JPS6233453A - 固体撮像装置およびその製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は固体陽像装置およびその製造方法に関する。

〔発明の技術的青酸とその問題点〕

従来の縦形オーバフロードレイン構造を有するインクラ
イン転送方式のＣＯＤ　（Ｃｈａｒｏｅ　Ｃｏｕｐｌｅ
ｄＤｅｖｉｃｅ）固体撮像装置を第３図に示ず。第３図
（ａ）は固体撮像装置の平面図、第３図（ｂ）はそのＡ
−Δ′線断面図である。固体Ｗ１＠装置は入射した光に
より信号電荷が生成され、蓄積される感光画素部１と、
感光画素部１に隣接して垂直ライン状に水平方向に配列
され、感光画素部１に蓄積された信号電荷を転送する垂
直ＣＯＤレジスタから成る電荷転送部２と、垂直ＣＯＤ
レジスタの最下部に設けられた水平レジスタから成る電
荷転送部（図示せず）とから構成される。第３図（ｂ）
の断面図は１個の感光画素部１および隣接する電荷転送
部２の断面を示す。

例えばＮ型シリコン基板から成る半導体基＆３表面に不
純物ａ度が低く接合が浅い第１のＰウェル領域５と不純
物濃度が比較的高く接合が深い第２のＰウェル領域６と
が形成されている。第１のＰウェル領域５表面には感光
画素部１に対応して光電変換領域としてのＮ＋不純物領
域７が形成され、第２のＰウェル領域６表面には電荷転
送部２に対応して転送チャンネルとしてのＮ＋不純物領
域８およびチャンネル・ストッパとしてのＰ＋不純物領
域９が形成されている。接合の深さを異にした第１およ
び第２のＰウェル領域５．６を有する縦形オーバフロー
ドレイン構造により、強い光が入射して感光画素部１の
Ｎ＋不純物領域７に過剰電荷が発生した場合、この過剰
電荷が第１６３よび第２のＰウェル領域５．６のバンチ
スルー電圧の差によって電荷転送部２に流れ込むことな
く、半導体基板３の厚み方向に流れ込むようになってい
る。また半導体基板３上には絶縁層１０が形成され、こ
の絶縁層１０の内部には第１の転送電極１１および第２
の転送電極１２が設けられている。

この第２の転送電極１２は第１の転送電極１１と対にな
って感光画素部１のＮ＋不純物領Ｍ７に蓄積された信号
電荷を転送する電荷転送部２を形成している。これら第
１および第２の転送電極１１゜１２の上方の絶縁層１０
上には例えばＡ１層から成る光シールド層１３が形成さ
れ、感光画素部１以外の部分に光が入射しないようにな
っている。

また感光画素部１のＮ＋不純物領ｈｆｆｉ７上の絶縁層
１０および光シールド層１３の上には例えばＰＳＧ　（
Ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）から
成る光透過性のパッシベーション層１４が形成されてい
る。

次に上記の従来の固体撮像装置の製造方法を第４図に示
す。例えばＮ型シリコン基板から成る半導体基板３表面
に不純物濃度が低く接合の浅い第１のＰウェル領域５と
不純物濃度が比較的高く接合の深い第２．のＰウェル領
域６とを形成する（第４図（ａ））。第１のＰウェル領
域５表面に光電変換領域としてのＮ“不純物Ｔ４１４１
７と第２のＰウェル領域６表面に転送チャンネルとして
のＮ＋不純物領域８とを形成する（第４図（ｂ））、さ
らに第２のＰウェル領域６表面にチャンネル・ストッパ
としてのＰ＋不純物領域９を形成した後、半導体基板４
上の全面に絶縁層１０を形成する（第４図（Ｃ））、こ
の絶縁層１０上の、第２のＰつエル領域６に対応する所
定の場所に例えばポリシリコンから成る第１の転送電極
１１を形成し、この第１の転送電極１１の表面を酸化し
て酸化膜を形成した後、この酸化膜上の、第２のＰウェ
ル領域６に対応する所定の場所に第２の転送電極１２を
形成し、さらに第２の転送電極１２上に絶縁層を形成し
て、第１の転送電極１１および第２の転送電極１２が共
に絶縁層１０によって覆われた状態にするく第４図（ｄ
））。そしてこの絶縁層１０上の所定の場所に例えばＡ
１層から成る光シールド層１３を形成して＠１の転送電
極１１Ｊ３よび第２の転送電極１２の上方を完全に覆い
、さらにこの光シールド層１３および光電変換領域とし
てのＮ＋不純物領域７上の絶縁層１０上に例えばＰＳＧ
から成る光透過性のパッシベーション層１４が形成され
ている。

