JPH07297378A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高集化してもブレークダウンマージンが小さ
くなるのを可及的に防止することを可能にする。 【構成】 第１導電型の半導体基板１上にマトリクス状
に配置されて入射光を信号電荷に変換する画素８，９
と、画素例に対応して半導体基板上に設けられ対応する
画素列からの信号電荷がフィールドシフト領域１５を介
して読出される埋め込み型のチャネル領域３と、フィー
ルドシフト領域およびャネル領域を覆うようにゲート絶
縁膜を介して形成された転送電極４と、画素上の領域に
開口部を有し、転送電極を覆うように形成された光シー
ルド膜１２と、を備え、転送電極の端部と光シールド膜
の端部との間の前記半導体基板の領域下にブレークダウ
ンマージン用の領域と素子分離用の領域とが形成されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体撮像装置、例えばＣＣＤエリ
アセンサは図５に示すようにマトリクス状に配列された
光電変換を行なう画素５１と、各画素列毎に設けられて
対応する画素列からの信号電荷を駆動パルスに基づいて
垂直に転送するＣＣＤレジスタからなる垂直転送段５２
と、この垂直転送段５２によって垂直に転送された信号
電荷を駆動パルスに基づいて水平に転送するＣＣＤレジ
スタからなる水平転送段５３と、この水平転送段５３に
よって水平に転送された信号電荷を信号出力電圧の形で
外部に出力する出力部５４とを備えている。

【０００３】このような固体撮像装置の従来の構成を図
６に示す。この図６は図５に示す切断線Ａ−Ａに沿って
切断した断面図である。図６において、画素５１、垂直
転送段５２、水平転送段５３は、例えばｐ型半導体基板
１の主表面に形成される。画素部５１はｎ型不純物領域
（以下、フォトダイオードともいう）８と、表面に空乏
層が達しないようにするためのｐ型高濃度不純物領域７
（以下、ｐ⁺⁺領域７ともいう）とにより形成される。垂
直転送段５２は半導体基板１上に絶縁膜２を介して設け
られた転送電極４と、埋め込みチャネル形ＣＣＤレジス
タとするためのｎ型不純物領域３（以下、埋め込みチャ
ネル３ともいう）とにより形成される。転送電極４の下
には、画素から垂直転送段への信号電荷の転送を制御す
るフィールドシフト領域１５が設けられている。

【０００４】フォトダイオード８およびｐ⁺⁺領域９のフ
ィールドシフト領域１５側の端部（右端）は図６に示す
ように対応する転送電極４の左端とそろっている構造に
なっている。一方ｐ⁺⁺領域のフィールドシフト領域と反
対側の端部（左端）は隣接する転送電極４の右端とそろ
っているが対応するフォトダイオード８の左端とはずれ
た構造となっている。このずれた構造とすることにより
フォトダイオード８と転送電極４との間に素子分離領域
１０が形成される。また、埋め込みチャネル３のフィー
ルドシフト領１５とは反対側の端部は、ブレークダウン
防止のために図６に示すように対応する転送電極４の右
端より内側に後退するように設けられている。そして、
転送電極４は絶縁膜１１を介してアルミニウム等からな
る光シールド膜１２で被覆されている。しかし、この光
シールド膜１２はフォトダイオード８上に入射光が照射
されるように開口部が設けられている。そして、例えば
シリコン窒化膜からなる透明な保護膜１３が固体撮像装
置の全面を覆っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の固体
撮像装置においては、画素５１から垂直転送段５２への
信号電荷の読み出しは転送電極４の正のパルス（駆動パ
ルス）を印加し、フィールドシフト領域１５に電位井戸
を形成し行う。この時の埋め込みチャネル部３の電位は
通常２０Ｖ程度になり、フォドダイオード８上ｐ⁺⁺領域
９の端部が転送電極４の端部にそろうように形成されて
いるため、埋め込みチャネル３とｐ⁺⁺領域９との間でジ
ャンクションブレークダウンを生ずることがある。この
ブレークダウンが生ずると少数キャリア（電子）が発生
し、画面上に白キズパターンが現われ、画質を大幅に劣
化されてしまう。なお上記ブレークダウンはフィールド
シフトブレークダウンと呼ばれている。

【０００６】このフィールドシフトブレークダウンは図
７に示すように埋め込みチャネル３と転送電極４との間
の距離ｃに依存しており、この距離ｃを大きくするとブ
レークダウン発生電圧が上昇し、ブレークダウンマージ
ンが拡大する。通常このブレークダウンマージンとして
は０．５μｍ程度が必要である。

