JPH1168082A - Ｃｃｄ固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光部上の開口から光源を見込む角度を広く
とることができ、感度が良好で、かつ素子の多画素・小
型化や薄型化が図れるＣＣＤ固体撮像素子及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 転送レジスタの転送電極１１がシリサイ
ドにより形成されて成るＣＣＤ固体撮像素子１０を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマトリクス
状に画素となる受光部が配置されたＣＣＤ固体撮像素子
及びその製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ固体撮像素子における転送
レジスタを構成する転送電極の材料には、多結晶シリコ
ンが多く用いられていた。多結晶シリコンからなる転送
電極は、転送電極の電気抵抗を低く抑える必要があるた
めに、薄くするには限界がある。

【０００３】また、転送電極の上には、転送電極に光が
入射しないように遮光膜が形成されるが、この遮光膜も
光が転送電極に入射しないために、ある程度以上の膜厚
を必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、固体撮像装置の
多画素化及び小型化に伴い、受光素子は微細化されてき
ているが、転送電極による段差は小さくできないため、
遮光膜の段差によって規定される、受光素子の開口部か
ら光源側を見込む角度は、撮像素子の微細化に伴い小さ
くなっている。

【０００５】ここで、従来のＣＣＤ固体撮像素子６０の
受光部付近の断面形状を図７に示す。図中６１は遮光
膜、６２は転送電極、Ｓは遮光膜６１の開口部の幅を示
す。遮光膜６１の開口部の下の半導体基体６３には、フ
ォトダイオードが形成されて受光部６４を構成してい
る。

【０００６】また、図示しないが、転送電極６２の下即
ち半導体基体６３表面にはゲート酸化膜があり、転送電
極６２と遮光膜６１との間には層間絶縁膜がある。

【０００７】図中、受光部６４上の遮光膜６１の開口部
から光源側を見込む角度をａとし、転送電極６２の膜厚
をｄとする。転送電極６２は、前述のように、通常多結
晶シリコンで形成され、その膜厚ｄは電気抵抗等の特性
を確保するために、ある程度（およそ３００ｎｍ程度）
以下には薄くできない。

【０００８】そのため、撮像素子を微細化するほど、入
射光の見込み角度ａが小さくなり、入射光をうまく受光
部６４上の開口部を経て受光部６４のフォトダイオード
へ導くことが困難になり、ＣＣＤ固体撮像素子の感度低
下を招くことになる。また、見込み角度ａが小さくなる
ことにより、斜めに入射した光を感じにくくなることか
ら、感度の入射光角度依存性が大きくなってしまう。

【０００９】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、受光部上の開口から光源を見込む角度を広くと
ることができると共に、感度が良好で、かつ素子の多画
素・小型化、薄型化が図れるＣＣＤ固体撮像素子及びそ
の製造方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＣＣＤ固体撮像
素子は、転送レジスタの転送電極がシリサイドにより形
成されて成るものである。

【００１１】本発明のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法
は、基体上に導電性膜を形成する工程と、これの上に第
１の膜を形成しパターニングする工程と、これを覆って
第２の膜を形成する工程と、異方性エッチングを行って
第１の膜のパターンの周囲に側壁を形成する工程と、第
１の膜のパターン及び第２の膜から成る側壁をマスクと
して、導電性膜をパターニングして転送電極を形成する
工程と、側壁を除去する工程と、第１の膜のパターンと
転送電極とを覆って遮光膜を形成する工程を有する。

【００１２】上述の本発明の構成によれば、転送レジス
タの転送電極がシリサイドにより形成されたことによ
り、従来の多結晶シリコンから成る転送電極よりも薄膜
化することができる。

【００１３】上述の本発明製法によれば、第１の膜のパ
ターン及び側壁をマスクとして転送電極を形成するの
で、パターンと転送電極とをセルフアラインで形成する
ことができる。また、その後側壁を除去することによ
り、パターンの端縁を転送電極より内側にして段差を形
成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、転送レジスタの転送電
極がシリサイドにより形成されて成るＣＣＤ固体撮像素
子である。

【００１５】また本発明は、上記ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、シリサイドが、下地に多結晶シリコンを有する
ポリサイドである構成とする。

【００１６】また本発明は、上記ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、転送電極の厚さｈと、受光部上の開口部の幅Ｓ
との比ｈ／Ｓの値が０．５以下に設定されて成る構成と
する。

【００１７】また本発明は、上記ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、転送電極上に、転送電極より幅が狭い層が形成
されて成る構成とする。

