JP3011232B2

JP3011232B2 - 固体撮像素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP3011232B2
Application number: JP9040334A
Authority: JP
Inventors: 智弘小川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH10242446A; US6380977B1; KR19980071664A; KR100266803B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge C
oupled Device ）型固体撮像素子に関し、特にその素子
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ型固体撮像素子として、代
表的なものに、順次読出（プログレッシブ）ＣＣＤ型固
体撮像素子及びインタレースＣＣＤ型固体撮像素子があ
る。

【０００３】順次読出（プログレッシブ）ＣＣＤは、イ
メージ領域内に並べられた全ての単位画素からデータの
読出が可能なものであり、インタレースＣＣＤと比較し
て、当該イメージ領域の垂直方向における解像度が高い
という利点を有するものである。一方、順次読出ＣＣＤ
は、１つの画素に対して電荷を転送するための転送電極
を最低３個、より一般的には、４個設ける必要がある。

【０００４】以下に、従来の順次読出ＣＣＤ型固体撮像
素子及びインタレースＣＣＤ型固体撮像素子について、
夫々、従来例１及び従来例２として説明する。

【０００５】まず、従来の順次読出ＣＣＤ型固体撮像素
子として、従来例１のＣＣＤ型固体撮像素子について、
図８及び図９を用いて説明する。ここで、図８は、従来
例１のＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す平面図であ
る。また、図９（ａ）〜（ｃ）は、夫々、図８における
Ａ−Ａ´断面、Ｂ−Ｂ´断面、及びＣ−Ｃ´断面を示す
図である。

【０００６】従来例１のＣＣＤ型固体撮像素子は、図８
に示される様に、開口１２が設けられた光電変換部０
０、イメージ領域において光電変換部００の上下に設け
られた渡し部領域１０、イメージ領域において光電変換
部００及び渡し部領域１０の左右に設けられた電荷転送
領域０１を備えている。ここで、光電変換部００は、図
９に示される様に、遮光膜１１に対して設けられた開口
１２を有している。また、電荷転送領域０１は、第１乃
至第４の電荷転送電極０２乃至０５を備えており、渡し
部領域１０は、第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９
を備えている。更に、電荷転送領域０１の有する第１乃
至第４の電荷転送電極０２乃至０５は、夫々、渡し部領
域１０の有する第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９
により、イメージ領域の水平方向において隣接する電荷
転送領域０１の有する第１乃至第４の電荷転送電極０２
乃至０５と接続されている。特に、ここに挙げた従来例
１においては、第１転送電極０２及び第１渡し部配線０
６を第１のポリシリコン層で形成し、第２転送電極０３
及び第２渡し部配線０７並びに第４転送電極０５及び第
４渡し部配線０９を第２のポリシリコン層で形成し、第
３の転送電極０４及び第３の渡し部配線０８を第３のポ
リシリコン層で形成している。

【０００７】このような構成を備える従来例１のＣＣＤ
型固体撮像素子においては、開口１２より入力された光
が光電変換部００により電荷に変換され、当該電荷が電
荷転送領域０１により外部へ出力される。

【０００８】以下に、従来例１のＣＣＤ型固体撮像素子
の製造方法について、説明する（図９参照）。

【０００９】まず、ｎ型シリコン基板１３の表面にｐウ
ェル１４を形成する。次に、ｐウェル１４内の所定の領
域に、ｐ⁺型の素子分離領域１５、ｎ型の光電変換領域
１６、ｎ型の電荷転送領域１７を夫々形成する。次に、
全面に亘って窒化シリコンや酸化シリコンなどからなる
ゲート絶縁膜１８を形成する。

【００１０】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を堆積し、当該ポリシリコン層に対してパターニン
グを行い、第１の電荷転送電極０２及び第１の渡し部配
線０６として、第１のポリシリコン層を形成する。更
に、熱酸化を行い、第１のポリシリコン層の表面、即ち
第１の電荷転送電極０２及び第１の渡し部配線０６の周
囲部を酸化膜１９に変換する。