ところで電荷転送部２の転送チャンネルとしてのＮ＋不
純物領域８と光電変換領域としてのＮ＋不純物領域７と
の間には、第３図（ｂ）に示されるように、光電変換領
域から転送チセンネルへの電荷転送を制御するフィール
ドシフトゲート領域１５が存在する。このフィールドシ
フトゲート領域１５のフィールドシフトゲート長１はシ
ョート・チャンネルにならない程度に長くなければなら
ず、通常は合わせずれを考慮して３μｍ程度であり、こ
のことが固体撮像装置の高集積化にとって障害となって
いるという問題があった。

またこの程度の長さのフィールドシフトゲート領域にお
いては、光電変換領域と転送チャンネルとが同じ導電型
の不純物を拡散して形成された場合、この光電変換領域
と転送チＶンネルとが常にショート状態となる危険性が
大きく、画像欠陥をもたらすという問題があった。

さらに半導体基板３上に第１および第２の転送電極１１
．１２が重なりあって存在しているため、固体撮像装置
の表面の凹凸が大きく、この凹凸の激しい形成において
色フィルタを形成した場合、半導体基板３上に塗布され
たフィルタ材料の厚さむらに起因するストリエーション
現象が発生し、このストリエーション現象が発生した固
体撮像装置によるｌ１ｉｉＷｊｉは画面に縞状のむらが
現われるという問題があった。このストリエーション現
象とは半導体基板上にレジスト材料を回転塗布する際に
レジスタ材料が完全に均一に塗布されず、半導体基板上
にレジスト材料の放射状の膜厚むらができる現象である
。

また光シールド層１３の形成においても、凹凸の大きい
形状であるため、ＡＩを全面に蒸着し、エツチングによ
り所定のパターニングを行なう際に、場所場所によって
パターン変換差が大きくばらつき、転送電極の一部が光
シールド層１３によって覆われない事態が発生し、この
ことに起因して撮像における一種の感度むらが起こると
いう問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、集ｌａ度
を向上させると共に光電変換領域と転送チャンネルとの
ショートによる画像欠陥をなくし、さらにストリエーシ
ョンなどによる感度むらをなくするようにした固体撮像
装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明による固体撮像装置は、
半導体基板と、この半導体基板上に配列され、入射した
光により信号電荷を生成し蓄積する感光画素部と、この
感光画素部に隣接して配列され、前記感光画素部に蓄積
された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮
像装置において、前記半導体基板上の前記電荷転送部の
領域に溝を形成し、この溝の底面の前記半導体基板表面
に前記電荷転送部の転送チャンネルを形成し、前記溝の
側面の傾斜した前記半導体基板表面に、前記感光画素部
に蓄積された信号電荷をこの転送チャンネルに移送する
フィールドシフト・ゲート領域を形成し、前記溝内に前
記電荷転送部の転送電極を埋め込んだことを特徴とする
。

また本発明による固体撮像装置の製造方法は、半導体基
板表面に接合の浅い第１の第１導電型ウェル領域と接合
の深い第２の第１導電型ウェルとを形成する第１の工程
と、第２導電型不純物を添加して前記第１の第１ｙＪ電
型ウェル領域表面に感光画素部を形成し前記第２の第１
導電型ウェル領域表面に電荷転送部の転送チャンネルを
形成する第２の工程と、第１導電型不純物を添加して前
記第２の第１導電型ウェル領域表面にチｔ７ンネル・ス
トッパを形成する第３の工程と、前記半導体基板、上の
全面に絶縁層を形成する第４の工程と、前記第２の第１
１３電型ウェル領域、前記転送チャンネルおよび前記チ
ャンネル・ストッパの上の前記絶縁層上に前記電荷転送
部の転送電極を形成する第５の１程とを有する固体銀像
５Ａ置の製造方法において、前記第２の工程より前に、
前記電荷転送部の前記半導体基板上に溝を形成する工程
を有し、前記転送チャンネルが前記溝底面に設けられ、
前記感光画素部に蓄積された信号電荷を前記転送チャン
ネルに移送するフィールドシフト・ゲート領域が前記溝
側面の傾斜面に設けられ、前記転送電極が前記溝内に設
けられることを特徴とする。

