう
に、電極パターン７３の形成後に電極パターン上には厚
さの厚い物質層が残っていないので、Ａｌ遮光膜７６で
電極上を覆った場合でも、従来技術に比べて段差が小さ
く、遮光膜の段差部での段切れなどの不良を低減し易い
という長所がある。

【００８３】図２０は、単層ＣＣＤを有する固体撮像装
置の典型的な平面パターンを示す図であり、７８はＣＣ
Ｄ電極、７９は受光部を示している。ＣＣＤ型固体撮像
装置では、通常イメージ部の平面パターンは図２０に示
すように電極の幅Ｍ及びＮが、電極間隔Ｌに比べて大き
いので、リソグラフィで規定される最小パターン寸法よ
り小さい電極間隔を形成可能な本発明は特に有効であ
る。

【００８４】なお、第１０及び第１１の実施例において
は、固体撮像装置のＣＣＤ部に限らず、極めて小さいキ
ャップを有する電極パターンの形成に適用することが可
能である。

【００８５】（実施例１２）２相駆動のＣＣＤを単相電
極で形成するときには、ＣＣＤのチャネル部を形成した
後に電位段差を作るために不純物のイオン注入を行う。
この後に、転送ゲートをパターニング形成する。このと
き、電位段差と転送電極との合わせが問題となる。即
ち、電位段差と転送電極との合わせずれによって、電極
下にポテンシャルのポケットやバリヤができてしまい、
転送効率を劣化させる原因となっていた。さらに、単層
電極を形成するには電極間の間隙を０．３μｍ以下にす
る微細リソグラフィ技術が必須となるが、このサイズの
スペースを形成するにはエキシマレーザ若しくは電子ビ
ームによるパターニングが必要であり、量産化には向い
ていないという問題があった。

【００８６】以下の実施例では、この問題を解決してい
る。図２１及び図２２は本実施例に係わる固体撮像装置
のＣＣＤ部の製造工程を示す断面図である。まず、図２
１（ａ）に示すように、半導体基板８１上に光電変換部
及び信号電荷転送部（図示せず）を形成した後に、ゲー
ト絶縁膜８２を介して第１ポリＳｉ膜８３をＣＶＤ法で
１００〜６００ｎｍ堆積する。

【００８７】次いで、図２１（ｂ）に示すように、ポリ
Ｓｉ膜８３上にＳｉＯ₂膜８４を例えばＣＶＤ法で１０
０〜６００ｎｍ堆積させ、フォトエッチング工程により
パターニングされたフォトレジストをマスクとしてＣＶ
Ｄ−ＳｉＯ₂膜８４をエッチングする。

【００８８】次いで、図２１（ｃ）に示すように、フォ
トレジストを除去した後、さらにこの上部に第３の薄膜
としてＳｉＮ膜８５を１００〜４００ｎｍ堆積させる。
ＳｉＮ膜８５は所望の間隙に変換差を加えた膜厚とす
る。次いで、図２１（ｄ）に示すように、ＳｉＮ膜８５
を異方性エッチングする。エッチング量を適宜選ぶこと
により、ＣＶＤ−ＳｉＯ₂膜８４の側壁に細いＳｉＮ膜
８５₁が残る。

【００８９】この状態でチャネル部全面に例えば燐
（Ｐ）を５００ｋｅＶ〜１ＭｅＶの高加速度でイオン注
入を行う。イオン注入の加速度はポリシリコンの膜厚や
所望の拡散層の深さを鑑みて決める。このような高加速
度でのイオン注入を行うと、ポリシリコン内をイオンが
透過するが、ＳｉＯ₂はイオンをブロックするので、図
２１（ｅ）に示すように、ＳｉＯ₂部分にセルフアライ
ンで基板内部に拡散層８９を形成することができる。

【００９０】次いで、図２２（ａ）に示すように、ＮＨ
₄Ｆを用いてＳｉＯ₂膜８４をエッチング除去する。こ
の状態でＳｉＮの残膜８５₁をマスクとして、図２２
（ｂ）に示すように、ポリＳｉ膜８３上に選択酸化によ
り酸化膜８６を形成する。次いで、図２２（ｃ）に示す
ようにＳｉＮ膜８５₁をエッチング除去した後に、図２
２（ｄ）に示すように異方性エッチングでポリＳｉ膜８
３をパターニングする。そして、図２２（ｅ）に示すよ
うに、断面に酸化膜を成長させて単層ゲートＣＣＤが得
られる。