【００１１】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を堆積し、当該ポリシリコン層に対してパターニン
グを行い、第２の電荷転送電極０３、第２の渡し部配線
０７、第４の電荷転送電極０５及び第４の渡し部配線０
９として、第２のポリシリコン層を形成する。更に、熱
酸化を行い、第２のポリシリコン層の表面、即ち第２の
転送電極０３、第２の渡し部配線０７、第４の電荷転送
電極０５及び第４の渡し部配線０９の周囲部を酸化膜２
０に変換する。

【００１２】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を堆積し、当該ポリシリコン層に対してパターニン
グを行い、第３の電荷転送電極０４及び第３の渡し部配
線０８として、第３のポリシリコン層を形成する。

【００１３】その後、全体に絶縁膜２１を堆積する。更
に、アルミニウムやタングステンなどの金属からなる遮
光膜１１を堆積し、パターニングにより遮光膜１１の所
定の領域を除去し、開口１２を形成する。

【００１４】このようにして、図８及び図９に示される
従来例１のＣＣＤ固体撮像素子を得ることができる。

【００１５】次に、従来のインタレースＣＣＤ型固体撮
像素子として、従来例２のＣＣＤ型固体撮像素子につい
て、図１０及び図１１を用いて説明する。このインタレ
ースＣＣＤ型固体撮像素子は、従来、通常の包装用、業
務用、産業用、民生用テレビカメラに広く用いられてい
るものである。ここで、図１０は、従来例２のＣＣＤ型
固体撮像素子の構造を示す平面図である。また、図１１
（ａ）〜（ｃ）は、夫々、図１０におけるＡ−Ａ´断
面、Ｂ−Ｂ´断面、及びＣ−Ｃ´断面を示す図である。

【００１６】従来例２のＣＣＤ型固体撮像素子は、図１
０に示される様に、開口１２が設けられた光電変換部０
０、イメージ領域において光電変換部００の上下に設け
られた渡し部領域１０、イメージ領域において光電変換
部００及び渡し部領域１０の左右に設けられた電荷転送
領域０１を備えている。また、光電変換部００は、図１
１に示される様に、遮光膜１１に対して設けられた開口
１２を有している。また、電荷転送領域０１は、第１乃
至第４の電荷転送電極０２乃至０５を備えており、渡し
部領域は、第１及び第２の渡し部配線０６及び０７、又
は第３及び第４の渡し部配線０８及び０９を備えてい
る。更に、電荷転送領域０１の有する第１乃至第４の電
荷転送電極０２乃至０５は、夫々、渡し部領域１０の有
する第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９により、イ
メージ領域の水平方向において隣接する電荷転送領域０
１の有する第１乃至第４の電荷転送電極０２乃至０５と
接続されている。

【００１７】ここで、従来例１と比較した場合の従来例
２のＣＣＤ型固体撮像素子における構造的特徴として
は、渡し部領域１０の有する第１及び第２の渡し部配線
０６及び０７、又は第３及び第４の渡し部配線０８及び
０９が、夫々、２つのポリシリコン層を２段重ねにして
形成されていることが挙げられる。即ち、従来例２にお
いては、第１の渡し部配線０６の上に第２の渡し部配線
０７が重ねられて形成されており、また、第３の渡し部
配線０８の上に第４の渡し部配線０９が重ねられて形成
されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述した従来
例１及び従来例２の固体撮像素子は、以下に示される様
な問題点を有していた。

【００１９】即ち、従来例１及び従来例２の固体撮像素
子のいずれも、電荷転送電極及び渡し部配線が基板に対
して垂直な方向に多段に重ねられていることから、平坦
性が悪く、微細パターンの加工に関する困難性が生じる
などの問題を有していた。