これにより光電変換領域と転送チャンネルとに挟まれた
フィールドシフトゲートが半導体基板表面の傾斜面に形
成され、フィールドシフトゲート長が実効的に長くなる
と共に、電荷転送部における第１および第２の転送電極
が溝内ないしは満の上方に設置ノられ、固体Ｒ像！装置
表面の凹凸の程度が小さくなるようにしたものである。

〔発明の実施例） 本発明の一実施例による固体撮像装置の平面を第１図（
ａ＞に、そのＡ−Ａ’線断面を第１図（ｂ）に承り。入
射した光により信号電荷が生成され、蓄積される感光画
素部１は格子状に多数配列され、蓄積された信号電荷が
転送される垂直ＣＯＤレジスタから成る電荷転送部２は
感光画素部１に隣接して垂直ライン状に水平゛方向に交
互に配列され、水平レジスタから成る電荷転送部（図示
Ｖず）は垂直ＣＯＤレジスタがら成る電荷転送部２の最
下部に設けられている。第１図（ｂ）は１個の感光画素
部１およびこの感光画素部１に水平方向に隣接する電荷
転送部２の断面を示している。

Ｎ型半導体基板３表面の電荷転送部２に対応する部分に
溝が形成されている。また半導体基板４表面の感光画素
部１に対応する部分には不純物濃度が低く接合の浅い第
１のＰウェル領域５が形成され、電荷転送部２に対応す
る部分には不純物濃度が高く接合の深い第２のＰウェル
領１ｉｆｔ６が形成されている。第１のＰウェル領域５
表面には光電変換領域としてのＮ＋＋純物領域７が形成
され、第２のＰウェル領域６表面の底面には光電変換領
域としてのＮ＋＋純物領域７からの信号電荷を転送する
転送チャンネルとしてのＮ＋不純物領ＦｊＩ！、８が形
成されている。これら光電変換領域としてのＮ＋＋純物
領域７と転送チャンネルとしてのＮ＋＋純物領域８とに
挟まれた溝側面の傾斜部がフィールドシフトゲート領域
となることに特徴がある。

また第２のＰウェル領域表面にはチャンネル・ストッパ
としてのＰ＋不不純頭領１４１９形成されている。さら
に半導体基板３上には絶縁層１０が形成され、この絶縁
層１０内部に例えばポリシリコンから成る第１の転送電
極１１および第２の転送電極１２が互いに分離されて形
成されている。これらの第１および第２の転送電極１１
．１２は電荷転送部２において溝内に埋め込まれた形状
となっていることに特徴がある。第１および第２の転送
電極１１．１２の上方の絶縁層１０上には例えばＡＩＮ
Ｊから成る光シールド層１３が形成され、感光画素部１
以外の部分に光が入射しないようになっている。また光
電変換領域としてのＮ＋＋純物領域７土の絶縁層１０お
よび光シールド層１３の上に例えばＰＳＧから成る光透
過性のパッシベーション層１４が設けられている。

このように本実施例によれば光電変換領域と転送チャン
ネルに挟まれ、光電変換領域から転送チャンネルへの電
荷転送を制御するフィールドシフトゲート領域が半導体
基板３表面に形成された溝側面の傾斜面に形成されるた
め、そのフィールドシフトゲート長１が実効的に長くな
り、一方で固体撮像装置の集積磨を向上８゛せると共に
他方で光電変換領域と転送グーヤンネルとのショート状
態に起因する画像欠陥をなくずことができる。また電荷
転送部２において絶縁層１０内部に形成される第１およ
び第２の転送電極１１．１２が半導体基板３表面に形成
された溝内に埋め込まれた形状となるため、この電荷転
送部２におりる絶縁層１０の凸状の盛り上りは比較的小
さなものとなり、従来の固体Ｗｉ像装置と比較すると、
その表面の凹凸の程度は小さくなる。これによって光シ
ールド層１３の場所場所によるパターン変換差の大きな
ばらつきもなくなり、第１および第２の転送電極１１．
１２の一部が光シールド層１３によって覆われないこと
に起因する［ｉＨ！ｔにおける一種の感度むらが起こる
ことを防ぐことができる。また表面の凹凸形状によるス
トリエーション現象も発生しにくくなり、感光画素部１
の色フィルタは均一な厚さとなって色フィルタの厚さむ
らに起因する銀像画面におりる縞状のむらの発生を防ぐ
ことができる。