【００９１】かくして本実施例によれば、転送電極毎に
セルフアラインで電位段差が形成できるので、合わせず
れによる転送効率の低下がない。また、第３の薄膜の膜
厚分のスペース形成が可能になる。

【００９２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、水
平ＣＣＤの転送電極のギャップを垂直ＣＣＤの転送電極
のギャップよりも小さく設計することにより、水平ＣＣ
Ｄの転送効率を十分に高くすることができ、かつ転送電
極間短絡を抑制することのできる固体撮像装置を実現す
ることが可能となる。また、ポリサイド構造におけるシ
リサイドの電極間ギャップをポリＳｉの電極間ギャップ
よりも大きく設計することにより、ＣＣＤの転送電極に
ポリサイド構造を採用しても十分な耐圧を得ることので
きる固体撮像装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を示す図。

【図２】第１の実施例におけるＣＣＤ部の平面構成を示
す図。

【図３】第２の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を示す図。

【図４】第３の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を示す図。

【図５】第４の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を示す図。

【図６】第５の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を示す図。

【図７】第６の実施例に係わる固体撮像装置のＣＣＤ部
の断面構成を従来例と比較して示す図。

【図８】第６の実施例の製造工程を示す断面図。

【図９】第７の実施例に係わるポリサイド構造の製造工
程を示す断面図。

【図１０】本発明の第８の実施例に係わるポリサイド構
造の例（３例）を示す断面図。

【図１１】位相シフト法の原理を示す模式図。

【図１２】位相シフト法を利用した固体撮像装置の製造
工程を示す断面図。

【図１３】第９の実施例に係わる固体撮像装置の受光部
構成を示す図。

【図１４】第９の実施例の製造工程を示す断面図。

【図１５】第１０の実施例に係わるＡｌ配線パターンの
製造工程の前半を示す断面図。

【図１６】第１０の実施例に係わるＡｌ配線パターンの
製造工程の後半を示す断面図。

【図１７】第１１の実施例に係わる固体撮像装置の製造
工程の前半を示す断面図。

【図１８】第１１の実施例に係わる固体撮像装置の製造
工程の後半を示す断面図。

【図１９】第１１の実施例により製造した単層ＣＣＤを
有する固体撮像装置の断面構成を従来例と比較して示す
図。

【図２０】単層ＣＣＤを有する固体撮像装置の典型的な
平面パターンを示す図。

【図２１】第１２の実施例に係わる固体撮像装置の製造
工程の前半を示す断面図。

【図２２】第１２の実施例に係わる固体撮像装置の製造
工程の後半を示す断面図。

【図２３】従来の固体撮像装置の単層ポリＳｉによるＣ
ＣＤ部の断面構成を示す図。

【図２４】従来の固体撮像装置の２層ポリＳｉによるＣ
ＣＤ部の断面構成を示す図。

【符号の説明】

１０，３０…Ｓｉ基板１１，３１…ゲート絶縁膜１２，３２…第１層ポリＳｉ電極１３…層間絶縁膜１４…第２層ポリＳｉ膜１５…絶縁膜２１…シリコン酸化膜２２…シリコン窒化膜３３…ＷＳｉ膜３４…シリコン酸化膜３５…ＷＳｉの酸化膜３６…ポリＳｉの酸化膜３７…酸化膜３８，３９…レジスト４１…受光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松長誠之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者佐々木道夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に２次元的に配列された複数
の光電変換蓄積部と、これらの光電変換蓄積部から読み
出された信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直Ｃ
ＣＤと、これらの垂直ＣＣＤで転送された信号電荷を受
け水平方向に転送する水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装
置において、前記水平ＣＣＤの転送電極のギャップを前記垂直ＣＣＤ
の転送電極のギャップよりも小さく設計してなることを
特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記垂直ＣＣＤの転送電極は単層ポリＳｉ
構造であり、前記水平ＣＣＤの転送電極は２層ポリＳｉ
構造であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。
【請求項３】半導体基板上に２次元的に配列された複数
の光電変換蓄積部と、これらの光電変換蓄積部から読み
出された信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直Ｃ
ＣＤと、これらの垂直ＣＣＤで転送された信号電荷を受
け水平方向に転送する水平ＣＣＤとを備えた固体撮像装
置において、前記垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤの少なくとも一方の転送
電極は、ポリＳｉ上にシリサイドを積層したポリサイド
構造であり、シリサイドの電極間ギャップをポリＳｉの
電極間ギャップよりも大きく設計してなることを特徴と
する固体撮像装置。