【００２０】例えば、従来例１の固体撮像素子において
は、第１の電荷転送電極０２上に第２及び第４の電荷転
送電極０３及び０５が形成されており、更にその上に第
３の電荷転送電極０４が形成されていると共に、第１の
渡し部配線０６上に第２及び第４の渡し部配線０７及び
０９が形成されており、更にその上に第３の渡し部配線
０８が形成されている。即ち、このように電極又は配線
が重なる部分に着目すると、３つのポリシリコン層と酸
化膜１９及び酸化膜２０との全てが基板に対して垂直な
方向に重なることになるため、他の部分に比べて当該方
向における高さが高くなり、結果として平坦性が悪くな
っていた。また、平坦性が悪いことから、例えば開口１
２を形成する際等におけるフォトレジスト工程におい
て、厚いフォトレジスト膜を形成する必要が生じること
になる。更にフォーカスマージンが小さくなり微細パタ
ーンの加工が困難になったり、遮光膜１１のエッチング
時において、エッチング残りが生じる、即ち下地パター
ンが各電極又は配線の側壁部に対して残るといった問題
が生じていた。同様に、従来例２の固体撮像素子におい
ても、前述の通り、渡し部領域１０に関して、第１の渡
し部配線０６の上に第２の渡し部配線０７が重ねられて
形成されており、また、第３の渡し部配線０８の上に第
４の渡し部配線０９が重ねられて形成されていることか
ら、平坦性が悪く程度の差はあれ、従来例１と同様の問
題が生じていた。

【００２１】更に、従来例１においては、以下に示す理
由により、遮光膜１１に設けられる開口１２を大きくと
ることができず、それに起因して感度を高くすることが
困難であるといった問題が生じていた。

【００２２】即ち、イメージ領域において上下に隣接す
る２つの光電変換部００の間に設けられている渡し部領
域１０に着目すると（図８参照）、当該渡し部領域１０
には、第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９の４本の
配線が通過しており、更に、図９を参照すると、前述の
様に、第２のポリシリコン層で形成される第２の渡し部
配線０７と第４の渡し部配線０９とが横方向に（図８に
おいては縦方向に）並んでいることが理解される。この
ように渡し部領域１０において、第２の渡し部配線０７
と第４の渡し部配線０９とは、同一平面内に並んでいる
上に、それらの配線の有する幅を製造方法上狭めること
が困難であったため、従来例１においては、渡し部領域
１０に関し、ある程度の横幅を必要とすることになっ
た。そのため、従来例１においては、遮光膜１１に設け
られる開口１２の大きさが、渡し部領域１０の有する横
幅に制限されることになる。ここで、遮光膜１１に設け
られる開口１２の大きさは、即ちフォトダイオードの受
光部の大きさに対応している。結果として、従来例１に
おいては、感度を高くすることが困難となっていた。

【００２３】そこで、本発明は、順次読出ＣＣＤ型及び
インタレース型の夫々のタイプの固体撮像素子におい
て、平坦性の向上が図られると共に、特に順次読出ＣＣ
Ｄ型固体撮像素子において、感度の向上が図られた固体
撮像素子を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、以下に示す第１乃至第３
の固体撮像素子を提供する。

【００２５】即ち、本発明によれば、第１の固体撮像素
子として、複数の受光素子が互いに所定の間隔をもって
第１の所定方向に並べられてなる光電変換領域と、前記
受光素子において光電変換することにより得られる電荷
を転送するための電荷転送領域とを、前記第１の所定方
向に対して直交する方向である第２の所定方向に、交互
に、且つ、夫々所定数個備え、更に、前記第２の所定方
向に隣接する前記電荷転送領域を相互に接続するため
に、前記光電変換領域の前記所定の間隔に対して設けら
れた渡し部領域を備える固体撮像素子において、前記渡
し部領域は、前記第２の所定方向に延設された第１の配
線と、当該渡し部領域内において、該第１の配線の周囲
を覆うようにして形成された絶縁膜と、前記第１の所定
方向において前記第１の配線の有する側壁部に対して、
夫々、前記絶縁膜を介して設けられた第２及び第３の配
線であって、前記第２の所定方向に延設されるようにし
て形成された第２及び第３の配線とを備えていることを
特徴とする固体撮像素子が得られる。