【００１８】また本発明は、上記ＣＣＤ固体撮像素子に
おいて、受光部上に内部レンズ構造を有する構成とす
る。

【００１９】また本発明は、基体上に、導電性膜を形成
する工程と、導電性膜上に第１の膜を形成し、第１の膜
をパターニングする工程と、パターニングされた第１の
膜を覆って第２の膜を形成する工程と、第２の膜に異方
性エッチングを行って第１の膜のパターンの周囲に側壁
を形成する工程と、第１の膜のパターン及び第２の膜か
ら成る側壁をマスクとして、導電性膜をパターニングし
て転送電極を形成する工程と、側壁を除去する工程と、
第１の膜のパターンと転送電極とを覆って遮光膜を形成
する工程を有するＣＣＤ固体撮像素子の製造方法であ
る。

【００２０】以下、図面を参照して本発明のＣＣＤ固体
撮像素子の一実施の形態を説明する。図１に示すＣＣＤ
固体撮像素子１０は、半導体基体１内にフォトダイオー
ドからなる受光部２が形成され、半導体基体１上にはゲ
ート絶縁膜３が形成され、このゲート絶縁膜３の上に
は、受光部２上以外の部分に転送電極１１が形成されて
いる。半導体基体１内の受光部２の周辺には、図示しな
いが信号電荷を読み出すための読み出し部、隣接画素と
の分離をするチャネルストップ部が形成される。また、
転送電極１１下の半導体基体１内には、図示しないが転
送チャネルが形成される。

【００２１】また、転送電極１１は、層間絶縁膜（図示
せず）を介して形成された遮光膜１２によって表面及び
周囲を覆われている。これにより、光が転送電極１１に
入射することを防いでいる。遮光膜１２の上には、図示
しないが、層間絶縁層、パッシベーション膜、平坦化
層、カラーフィルター、マイクロレンズ等が形成されて
ＣＣＤ固体撮像素子１０が形成される。

【００２２】ここで、転送電極１１は、図７に示した従
来の構成の転送電極６２と比較して電気抵抗の低い材料
を用いて構成する。電気抵抗の低い材料で転送電極１１
を構成することができれば、図１に示すように、転送電
極１１の膜厚を薄く、即ち転送電極１１の高さｈを低く
することができる。

【００２３】このように、転送電極１１を薄くすると、
受光部２上の開口部が光源側を見込む角度はｂとなり、
図７の場合の角度ａより広く取ることができる（ｂ＞
ａ）。このことは、入射光をより効率よく取り込めるこ
とを意味し、その結果、この受光部２の感度、ひいては
ＣＣＤ固体撮像素子全体の感度が向上する。

【００２４】電気抵抗の低い転送電極材料には、金属シ
リサイド、例えばタングステンシリサイド、モリブデン
シリサイド、チタンシリサイド等が考えられる。

【００２５】この転送電極１１の膜厚は、多結晶シリコ
ンのみにより転送電極を構成した場合に比べて半分程
度、約１５０〜２００ｎｍに薄膜化することができる。

【００２６】より好ましくは、転送電極１１の電極材料
を変更したことによる問題点を最低限に抑えるために、
薄膜多結晶シリコンと金属シリサイドの積層からなるポ
リサイドを用いる。このときの多結晶シリコンの膜厚
は、好ましくは５０ｎｍ以下とし、ポリサイド全体の膜
厚は、好ましくは２００ｎｍ以下とする。

【００２７】そして、このとき特に受光部上の開口部の
幅Ｓと転送電極１１の厚さｈとのアスペクト比ｈ／Ｓを
０．５以下となるように設定することにより、ＣＣＤ固
体撮像素子の受光部を微細化しても、受光部２からの見
込み角度ｂを広く取って良好な感度を得ることができ
る。また、見込み角度ｂが大きくなることにより、感度
の入射光角度依存性も低減される。

【００２８】続いて、本発明によるＣＣＤ固体撮像素子
の他の実施の形態について説明する。この実施の形態
は、転送電極上に転送電極より端縁が後退した層を積層
して形成し、これらの上を覆う遮光膜に段差を形成する
ものである。

【００２９】図２に示すＣＣＤ固体撮像素子２０は、図
１に示したＣＣＤ固体撮像素子１０の構成に、さらに転
送電極２１上に、転送電極２１の端縁よりもその端縁が
後退した段差形成層２２が積層形成され、これらを覆っ
て遮光膜２３がその上面に段差を有するように形成され
ている。その他の構成は、図１のＣＣＤ固体撮像素子１
０と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略
する。