【０００７】次にこのブレークダウンマージンの集積度
に与える影響について説明する。従来のＣＣＤエリアセ
ンサの水平方向ピッチｐ_H は図６に示すように次の式で
表わされる。 ｐ_H ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｆ₁ ＋ｆ₂ ＋ｇ …(1) ここでａはフィールドシフト領域１５の長さ、ｂは埋め
込みチャネル１３の幅、ｃは埋め込みチャネル３と転送
電極４との間の距離、ｄは素子分離幅、ｅはフォトダイ
オード８の幅、ｆ₁ ，ｆ₂ は光シールド膜１２の端部と
転送電極４との間の距離、ｇは光シールド膜１２の開口
幅である。

【０００８】今、例えば高集積化が必要な１／４インチ
光学系のエリアセンサについて考えると、１／４インチ
光学系対応のＣＣＤエリアセンサの水平方向ピッチｐ_H
は３０万画素系で約７μｍ、４０万画素系で５．５μｍ
程度になる。この程度の寸法になると、光シールド膜１
２の開口寸法としては２μｍを下回る寸法になり、ブレ
ークダウンマージンとして必要な寸法値０．５μｍは光
シールド膜１２の開口寸法に対し、大きな割合を占め、
感度を含めた特性が大幅に劣化してしまうという問題が
あった。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、高集積化してもフィールドブレークダウンマ
ージンが小さくなるを可及的に防止することのできる固
体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、第１導電型の半導体基板上にマトリクス状に配置
されて入射光を信号電荷に変換する画素と、画素例に対
応して半導体基板上に設けられ対応する画素列からの信
号電荷がフィールドシフト領域を介して読出される埋め
込み型のチャネル領域と、フィールドシフト領域および
ャネル領域を覆うようにゲート絶縁膜を介して形成され
た転送電極と、画素上の領域に開口部を有し、転送電極
を覆うように形成された光シールド膜と、を備え、転送
電極の端部と光シールド膜の端部との間の半導体基板の
領域下にブレークダウンマージン用の領域と素子分離用
の領域とが形成されていることを特徴とする。

【００１１】また本発明による固体撮像装置の製造方法
は、第１導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜を形成し
た後、第２導電型の埋め込みチャネル領域を形成する工
程と、チャネル領域を覆うようにゲート絶縁膜上に転送
電極を形成し、この転送電極およびフォトレジスタのパ
ターンをマスクにして第１導電型の第１の不純物領域を
チャネル領域に隣接して形成する工程と、第１の不純物
領域に隣接した、半導体基板上の領域に画素となる第２
導電型の第２の不純物領域を形成する工程と、この第１
の不純物領域の一部と第２の不純物領域とが露出するマ
スクを形成し、第１導電型の不純物を半導体基板に注入
することにより高濃度不純物領域を形成する工程と、を
備えていることを特徴とする。

【００１２】

【作用】このように構成された本発明の固体撮像装置に
よれば、転送電極の端部と光シールド膜の端部との間の
半導体基板の領域下にブレークダウン用の領域と素子分
離用の領域とが形成されている。これによりブレークダ
ウンマージンを小さくすることなく従来の固体撮像装置
に比べて水平方向ピッチ寸法を小さくすることが可能と
なる。

【００１３】また上述のように構成された本発明の固体
撮像装置の製造方法によれば、転送電極およびフォトレ
ジストのパターンをマスクにしてブレークダウンマージ
ン用の領域となる第１導電型の第１の不純物領域が形成
され、この第１の不純物領域に隣接して画素となる第２
導電型の第２の不純物領域が形成され、そして上記第１
の不純物領域の一部および第２の不純物領域上に第１の
導電型の不純物が注入されることにより第１導電型の高
濃度不純物領域が形成される。これにより、ブレークダ
ウンマージンを小さくすることなく、従来の固体撮像装
置に比べて水平方向のピッチ寸法を小さくすることがで
きる。