【００２６】また、本発明によれば、第２の固体撮像素
子として、前記第１の固体撮像素子において、前記渡し
部領域は、前記第１の配線上に、前記第１、第２及び第
３の配線と絶縁されるようにして設けられた第４の配線
を更に備えていることを特徴とする固体撮像素子が得ら
れる。

【００２７】更に、本発明によれば、第３の固体撮像素
子として、複数の受光素子が互いに所定の間隔をもって
第１の所定方向に並べられてなる光電変換領域と、前記
受光素子において光電変換することにより得られる電荷
を転送するための電荷転送領域とを、前記第１の所定方
向に対して直交する方向である第２の所定方向に、交互
に、且つ、夫々所定数個備え、更に、前記第２の所定方
向に隣接する前記電荷転送領域を相互に接続するため
に、前記光電変換領域の前記所定の間隔に対して設けら
れた渡し部領域を備える固体撮像素子において、前記渡
し部領域は、前記第２の所定方向に延設された第１の配
線と、当該渡し部領域内において、該第１の配線の周囲
を覆うようにして形成された絶縁膜と、前記第１の所定
方向において前記第１の配線の有する側壁部の一方に対
して、前記絶縁膜を介して設けられた第２の配線であっ
て、前記第２の所定方向に延設されるようにして形成さ
れた第２の配線とを備えていることを特徴とする固体撮
像素子が得られる。

【００２８】また、本発明は、以下に示す固体撮像素子
の第１乃至第３の製造方法を提供する。

【００２９】即ち、本発明によれば、固体撮像素子の第
１の製造方法として、半導体基板上に、光電変換領域、
渡し部領域、及び電荷転送領域とを形成する第１の工程
と、前記光電変換領域、前記渡し部領域、及び前記電荷
転送領域の上に、第１の絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記第１の絶縁膜上に第１の導電体膜を堆積する第
３の工程と、該第１の導電体膜上における第１の所定領
域に第１のフォトレジストを形成する第４の工程と、前
記第１のフォトレジストをマスクとして、前記第１の導
電体膜に対して異方性エッチングを行い、前記電荷転送
領域内に第１の電荷転送電極を形成すると共に、前記渡
し部領域上に第１の配線を前記第１の電荷転送電極と連
続するようにして形成して、その後、前記第１のフォト
レジストを除去する第５の工程と、前記第１の電荷転送
電極及び第１の配線の露出する面を覆うようにして第２
の絶縁膜を形成する第６の工程と、全面に対して第２の
導電体膜を堆積する第７の工程と、該第２の導電体膜上
における第２の所定領域に第２のフォトレジストを形成
する第８の工程と、前記第２のフォトレジストをマスク
として、前記第２の導電体膜に対して異方性エッチング
を行うことにより、前記電荷転送領域内において前記第
２の所定領域の形状に対応した形状を有する第２及び第
３の電荷転送電極を形成すると共に、前記渡し部領域内
において、前記第１の配線の両側壁部に対して前記第２
の絶縁膜を夫々介するようにして、且つ、前記第２及び
第３の電荷転送電極と夫々連続するようにして、第２及
び第３の配線を形成して、その後、前記第２のフォトレ
ジストを除去する第９の工程とを備えることを特徴とす
る固体撮像素子の製造方法が得られる。

【００３０】また、本発明によれば、固体撮像素子の第
２の製造方法として、前記第１の製造方法において、前
記第９の工程後に、前記第２及び第３の電荷転送電極並
びに第２及び第３の配線の露出する面を覆うようにして
第３の絶縁膜を形成する第１０の工程と、全面に対して
前記第３の導電体膜を形成する第１１の工程と、該第３
の導電体膜上における第３の所定領域に第３のフォトレ
ジストを形成する第１２の工程と、該第３のフォトレジ
ストをマスクとして、前記第３の導電体膜に対してエッ
チングを行うことにより、前記電荷転送領域内に第４の
電荷転送電極を形成すると共に、前記渡し部領域内に第
４の配線を前記第４の電荷転送電極と連続して形成し
て、その後、前記第３のフォトレジストを除去する第１
３の工程とを備えることを特徴とする固体撮像素子の製
造方法が得られる。