【００３０】段差形成層２２の材料は、特に限定されな
いが、例えばＣＶＤ法により形成されたＳｉＮ膜等を用
いることができる。ここで、例えば多結晶シリコン等導
電性の材料を段差形成層２２に用いると、転送電極２１
の導電性を補って電極の低抵抗化を図ることもできる。

【００３１】また、段差形成層２２の端縁が、転送電極
２１の端縁よりも後退していることにより、受光部２を
微細化しても受光部２上の遮光膜２３の開口部から光源
を見込む角度を小さくすることがない。

【００３２】上述の段差形成層２２は、公知の方法によ
り、転送電極２２より端縁が内側に後退するようにパタ
ーニングして形成することができる。

【００３３】このように、遮光膜２３の上面に段差を形
成することにより、図３に示すような、素子内部にレン
ズを形成した構成のＣＣＤ固体撮像素子３０において、
内部レンズ２５を形成しやすくすることができる。図３
において、遮光膜２３の上には、内部レンズ２５の下地
層となり、内部レンズ２５の形状を設定する層間絶縁層
２４があり、遮光膜２３の段差に対応した曲線状の凹凸
を有している。内部レンズ２５の上に平坦化膜２６が形
成され、その上にカラーフィルタ２７、オンチップレン
ズ２８が順次形成されている。

【００３４】このように、内部レンズ２５を形成してＣ
ＣＤ固体撮像素子３０を構成することにより、入射光を
内部レンズで屈折・集束させて、効果的に受光部２に入
射させることができる。

【００３５】ここで、内部レンズの形成方法にはいくつ
かの方法があるが、例えば次のようにして形成すること
ができる。まず、内部レンズ２５と遮光膜２３との間の
層間絶縁層２４を、例えばＢＰＳＧ（ホウ素燐珪酸ガラ
ス）等により形成する。このとき、層間絶縁層２４の表
面に転送電極２１上の段差に応じた凹凸を形成するよう
にする。そして、９００℃程度でリフローさせて層間絶
縁層２４の凹凸の形状を整えることにより、その上に形
成される内部レンズ２５の形状を調整する。その後は、
内部レンズ２５の材料、例えばシリコン窒化膜等からな
り層間絶縁層２４より屈折率の高い層を形成して、図３
に示す形状の内部レンズ２５を形成する。

【００３６】図２に示したＣＣＤ固体撮像素子２０にお
いて、段差形成層２２は、前述のように単純にパターニ
ングして形成することができるが、その他の方法により
形成することもできる。その一製法を次に説明する。

【００３７】この製法は、具体的には、ＭＯＳデバイス
で用いられるＬＤＤ（Lightly Doped Drain ）の形成プ
ロセスを適用し、酸化膜をマスクとして転送電極２１を
加工し、その上に段差形成層２２を形成するものであ
る。

【００３８】まず、半導体基体１上に図示しないがゲー
ト絶縁膜を形成する。次に、図４Ａに示すように、これ
の上に例えばシリサイド又はポリサイド等から成る後に
転送電極２１となる導電性膜３１をＣＶＤ等により形成
し、さらにこれの上に後に段差形成層２２となる第１の
ＣＶＤ膜を形成し、この第１のＣＶＤ膜に対するリソグ
ラフィにより、段差形成層２２に対応するパターン３２
を形成する。このとき、パターン３２の幅は、後に形成
する転送電極２１の幅よりも小さくする。

【００３９】次に、図４Ｂに示すように、図３Ａで形成
したパターン３２上に、新たに第２のＣＶＤ膜３３を形
成する。この第２のＣＶＤ膜３３の材料は、例えばＳｉ
Ｏ₂ 等を用いることができる。好ましくは、第１のＣＶ
Ｄ膜と異なる材料で形成し、エッチングの選択比が取れ
るようにする。

【００４０】次に、図４Ｃに示すように、図４Ｂで形成
した第２のＣＶＤ膜３３を異方性エッチングすることに
より、パターン３２に沿って両側に側壁３４を形成す
る。そして、図４Ｄに示すように、図４Ｃまでに形成し
たパターン３２及び側壁３４をマスクとして、導電性膜
３１をエッチングして転送電極２１を形成する。この転
送電極２１の幅は、第２のＣＶＤ膜３３の膜厚を調節に
より制御することが可能である。