【００１４】

【実施例】本発明により固体撮像装置の一実施例の構成
を図１の断面図に示す。この実施例の固体撮像装置は例
えばｐ型の半導体基板１上に、マトリクス状に配列され
た画素と、この画素の各列に対応してフィールドシフト
領域１５を介して埋め込み型チャネル領域３とが形成さ
れている。そして上記画素はｎ型の不純物領域８と、空
乏層が基板１の表面に達しないようにするために領域８
上に形成されたｐ型高濃度不純物領域９（以下、ｐ⁺⁺領
域９ともいう）とから構成される。フィールドシフト領
域１５側ではｎ型の不純物領域８の端部はそろっている
が、フィールドシフト領域１５と反対の側では不純物領
域８の端部はｐ⁺⁺領域９の端部に比べて内側に後退して
いる。そして、ｎ型の埋め込みチャネル領域３と、この
チャネル領域３に隣接しているが信号電荷を送出しない
画素列のｐ⁺⁺領域９およびｎ型不純物領域８との間には
ブレークダウンマージン用のｐ型不純物領域６が形成さ
れている。そしてこのｐ型不純物領域６のｐ型不純物濃
度はｐ⁺⁺領域９のｐ型不純物濃度よりも低く、ｎ型不純
物領域８のｎ型不純物濃度よりも高いように設定されて
いる。これにより埋め込み型チャネル領域３と、このチ
ャネル領域３に隣接しているが信号電荷送出しない画素
との間に素子分離領域１２が形成されることになる。

【００１５】またフィールドシフト領域１５および対応
する埋め込みチャネル領域３上には絶縁膜２を介して転
送電極４が形成されている。この転送電極４の幅はフィ
ールドシフト領域１５の幅ａと埋め込みチャネル領域３
の幅ｂとの和となる。そしてこれらの転送電極４は絶縁
膜１１を介して光シールド膜１２によって覆われてい
る。なお、この光シールド膜１２は各画素領域上に開口
部を有しておりこの光シールド膜１２は透明な保護膜１
３によって覆われている。

【００１６】このように構成された固体撮像装置水平方
向ピッチｐ_H は図１から分かるように ｐ_H ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ ＝ａ＋ｂ＋ｆ₁ ＋ｆ₂ ＋ｇ …(2) となる。ここでｃはブレークダウンマージン幅であり、
ｄは素子分離領域１２の幅であり、ｅはｎ型不純物領域
８の幅であり、ｆ₁ およびｆ₂ は光シールド膜１２と転
送電極４との間の水平方向距離であり、ｇは光シールド
膜１２の開口幅である。

【００１７】従来技術で述べた（１）式と上記（２）式
を比較することより、本実施例のほうが距離ｃの分だけ
水平方向のピッチｐ_H が小さくなることが分かる。これ
は本実施例においては転送電極４の端部と光シールド膜
１２の端部との間の領域下に幅ｃのブレークダウンマー
ジ領域６と幅ｄの素子分離領域１２を形成したことによ
る。これにより、本実施例においてはブレークダウン幅
を狭めることなく、微細化パターンを実現することがで
きる。

【００１８】次上述の固体撮像装置の製造方法を図２乃
至図３を参照して説明する。まずシリコンからなる例え
ばｐ型の半導体基板１の表面を酸化することにより厚さ
１０００オングストロームのゲート酸化膜２を形成する
（図２（ａ）参照）。続いてフォトレジスト膜（図示せ
ず）を形成し、このフォトレジスト膜をパターニング
し、このパターニングされたフォトレジスト膜をマスク
にしてｎ型の不純物、例えばリンを注入することによ
り、埋め込みチャネル領域３を形成する（図２（ｂ）参
照）。上記フォトレジスト膜を除去した後、導電性材料
であるポリシリコンを堆積し、パターニングすることに
より転送電極４を形成する（図２（ｃ）参照）。続いて
フォトレジスト膜５を形成し、このフォトレジスト膜５
をパターニングし、このパターニングされたフォトレジ
スト膜５をマスクにしてｐ型の不純物を注入することに
よりブレークダウンマージン領域６を形成する（図２
（ｂ），（ｅ）参照）。なお、フォトレジスト膜５のパ
ターンの転送電極４側の端部は転送電極４の端部より転
送電極４の内側にくるようにパターン形式が行われる
（図２（ｄ）参照）。

【００１９】その後、フォトレジスト膜を除去した後、
フォトレジスト膜のパターン（図示せず）を形成し、こ
のパターンをマスクにしてｎ型の不純物を注入し、フォ
トダイオードとなるｎ型の不純物領域８を形成する（図
２（ｆ）参照）。

【００２０】次にｎ型の不純物領域８と、ブレークダウ
ンマージン領域６の一部分が露出するようなフォトレジ
ストのパターン２０を形成し、このパターンをマスクに
してｐ型の不純物を注入することによりｐ型の不純物を
注入することによりｐ型の高濃度不純物領域（ｐ⁺⁺領
域）９を形成する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。すると
ｐ⁺ 領域６とｐ⁺⁺領域の接合部付近に素子分離領域１０
が形成されることになる。そして上記フォトレジスト膜
２０を除去した後、例えばアルミニウムなどの材料から
なる光シールド膜１２を堆積し、ｎ型不純物領域８上に
開口部を有するように光シールド膜をパターニングする
（図３（ｃ）参照）。その後、例えばシリコン窒化物の
材料からなる保護膜１３を形成し、固体撮像装置を完成
する（図３（ｃ）参照）。