上′記実施例においてはＣＯＤ固体固体製像装置いて述
べたが、本発明はＭＯ８型固体ｌＩＩ像装置に対して−
ｂ適用することができる。

次に本発明の一実施例による固体搬像装置の製造方法を
第２図を用いて説明する。Ｎ型半導体基板３上に例えば
ＣＤ　Ｅ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｒｙ　［ｔｃｈｉｎ
ｇ）法を用いて溝４を形成する。この溝４１ＪＧＣＪ＊
まれた感光画素部に対応する半導体基板３表面に不純物
濃度が低く接合の浅い第１のＰウェル領域５と、満４内
側の半禮体基板３表面および感光画素部に垂直方向に隣
接して感光画素部を分離するｉｉ！ｉｉ素分離領域に対
応する半導体基板３表面に不純物濃度が比較的高く接合
の深い第２のＰウェル領域６とを形成するく第２図（ａ
））。次に第１のＰウェル領域５表面に光電変＃！ｌｌ
領域としてのＮ＋＋純物領域７と満４底面の第２のＰ・
シェル領域６表面に転送チャンネルとしてのＮ＋＋純物
領域８とを形成する（第２図（ｂ））。そして第２のＰ
ウェル領域６表面にチトンネル・ストッパとしてのＰ＋
不不純頭領９を形成した後、半導体基板３表面を酸化し
て絶縁層１０を形成する（第２図（Ｃ））。

この絶縁層１０上の第２のＰウェル領域６に対応する所
定の場所に例えばポリシリコンから成る第１の転送ｆｆ
ｆ極１１を形成するが、電荷転送部２においては溝４内
に埋め込まれた形状となる。この第１の転送電極１１表
面を酸化して絶縁層１０を形成した模、この絶縁層１０
上の第２のＰウェル領域６に対応する所定の場所に例え
ばポリシリコンから成る第２の転送電極１２を形成する
が電荷転送部２においては溝内に埋め込まれた形状とな
る。この第２の転送電極１２上に絶耘層１０を形成する
と、第１および第２の転送電極１１．１２は互いに絶縁
層１０によって分離されつつ、絶縁層１０に−こつて包
み込まれた状態となる（第２図（ｄ））。次にこの絶縁
層１０上の所定の場所に例えばＡ１層から成る光シール
ド層１３を形成し、第１および第２の転送電極１１　、
．１２の上方を完全に覆い、光電変換領域としてのＮ＋
不純物領滅７以外の部分に光が入射しないようにする。

そしてこの光シールド層および光電変換領域としてのＮ
“不純物領域７上の絶１１層１０上に例えばＰＳＧから
成る光透過性のパッシベーション層１４を形成する（第
２図（ｅ））。

このように本実施例によれば光電変換領域から転送チャ
ンネルへのｗｉＭ転送を制御するフィールドシフトゲー
ト領域が、満４問に挟まれた半導体基板３表面に形成さ
れた光電変換領域としてのＮ＋＋純物領域７と、＠４底
面の半導体基板３表面に形成された転送チャンネルとし
てのＮ＋＋純物領域８との間の満４側面の傾斜面に形成
されるため、そのフィールドシフトゲート長ｇが実効的
に長くなり、一方で固体撮像装置の集積度を向上させる
と共に他方で光電変換領域と転送チャンネルとのショー
ト状態に起因する画像欠陥をなくすことができる。また
電荷転送部において絶縁層１０内部に形成される第１お
よび第２の転送主働１１、．１２が半導体基板３表面に
形成した満４内に埋め込まれた形状となるため、この画
素分離領域における絶縁層１０の凸状の盛り上りは比較
的小さなものとなり、第１および第２の転送電極１１．
１２の上方に形成する光シールド層１３も場所場所によ
る変換差の大きなばらつきなく形成することができ、ま
た色フィルタの形成においても表面の凹凸形状によるス
トリエーション現象も発生しにくくなり感光画素部に均
一な厚さの色フィルタを形成することができる。こうし
て、第１および第２の転送部１４１１．１２の一部が光
シールド層１３によって覆われないことや感光画素部の
色フィルタの厚さむらに起因する撮像における感度むら
の発生を防ぐことができる。

