JPH09213924A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子の受光部に隣接する転送レジス
タに適用した場合において、転送レジスタ上に形成され
る遮光膜による入射光の「けられ」の頻度を低減するこ
とができ、受光感度の向上を図ることのできる固体撮像
素子を提供する。 【解決手段】 本発明の固体撮像素子は、多結晶シリコ
ン層による転送電極１２、熱酸化膜を介して緩衝層８が
形成される。本発明の特徴事項として、絶縁および平坦
化を目的とした平坦化膜１００を、平坦化膜１００と層
間絶縁膜１４が重なっている部分（○印の部分）が薄く
なるように形成する。その上には、Ａｌ層によるシャン
ト用配線層９、層間絶縁膜１４を介してＡｌ遮光膜１５
が形成されている。これにより、Ａｌ遮光膜１５による
入射光の「けられ」を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高品位テレ
ビジョン用カメラ装置等に用いられる固体撮像素子に関
し、更に詳しくは、垂直転送ゲート電極の電極構造を改
良して入射光の「けられ」を防止した固体撮像素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近時、例えば高品位テレビジョン（ＨＤ
ＴＶ）用の固体撮像素子においては、垂直転送レジスタ
に印加される転送クロックの伝搬遅延を防止して高速動
作を可能にするため、Ａｌ配線などによるシャント構造
を有し、更にスミヤを低減するため遮光用Ａｌで覆うＣ
ＣＤ固体撮像素子が、本出願人により提案され、特開平
７−１０６５５２号広報に「電荷転送素子」として開示
されている。

【０００３】ここで、本発明に係わるシャント配線構造
のＣＣＤ固体撮像素子について図３ないし図５を参照し
つつ説明する。先ず、図３を参照して従来における固体
撮像素子の概要を説明する。図３はシャント配線構造の
ＣＣＤ固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。

【０００４】シャント配線構造を有するＣＣＤ固体撮像
素子は、入射光を光電変換して蓄積する受光部１、これ
ら受光部１の垂直列毎に配列され、かつ読み出しゲート
を介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂
直転送レジスタ２などによって撮像領域３を形成してい
る。この垂直転送レジスタ２は例えば４相の転送クロッ
クにて駆動される。

【０００５】垂直転送レジスタ２に読み出された信号電
荷は、１走査線毎に水平転送レジスタ４に転送される。
水平転送レジスタ４では、垂直転送レジスタ２から転送
された１走査線分の信号電荷を例えば２相駆動によって
水平方向に転送する。水平転送レジスタ４の出力端には
例えばＦＤＡ(Floating Diffusion Amplifier)構成の出
力部５が配置されている。この出力部５では、水平転送
レジスタ４によって転送された信号電荷を検出して電圧
信号として導出する。

【０００６】次に、図４を参照して本発明に係わるＣＣ
Ｄ固体撮像素子の配線構造を説明する。図４は本発明に
係わる垂直転送レジスタが適用されるＣＣＤ固体撮像素
子のイメージ部を概略的に示す平面図である。

【０００７】図４で示すＣＣＤ固体撮像素子は、例えば
Ｎ形のシリコン基板上にフォトダイオードによって形成
された受光部１が多数マトリクス状に配され、これら多
数の受光部１のうち、列方向に配列された受光部１に対
して共通に垂直転送レジスタ２が構成される。垂直転送
レジスタ２の転送電極は水平方向に延在して配線として
も用いられ、特に、受光部１の垂直方向に隣り合う受光
部間の領域（受光部１を分離するための領域であり、ま
た配線を形成するための領域でもある）中、一つの領域
では、１層目の多結晶シリコン層による第１の転送電極
６と２層目の多結晶シリコン層による第２の転送電極７
が重なって形成されている。

【０００８】各転送電極上には、ポテンシャルシフト
（Ａｌと多結晶シリコンとの接触によるポテンシャル変
動）を防止する目的で多結晶シリコン層による緩衝層８
が形成される。更に、膜厚の厚い平坦化膜（詳細は後述
する）を介して、Ａｌ（アルミニウム）層によるシャン
ト用配線層９が垂直方向に延在するように形成され、こ
のシャント用配線層９上に層間絶縁膜を介してＡｌ層に
よる遮光膜が受光部１を開口して形成されている。