【００２１】なお、図３（ａ）に示す工程の代わりに図
４に示すように転送電極４の両脇に導電性の材料からな
るポリシリコンで側壁７を形成し、その後、フォトレジ
ストのパターン２０を形成し、このパターン２０をマス
クにしてｐ型の不純物例えばポロンを注入することによ
りｐ⁺⁺領域９を形成しても良い。

【００２２】上述の製造方法によれば、ブレークダウン
マージン領域６（ｐ⁺ 領域６）を形成する際に転送電極
４をマスクとして行なうため、従来技術で問題となるブ
レークダウンマージン幅ｃの合わせずれ、すなわちポリ
シリコ４の寸法のバラツキ、フォトレジスト寸法のバラ
ツキ、および合わせのバラツキを考慮する必要がなくな
る。

【００２３】また、図４に示すように転送電極４の両脇
にポリシリコンからなる側壁７を形成することにより素
子分離領域１０の形成にも転送電極４および側壁７をマ
スクにして合わせずれをなくすることが可能となる。な
お、上記実施例においては半導体基板はｐ型である場合
について説明したがｎ型であっても良いことは言うまで
もない。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば高集
積化してもフィールドブレークダウンマージンが小さく
なるのを可及的防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像装置の一実施例の構成を
示す断面図。

【図２】本発明による固体撮像装置の製造方法の一実施
例の製造工程を示す工程断面図。

【図３】本発明による固体撮像装置の製造方法の一実施
例の製造工程を示す工程断面図。

【図４】図２および図３に示す製造方法の変形例の製造
工程断面図。

【図５】固体撮像装置の構成を示す平面図。

【図６】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図。

【図７】ブレークダウン発生電圧の、埋め込みチャネル
と転送電極との間の距離の依存性を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ ゲート酸化膜 ３ 埋め込み型チャネル領域 ４ 転送電極 ６ ｐ⁺ 領域 ８ ｎ型不純物領域（ホトダイオード） ９ ｐ型の高濃度不純物領域 １０ 素子分離領域 １１ 絶縁膜 １２ 光シールド １３ 保護膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１導電型の半導体基板上にマトリクス状
   に配置されて入射光を信号電荷に変換する画素と、 画素例に対応して半導体基板上に設けられ対応する画素
   列からの信号電荷がフィールドシフト領域を介して読出
   される埋め込み型のチャネル領域と、 前記フィールドシフト領域およびャネル領域を覆うよう
   にゲート絶縁膜を介して形成された転送電極と、 前記画素上の領域に開口部を有し、前記転送電極を覆う
   ように形成された光シールド膜と、 を備え、前記転送電極の端部と前記光シールド膜の端部
   との間の前記半導体基板の領域下にブレークダウンマー
   ジン用の領域と素子分離用の領域とが形成されているこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】前記画素は半導体基板上に形成された第１
   導電型とは異なる第２導電型の埋め込み型の不純物領域
   と、この不純物領域上に形成される第１導電型の高濃度
   不純物領域とから構成され、 前記埋め込み型チャネル領域は第２導電型の不純物領域
   から構成され、 前記ブレークダウンマージン用の領域は第１導電型の不
   純物領域から構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】前記ブレークダウンマージン用領域の第１
   導電型不純物の濃度は前記埋め込み型チャネル領域の第
   ２導電型不純物の濃度より高く、前記高濃度不純物領域
   の第１導電型不純物の濃度よりも低いことを特徴とする
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】第１導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜
   を形成した後、第２導電型の埋め込みチャネル領域を形
   成する工程と、 前記チャネル領域を覆うように前記ゲート絶縁膜上に転
   送電極を形成し、この転送電極およびフォトレジスタの
   パターンをマスクにして第１導電型の第１の不純物領域
   を前記チャネル領域に隣接して形成する工程と、 前記第１の不純物領域に隣接した、前記半導体基板上の
   領域に画素となる第２導電型の第２の不純物領域を形成
   する工程と、 この第１の不純物領域の一部と前記第２の不純物領域と
   が露出するマスクを形成し、第１導電型の不純物を前記
   半導体基板に注入することにより高濃度不純物領域を形
   成する工程と、 を備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】前記第１の不純物領域の第１導電型の不純
   物濃度は前記第２の不純物領域の第２の導電型の不純物
   濃度よりも高く、前記高濃度不純物領域の第１導電型の
   不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項４記載の
   固体撮像装置の製造方法。