【００３１】更に、本発明によれば、固体撮像素子の第
３の製造方法として、半導体基板上に、光電変換領域、
渡し部領域、及び電荷転送領域とを形成する第１の工程
と、前記光電変換領域、前記渡し部領域、及び前記電荷
転送領域の上に、第１の絶縁膜を形成する第２の工程
と、前記第１の絶縁膜上に第１の導電体膜を堆積する第
３の工程と、該第１の導電体膜上における第１の所定領
域に第１のフォトレジストを形成する第４の工程と、前
記第１のフォトレジストをマスクとして、前記第１の導
電体膜に対して異方性エッチングを行い、前記電荷転送
領域内に第１の電荷転送電極を形成すると共に、前記渡
し部領域上に第１の配線を前記第１の電荷転送電極と連
続するようにして形成して、その後、前記第１のフォト
レジストを除去する第５の工程と、前記第１の電荷転送
電極及び第１の配線の露出する面を覆うようにして第２
の絶縁膜を形成する第６の工程と、全面に対して第２の
導電体膜を堆積する第７の工程と、該第２の導電体膜上
における第２の所定領域に第２のフォトレジストを形成
する第８の工程と、前記第２のフォトレジストをマスク
として、前記第２の導電体膜に対して異方性エッチング
を行うことにより、前記電荷転送領域内において第２の
電荷転送電極を形成すると共に、前記渡し部領域内にお
いて、前記第１の配線の片側側壁部に対して前記第２の
絶縁膜を介するようにして、且つ、前記第２の電荷転送
電極と連続するようにして、第２の配線を形成して、そ
の後、前記第２のフォトレジストを除去する第９の工程
とを備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法が
得られる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態のＣ
ＣＤ型固体撮像素子について、図面を用いて説明する。

【００３３】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態のＣＣＤ型固体撮像素子は、図１及び図２に示さ
れるような構成を備えている。ここで、図１は、本実施
の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す平面図であ
る。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、夫々、図１における
Ａ−Ａ´断面、Ｂ−Ｂ´断面、及びＣ−Ｃ´断面を示す
図である。

【００３４】本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子は、
図１に示されるように、複数の光電変換部００と、複数
の渡し部領域１０と、複数の電荷転送領域０１とを備え
ている。

【００３５】電荷転送領域０１は、夫々、第１の所定方
向（図における上下方向）に延びるようにして設けられ
ている。また、複数の電荷転送領域０１は、第２の所定
方向（図における左右方向）において互いに間隔をあけ
て設けられている。第２の所定方向において隣接する電
荷転送領域０１に挟まれた領域には、複数の光電変換部
００が第１の所定方向に所定の間隔をもって並べられて
いる。また、第１の所定方向において隣接する光電変換
部００に挟まれるようにして、夫々の渡し部領域１０が
設けられている。ここで、第２の所定方向において隣接
する電荷転送領域０１に挟まれた領域、即ち、第１の所
定方向に渡し部領域１０及び光電変換部００が交互に並
べられてなる領域を、光電変換領域という。また、電荷
転送領域０１及び光電変換領域を備える領域全体をイメ
ージ領域といい、併せて、例えば図１における上下方向
をイメージ領域の上下方向と、図１における左右方向を
イメージ領域の水平方向と呼ぶ。

【００３６】光電変換部００の夫々は、開口１２を有し
ており、光を受けて光電変換するためのものである。電
荷転送領域０１の夫々は、対応する光電変換部００にお
いて光電変換することにより得られる電荷を転送するた
めのものである。渡し部領域１０は、第２の所定方向に
おいて隣接する電荷転送領域０１を相互に接続するため
のものである。