【０００９】各シャント用配線層９は、列単位にそれぞ
れ対応する第１、第２の転送電極６、７と緩衝層８は第
１のコンタクトホール１０によって接続され、緩衝層８
とシャント用配線層９は第２のコンタクトホール１１に
て接続されている。そして、各シャント用配線層に、例
えば４相の転送クロックφ１〜φ４が選択的に印加さ
れ、これらシャント用配線層を通じて、第１〜第４の転
送電極に対してそれぞれ第１〜第４の転送クロックφ１
〜φ４が個別に印加される。この４相の転送クロックφ
１〜φ４の印加によって、読み出し期間中に受光部１か
ら読み出された信号電荷が、垂直転送レジスタに沿って
行単位に図３で示した水平転送レジスタ４に転送され
る。

【００１０】ここで、図５を参照して本発明に係わるＣ
ＣＤ固体撮像素子の垂直転送レジスタの断面構造を説明
する。図５は図４におけるＡ−Ａ線上の断面図である。

【００１１】図５の垂直転送レジスタ断面形状において
は、例えばＮ形のシリコン基板に多結晶シリコン層によ
る転送電極１２が形成され、転送電極１２には熱酸化膜
を介して多結晶シリコン層による緩衝層８が形成され
る。更に、熱酸化膜等を介して次に示す目的によりＰＳ
Ｇ（リンシリケートガラス）などの平坦化膜１３が３０
０ｎｍ程度の膜厚にて形成される。即ち、平坦化膜１３
の形成目的としては、 （１）．転送電極の段差を緩和し、上部に敷かれるＡｌ
のステップカバレージを改善する。 （２）．転送電極と後述するＡｌ遮光膜との絶縁材の役
割を果たす等が考えられる。

【００１２】その上には、Ａｌ層によるシャント用配線
層９が４００ｎｍ程度の膜厚にて形成されている。シャ
ント用配線層９上には層間絶縁膜１４を介してＡｌ層に
よるＡｌ遮光膜１５が形成されている。なお、図５で示
す断面図においては、簡単のため、Ａｌ遮光膜１５上の
保護膜、平坦化膜、色フィルタおよびマイクロ集光レン
ズなどは省略してある。

【００１３】しかしながら、上記本発明が適用されるシ
ャント構造のＣＣＤ固体撮像素子では、例えば転送電極
１２とＡｌ遮光膜１５のとの間に平坦化膜１３および層
間絶縁膜１４の２つの膜が重なって存在する部分があ
る。この部分は無論耐圧的には充分余裕があり、むしろ
トータルの膜厚が厚いために、上層のＡｌ遮光膜１５が
張り出してしまい、入射光に「けられ」が発生する虞れ
がある。

【００１４】すなわち、従来のＣＣＤ固体撮像素子にお
いては、緩衝用の緩衝層８を形成することにより転送チ
ャネル領域（図示省略）でのポテンシャルシフトを防止
することができるが、この緩衝層８およびシャント用配
線層９が必要となる。そのため、受光部の開口幅と垂直
転送レジスタの高さの比、すなわちアスペクト比が大き
くなり、Ａｌ遮光膜１５における受光部開口の周端縁
（○印で示した平坦化膜と層間絶縁膜が重なっている部
分）での入射光の外部への反射、いわゆる「けられ」の
頻度が大きくなり、受光感度の低下を引き起こすという
問題点があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたもので、その課題は、固体撮像素子の
受光部に隣接する転送レジスタに適用した場合におい
て、主に平坦化膜の膜厚に起因して、転送レジスタ上に
形成される遮光膜による入射光の「けられ」の頻度を低
減することができ、受光感度の向上を図ることのできる
固体撮像素子を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、上述の課題を解決するために提案するものであり、
半導体基板に電荷転送用の転送チャネル領域が形成さ
れ、転送チャネル領域上に沿って転送電極群が一方向に
配列され、転送電極群中、対応する転送電極をそれぞれ
シャントするシャント用配線層が形成された固体撮像素
子において、転送電極とシャント用配線層間には、転送
チャネル領域でのポテンシャルシフトを防止する緩衝層
と、絶縁・平坦化などを目的とした平坦化膜（絶縁膜）
が形成され、この平坦化膜の膜厚は、転送チャネル領域
を臨む周端縁において、その他の部分に比して、例えば
１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下で薄く形成されている。