【００４１】次に、図４Ｅに示すように、パターン３２
に沿って形成された側壁３４を、ウエットエッチングに
より除去し、段差形成層２２を残す。これにより、段差
形成層２２と転送電極２１からなる階段状の段差を有す
る転送電極構造を形成することができる。また、転送電
極２１をマスクとして、イオン注入等により受光部２の
フォトダイオードを転送電極２１とセルフアラインさせ
て形成する。

【００４２】次に、図４Ｆに示すように、段差形成層２
２と転送電極２１を覆うように、薄い層間絶縁膜（図示
せず）を介して遮光膜３５を形成する。その後、受光部
２上の遮光膜３５に開口部を形成し、図２に示す構成を
形成する。

【００４３】この製法を用いれば、転送電極２１の間隔
をリソグラフィの限界解像度よりも小さくすることがで
き、転送効率即ち転送レジスタの各転送電極のゲート毎
に転送される信号の元の信号に対する割合が向上する等
の利点が大きい。また、段差形成層２２となるパターン
３２とその横に形成した側壁３４により転送電極２１を
形成するため、転送電極２１と段差形成層２２とをセル
フアラインで形成することができる。

【００４４】このとき、段差形成層２２に対応するパタ
ーン３２の間隔Ｄｐがリソグラフィの限界解像度であれ
ば、転送電極２１の間隔ｄは側壁３４によりパターン３
２の間隔Ｄｐより狭くなり、垂直転送レジスタの転送電
極（いわゆる垂直転送電極）の間隔をリソグラフィの限
界解像度より狭くすることができる。また、図示しない
が水平転送レジスタの転送電極（いわゆる水平転送電
極）においても、同様に電極間隔をリソグラフィの限界
解像度より狭くすることができる。通常水平転送電極の
方が電極間隔の条件が厳しいため、本製法の効果が大き
い。

【００４５】このように転送電極の間隔を狭くすること
により、隣接する前後の転送電極とのポテンシャルのオ
ーバーラップが充分取れるため、各転送電極間にポテン
シャル障壁を生じにくくして効率よく転送を行うことが
できる。特に、１層の電極層により転送電極２１を形成
する場合には、電極の間隔を狭くして、隣接する前後の
転送電極とのポテンシャルのオーバーラップを充分取る
ことができるため、転送効率の向上が図られる。

【００４６】また、図５に転送電極２１と段差形成層２
２と受光部２を含む平面図を示すように、２層の電極層
２１ａ，２１ｂにより転送電極２１を形成する場合であ
っても、同様に上述の製法を適用することができる。図
５中、Ｘは２層の転送電極２１ａ，２１ｂが重なってい
る部分を示す。尚、図５においては遮光膜及び段差形成
層は省略している。

【００４７】この図５のＡ−Ａ′における断面図を図６
に示す。２層の転送電極２１ａ，２１ｂが重なっている
部分Ｘでは、下層の転送電極２１ａには段差形成層２２
は設けず、上層の転送電極２１ｂのみに段差形成層２２
を設けることにより、上層の転送電極２１ｂの間隔を狭
くすると共に重複部Ｘを充分取ってマスク合わせのマー
ジンを大きくすることができる。ここで、下層の転送電
極２１ａにも段差形成層２２を設ける場合には、２層の
重複部Ｘを除いた図中の点線の位置２２′に段差形成層
２２を形成する。

【００４８】尚、図示しないが、重複部Ｘをさらに長く
して、上層の転送電極２１ｂ同士の間隔をより狭くする
こともできる。この場合にも電極間隔をリソグラフィの
限界解像度より狭くすることが可能である。その場合に
はＣＣＤレジスタの部分の下層の転送電極２１ａ上には
段差形成層２２を形成しないようにすればよい。

【００４９】尚、受光部２の方向（図５中左右方向）の
転送電極２１の間隔は、所定の開口部３６が形成される
ように、あらかじめパターン３２の間隔を規定する。

【００５０】この受光素子開口部Ｓが光源側を見込む角
度ｃは、ＣＶＤ膜３３の膜厚を制御することで側壁３４
の幅を適切に設定すれば、図２のｂと同様に広い見込み
角度ｃを得ることができる。

【００５１】本発明のＣＣＤ固体撮像素子及びその製造
方法は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取
り得る。