上記実施例において半導体基板３上に満４を形成する１
稈は、第１および第２のＰウェル領域５゜６の形成前に
行なわれたが、第１および第２のＰウェル領域５，６の
形成後に第２のＰウェル領域６上に満４を形成してもよ
い。

また第１および第２のＰウェル領ＩＩｔ５．６の形成前
に満４を形成する上記実施例において、第１および第２
のＰウェル領域５，６の濃度および接合の深さを同一に
しても従来の縦形オーバフロードレイン構造と同様の効
果が得られる。

さらに上記実施例においてはＣＣＤ固体纏像裂開装置い
て述べたが、本発明はＭＯ８型固体＜ａ装置に対しても
適用できる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、感光画素部の光電変換領域
と電荷転送部の転送ヂレンネルとの間のフィールドシフ
ｌ−グー１−艮が実効的に長くなり、集積度を向上させ
ると共に光電変換領域と転送ヂャンネルとのショート状
態による画像欠陥をなくすことができる。また固体撮像
装置の表面における凹凸形状が軽減され、ストリエーシ
ョンなどによる感度むらをなくずことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による固体囮像装■を示ず平
面図および断面図、第２図は本発明の一実施例による固
体撮像装置の製造方法を示す工程図、第３図は従来の固
体ｇＦｉＩ装置を示す平面図および断面図、第４図は従
来の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 １・・・感光画素部、２・・・電荷転送部、３・・・半
導体基板、４・・・溝、５，６・・・Ｐウェル領域、７
，８・・・Ｎ＋不純物領域、９・・・Ｐ゛不純物領域、
１０・・・絶縁層、１１．１２・・・転送電極、１３・
・・光シールド層、１４・・・パッシベーション層、１
５・・・フィールドシフトゲート領域。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ｊ　　オ＼−２ （ａ） 第（図 巾　＋Ｑ　　つ リ　セ＝の　■ψ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と、この半導体基板上に配列され、入射
   した光により信号電荷を生成し蓄積する感光画素部と、
   この感光画素部に隣接して配列され、前記感光画素部に
   蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固
   体撮像装置において、 前記半導体基板上の前記電荷転送部の領域に溝を形成し
   、 この溝の底面の前記半導体基板表面に前記電荷転送部の
   転送チャンネルを形成し、 前記溝の側面の傾斜した前記半導体基板表面に、前記感
   光画素部に蓄積された信号電荷をこの転送チャンネルに
   移送するフィールドシフト・ゲート領域を形成し、 前記溝内に前記電荷転送部の転送電極を埋め込んだこと
   を特徴とする固体撮像装置。 ２、半導体基板表面に接合の浅い第１の第１導電型ウェ
   ル領域と接合の深い第２の第１導電型ウェルとを形成す
   る第１の工程と、第２導電型不純物を添加して前記第１
   の第１導電型ウェル領域表面に感光画素部を形成し前記
   第２の第１導電型ウェル領域表面に電荷転送部の転送チ
   ャンネルを形成する第２の工程と、第１導電型不純物を
   添加して前記第２の第１導電型ウェル領域表面にチャン
   ネル・ストッパを形成する第３の工程と、前記半導体基
   板上の全面に絶縁層を形成する第４の工程と、前記第２
   の第１導電型ウェル領域、前記転送チャンネルおよび前
   記チャンネル・ストッパの上の前記絶縁層上に前記電荷
   転送部の転送電極を形成する第５の工程とを有する固体
   撮像装置の製造方法において、 前記第２の工程より前に、前記電荷転送部の前記半導体
   基板上に溝を形成する工程を有し、前記転送チャンネル
   が前記溝底面に設けられ、前記感光画素部に蓄積された
   信号電荷を前記転送チャンネルに移送するフィールドシ
   フト・ゲート領域が前記溝側面の傾斜面に設けられ、前
   記転送電極が前記溝内に設けられることを特徴とする固
   体撮像装置の製造方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の固体撮像装置の製造方
   法において、 前記溝を形成する工程が前記第１の工程より前に実行さ
   れることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 ４、特許請求の範囲第２項記載の固体撮像装置の製造方
   法において、 前記溝を形成する工程が、前記第１の工程と、前記第２
   の工程との間に実行されることを特徴とする固体撮像装
   置の製造方法。