【００３７】更に詳しくは、光電変換部００は、図２
（ａ）に示されるように、遮光膜１１に対して設けられ
た開口１２を有している。また、電荷転送領域０１は、
図２（ｂ）に示されるように、第１乃至第４の電荷転送
電極０２乃至０５を備えており、渡し部領域１０は、図
２（ａ）に示されるように、第１乃至第４の渡し部配線
０６乃至０９を備えている。ここで、第１乃至第４の電
荷転送電極０２乃至０５は、図示された断面内におい
て、互いに絶縁体を介することにより、電気的に分離さ
れている。同様に、図示された断面内において、第１乃
至第４の渡し部配線０６乃至０９も互いに絶縁されてい
る。更に、電荷転送領域０１の有する第１乃至第４の電
荷転送電極０２乃至０５は、夫々、渡し部領域１０の有
する第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９により、イ
メージ領域の水平方向において隣接する他の電荷転送領
域０１の有する第１乃至第４の電荷転送電極０２乃至０
５と接続されている。特に、本実施の形態においては、
第１の電荷転送電極０２及び第１の渡し部配線０６を第
１のポリシリコン層で形成し、第２の電荷転送電極０３
及び第２の渡し部配線０７、並びに第４の電荷転送電極
０５及び第４の渡し部配線０９を第２のポリシリコン層
で形成し、更に、第３の電荷転送電極０４及び第３の渡
し部配線０８を第３のポリシリコン層で形成している。

【００３８】このような構成を備える本実施の形態のＣ
ＣＤ型固体撮像素子においては、開口１２より入力され
た光が光電変換部００により電荷に変換され、当該電荷
が電荷転送領域０１により外部（図示せず）に出力され
る。

【００３９】以下に、本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像
素子の製造方法について、図１乃至図４を用いて説明す
る。

【００４０】まず、ｎ型シリコン基板１３の表面にｐウ
ェル領域１４を形成する。次にｐ⁺型の素子分離領域１
５、ｎ型の光電変換部１６、ｎ型の電荷転送領域１７を
夫々形成する。

【００４１】次に、全面に亘って窒化シリコンや酸化シ
リコンなどからなるゲート絶縁膜１８を形成する。

【００４２】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を例えばゲート絶縁膜１８上の全面に堆積した後、
所定の形状のホトレジストを用いてパターニングを行
い、第１の電荷転送電極０２及び第１の渡し部配線０６
として第１のポリシリコン層を形成し、ホトレジストを
除去する。更に、熱酸化を行い、第１のポリシリコン層
の表面、即ち、第１の電荷転送電極０２及び第１の渡し
部配線０６の周囲部を酸化膜１９に変換する。尚、以下
この実施の形態において、単に第１の渡し部配線０６の
側壁部といった場合、酸化膜１９を含めた第１の渡し部
配線０６の周囲部全体における側壁部（図１の上下方向
における側壁部、即ち図２（ａ）の左右方向における側
壁部）を指すものとする。

【００４３】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を堆積し、図３及び図４に示されるように、所定の
領域にのみホトレジスト２２のレジストパターンを形成
する。ここで、所定の領域とは、電荷転送部０１におけ
る第２の電荷転送電極０３及び第４の電荷転送電極０５
を形成したい予定の部分をいう。