【００１７】好ましくは、平坦化膜の膜厚が薄く形成さ
れている部分は、平坦化膜と、シャント用配線層上層に
形成されている層間絶縁膜とが重なっている部分である
ことが望ましい。

【００１８】本発明に係わる固体撮像素子においては、
シャント用配線層下層の平坦化膜を、転送チャネル領域
を臨む周端縁、すなわち、受光部開口の周端縁（肩の部
分）において薄くなるように形成したので、その上層部
分に形成されるＡｌ遮光膜の不要な張り出しを防止し、
入射光の「けられ」の頻度を低減することができ、受光
感度の向上を図ることができる。

【００１９】それに加えて、受光部を囲むかたちにＡｌ
遮光膜を形成することが容易になり、これに伴い、受光
部間の遮光を確実に行うことができ、スミヤの低減を有
効に図ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態につき添付図面を参照して説明する。

【００２１】先ず、本発明のＣＣＤ固体撮像素子の垂直
転送レジスタの断面構造を説明する。図１は本発明の垂
直転送レジスタが適用されるＣＣＤ固体撮像素子のＡ−
Ａ線上の断面図である。なお、本発明のＣＣＤ固体撮像
素子の平面構造は、前述の図４に示した図と略同一であ
るため省略するとともに、同一部分で比較するためＡ−
Ａ線上の断面図を示した。また、上記で示した事項と共
通する部分には同一の参照符合を付すものとする。

【００２２】図１の本発明のＣＣＤ固体撮像素子の垂直
転送レジスタ断面形状においては、例えばＮ形のシリコ
ン基板に多結晶シリコン層による転送電極１２が形成さ
れ、転送電極１２上には熱酸化膜を介して多結晶シリコ
ン層による緩衝層８が形成される。更に、本発明の特徴
事項として、絶縁および平坦化を目的とした例えばＰＳ
Ｇなどからなる平坦化膜１００を形成する。

【００２３】その上には、Ａｌ層によるシャント用配線
層９が形成され、シャント用配線層９上には層間絶縁膜
１４を介してＡｌ遮光膜１５が形成される。なお、図に
おいては、簡単のため、Ａｌ遮光膜上の保護膜、平坦化
膜、色フィルタおよびマイクロ集光レンズなどは省略し
てある。

【００２４】ここで、平坦化膜１００と層間絶縁膜１４
が重なっている部分（○印の部分）において、平坦化膜
１００を転送電極１２−Ａｌ遮光膜１５間の耐圧が問題
にならない範囲で、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度まで薄
膜化し、上層のＡｌ遮光層１５が受光部に張り出さない
ように形成する。従って、その上に形成される層間絶縁
膜１４およびＡｌ遮光膜１５においては、平坦化膜１０
０の周端縁が薄く形成されているため、緩衝層８側に近
接して形成される。それに伴い、Ａｌ遮光膜１５が緩や
かに形成されることになり、Ａｌ遮光膜による入射光の
「けられ」が解消される。

【００２５】すなわち、本発明は少なくともシャント用
配線層９−Ａｌ遮光膜１５間に層間絶縁膜１４が存在す
る部分の平坦化膜１００の膜厚を、他の部分より薄く形
成することにより、Ａｌ遮光膜１５の不要な張り出しを
防ぐことを主眼とするものである。

【００２６】次に、本発明にかかる垂直転送レジスタが
適用される固体撮像素子の製造工程について図２を参照
しながら順次説明する。図２は本発明のＣＣＤ固体撮像
素子の製造プロセスの説明に供する工程断面図である。

【００２７】先ず、図２（ａ）に示すように、例えばＮ
形のシリコン基板上に多結晶シリコン層による転送電極
１２を形成した後、パターニングを行って、転送電極１
２上に緩衝層８を形成する。その後、熱酸膜を介して、
全面に平坦化膜１００をＣＶＤ法などで堆積させ、リフ
ローして形成する。ここまでの製造工程は、従来から用
いられている方式と同様である。