【００５２】

【発明の効果】上述の本発明によれば、転送電極をシリ
サイドにより構成することにより、転送電極の薄膜化を
図ることができる。従って、転送電極を覆って形成され
る遮光膜の高さが低くなり、従来に比して受光部上の開
口部が光源を見込む角度が大きくなることにより、受光
部に入射する光量を増加させて、撮像素子の感度を向上
させることができる。また、見込み角度が大きくなるこ
とにより、感度の入射光角度依存性も低減される。これ
により、撮像素子の多画素・小型化に伴い、受光部が微
細化されても、撮像素子の感度の向上を図ることができ
る。

【００５３】さらに、転送電極を薄くできるので、素子
の薄型化を図ることができ、上層に形成されるオンチッ
プレンズを低くして受光部のフォトダイオードに近づけ
ることができるため、この点からも感度を向上させるこ
とができる。

【００５４】また、転送電極上に転送電極より幅の狭い
層を形成したときには、感度を低下させることなく、転
送電極上の遮光膜の高さを高くすることができる。そし
て、この転送電極より幅の狭い層が形成された構造を、
内部レンズを有するＣＣＤ固体撮像素子に適用したとき
には、内部レンズを形成するための下地の層間絶縁層に
容易に凹凸を形成することができる。

【００５５】また、本発明のＣＣＤ固体撮像素子の製造
方法によれば、第１の膜のパターン及び側壁をマスクと
して転送電極を形成するので、パターンと転送電極とを
セルフアラインで形成することができ、その後側壁を除
去することによりパターンの端縁を転送電極より内側に
して段差を形成することができる。従って、パターンの
間隔をリソグラフィの限界解像度にすれば、転送電極の
間隔をリソグラフィの限界解像度より狭くすることがで
き、転送効率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ＣＣＤ固体撮像素子の一実施の形態の
受光部付近の断面図である。

【図２】本発明のＣＣＤ固体撮像素子の他の実施の形態
の受光部付近の断面図である。

【図３】図２の構成を適用した内部レンズを有するＣＣ
Ｄ固体撮像素子の受光部付近の断面図である。

【図４】Ａ〜Ｆ 図２のＣＣＤ固体撮像素子の一製造方
法を示す製造工程図である。

【図５】図２のＣＣＤ固体撮像素子の撮像領域の平面図
である。

【図６】図５のＡ−Ａ′における断面図である。

【図７】従来のＣＣＤ固体撮像素子の受光部付近の断面
図である。

【符号の説明】

１…半導体基体、２…受光部、３…ゲート絶縁膜、１
０，２０，３０…ＣＣＤ固体撮像素子、１１，２１…転
送電極、１２，２３，３５…遮光膜、２２…段差形成
層、２４…層間絶縁層、２５…内部レンズ、２６…平坦
化膜、２７…カラーフィルタ、２８…オンチップレン
ズ、３１…導電性膜、３２…パターン、３３…第２のＣ
ＶＤ膜、３４…側壁、６０…ＣＣＤ固体撮像素子、６１
…遮光膜、６２…転送電極、６３…半導体基体、６４…
受光部、Ｓ…開口部の幅、ｄ，ｈ…転送電極の高さ（膜
厚）、Ｄｐ…パターンの間隔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転送レジスタの転送電極がシリサイドに
   より形成されて成ることを特徴とするＣＣＤ固体撮像素
   子。
2. 【請求項２】 上記シリサイドが、下地に多結晶シリコ
   ンを有するポリサイドであることを特徴とする請求項１
   に記載のＣＣＤ固体撮像素子。
3. 【請求項３】 上記転送電極の厚さｈと、受光部上の開
   口部の幅Ｓとの比ｈ／Ｓの値が０．５以下に設定されて
   成ることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ固体撮像
   素子。
4. 【請求項４】 上記転送電極上に、該転送電極より幅が
   狭い層が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記
   載のＣＣＤ固体撮像素子。
5. 【請求項５】 上記受光部上に内部レンズ構造を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のＣＣＤ固体撮像素
   子。
6. 【請求項６】 基体上に、導電性膜を形成する工程と、 上記導電性膜上に第１の膜を形成し、該第１の膜をパタ
   ーニングする工程と、 パターニングされた上記第１の膜を覆って第２の膜を形
   成する工程と、 上記第２の膜に異方性エッチングを行って上記第１の膜
   のパターンの周囲に側壁を形成する工程と、 上記第１の膜のパターン及び上記第２の膜から成る上記
   側壁をマスクとして、上記導電性膜をパターニングして
   転送電極を形成する工程と、 上記側壁を除去する工程と、 上記第１の膜のパターンと上記転送電極とを覆って遮光
   膜を形成する工程を有することを特徴とするＣＣＤ固体
   撮像素子の製造方法。