【００２８】次に、図２（ｂ）に示すように、全面にフ
ォトレジスト膜を（図示省略）を形成した後、露光・現
像処理を行い、フォトレジスト膜をパターニングする。
引き続き、同図（ｃ）のように、平坦化膜１００を例え
ば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ:Reactive Ion Etch
ing)によりエッチング処理してレジスト剥離する。この
とき、緩衝層８の周端部において、平坦化膜１００を１
００ｎｍ〜２００ｎｍ程度まで選択的にエッチングを進
め、薄膜化する。

【００２９】図１（ｄ）に移行し、シャント用のＡｌを
例えばスパッタリング法により蒸着後、パターニング・
エッチング除去してＡｌシャント用配線層９を含む全面
に層間絶縁膜１４を例えばＣＶＤ法にて堆積する。この
とき、下層の平坦化膜１００の周端部が薄膜化されてい
ることにより、層間絶縁膜１４においても出っ張りなく
堆積される。その後、シャント用配線層９を包み込む形
で層間絶縁膜１４をパターニング、エッチングする。更
に、図示を省略したが、Ａｌ遮光膜をスパッタリング処
理にて蒸着し、パターニング・エッチング処理してＡｌ
遮光膜による入射光の「けられ」の影響を解消した本構
造を得る。

【００３０】本発明は前記実施の形態例に限定されず、
種々の実施形態を採ることができる。例えば前記実施の
形態例ではインタライン・トランスファ方式（ＩＴ）の
シャント配線構造のＣＣＤ固体撮像素子を例示したが、
その他、フレーム・インタライン・トランスファ方式
（ＦＩＴ）などの固体撮像素子の垂直転送レジスタや、
ＣＣＤ遅延線の電荷転送レジスタにも適宜応用が可能で
あることは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
素子においては、シャント用配線層下層の平坦化膜を、
受光部開口の周端縁において薄くなるように形成したの
で、その上層部分に形成される遮光膜による入射光の
「けられ」の頻度を低減することができ、受光感度の向
上を図ることが可能となる。

【００３２】また、受光部を囲むかたちに遮光膜を形成
することが容易になり、これに伴い、受光部間の遮光を
確実に行うことができ、スミヤの低減を有効に図ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の垂直転送レジスタが適用されるＣＣ
Ｄ固体撮像素子のＡ−Ａ線上の断面図である。

【図２】 本発明のＣＣＤ固体撮像素子の製造プロセス
の説明に供する工程断面図である。

【図３】 シャント配線構造のＣＣＤ固体撮像素子の概
略構成を示す平面図である。

【図４】 本発明に係わる垂直転送レジスタが適用され
るＣＣＤ固体撮像素子のイメージ部を概略的に示す平面
図である。

【図５】 図４におけるＡ−Ａ線上の断面図である。

【符号の説明】

１ 受光部 ２ 垂直転送レジスタ ３ 撮像領域 ４ 水平転送レジスタ ５ 出力部 ６ 第１の転送電極 ７ 第２の転送電極 ８ 緩衝層 ９ シャント用配線層 １０ 第１のコンタクトホール １１ 第２のコンタクトホール １２ 転送電極 13、100 平坦化膜 １４ 層間絶縁膜 １５ Ａｌ遮光膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に電荷転送用の転送チャネル
   領域が形成され、該転送チャネル領域上に沿って転送電
   極群が一方向に配列され、前記転送電極群中、対応する
   転送電極をそれぞれシャントするシャント用配線層が形
   成された固体撮像素子において、 前記転送電極と前記シャント用配線層間には、 該転送チャネル領域でのポテンシャルシフトを防止する
   緩衝層と、絶縁・平坦化などを目的とした平坦化膜が形
   成され、 前記平坦化膜の膜厚は、 該転送チャネル領域を臨む周端縁において、その他の部
   分に比して薄く形成されることを特徴とする固体撮像素
   子。
2. 【請求項２】 前記シャント用配線層上層には、層間絶
   縁膜が形成されるとともに、前記平坦化膜の膜厚が薄く
   形成される部分は、前記平坦化膜と前記層間絶縁膜とが
   重なっている部分であることを特徴とする請求項１に記
   載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記平坦化膜の膜厚は、１００ｎｍ以上
   ２００ｎｍ以下で形成したことを特徴とする請求項１に
   記載の固体撮像素子。