【００４４】次に、このようにして設けられたホトレジ
スト２２をマスクとして、異方性エッチング法によりポ
リシリコン層をエッチングして、第２のポリシリコン層
を形成し、ホトレジストを除去する。この第２のポリシ
リコン層は、前述の通り、第２及び第４の電荷転送電極
０３及び０５、並びに第２及び第４の渡し部配線０７及
び０９を構成するものである。この第２のポリシリコン
層について、その形状を更に細かく説明する。第２のポ
リシリコン層の内、ホトレジスト２２にてマスクされて
いた部分は、エッチングされずに残った部分であり、第
２の電荷転送電極０３と第４の電荷転送電極０５とな
る。これに対して、ホトレジスト２２によりマスクされ
なかった部分はエッチングされることになる。しかしな
がら、当該エッチングとして異方性エッチングを適用し
ていることから、第１の渡し部配線０６両側壁部分に
は、第２のポリシリコン層の一部も残ることになる（図
２（ａ）において参照符号０７及び０９で示されるも
の）。このエッチングされずに残った第２のポリシリコ
ン層、即ち第２のポリシリコン層の内、第２及び第４の
電荷転送電極０３及び０５を除いた残りの部分が、夫
々、第２の渡し部配線０７及び第４の渡し部配線０９と
なる。尚、図面から理解されることではあるが、第２の
渡し部配線０７及び第２の電荷転送電極０３は連続して
形成され、同様に、第４の渡し部配線０９及び第４の電
荷転送電極０５は連続して形成されている。従って、夫
々の第２の渡し部配線０７に着目すると、第２の所定方
向において隣接する２つの第２の電荷転送電極０３を相
互に接続していることになり、同様に夫々の第４の渡し
部配線０９は、第２の所定方向において隣接する２つの
第４の電荷転送電極０５を相互に接続していることにな
る。ここで、注意すべき点は、第２及び第４の渡し部配
線０７及び０９は、第１の渡し部配線０６の上方（図２
（ａ）における上方）には、実質的に形成されていない
ことである。このように構成することによって、電極や
配線が構成されていない光電変換部００との平坦性を向
上させることができる。また、第２及び第４の渡し部配
線０７及び０９は、異方性エッチングを利用して自己整
合的に形成されることから、その厚みが非常に薄いもの
となる。その結果、後の工程において、例えば、図２
（ａ）の横方向に着目すると、開口１２を大きくとるこ
とが可能となる。

【００４５】このようにして第２及び第４の渡し部配線
０７及び０９等を形成した後、他のホトレジストパター
ン（図示せず）を用いて、第１のポリシリコン層側壁部
に残っている不要なポリシリコン等を除去し、整える。

【００４６】次に、熱酸化により、第２のポリシリコ
ン、即ち第２及び第４の渡し部配線０７及び０９並びに
第２及び第４の電荷転送電極０３及び０５の周囲部に酸
化膜２０を形成する。

【００４７】次に、リンなどを不純物として含む他のポ
リシリコン層を更に、全面に亘って堆積し、パターニン
グを行って、図２に示されるように、連続して形成され
る第３の電荷転送電極０４及び第３の渡し部配線０８と
して、第３のポリシリコン層を構成する。

【００４８】更に、全面に亘って絶縁膜２１を堆積し、
次にアルミニウムやタングステンなどの金属からなる遮
光膜１１を堆積し、遮光膜１１に対してパターニングを
行い、開口１２を形成する。この際、前述のように、第
２及び第４の渡し部配線０７及び０９の厚みを抑えるこ
とができたことから、従来技術と比較して開口１２を大
きくとることが可能である。

【００４９】このようにして、図１及び図２に示される
ような本実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子を得ること
ができる。

【００５０】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態のＣＣＤ型固体撮像素子は、図５及び図６に示さ
れるような構成を備えている。ここで、図５は、本実施
の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す平面図であ
る。また、図６（ａ）〜（ｃ）は、夫々、図５における
Ａ−Ａ´断面、Ｂ−Ｂ´断面、及びＣ−Ｃ´断面を示す
図である。本実施の形態は、本発明の概念をインタレー
スＣＣＤ型固体撮像素子に適用したものである。

【００５１】本実施の形態のインタレースＣＣＤ型固体
撮像素子は、図５に示されるように、複数の光電変換部
００と、複数の渡し部領域１０と、複数の電荷転送領域
０１とを備えている。

【００５２】電荷転送領域０１は、第１の所定方向（図
における上下方向）に延びるようにして設けられてい
る。また、複数の電荷転送領域０１は、第２の所定方向
（図における左右方向）において互いに間隔をあけて設
けられている。第２の所定方向において隣接する電荷転
送領域０１に挟まれた領域には、複数の光電変換部００
が第１の所定方向において隣接する光電変換部００に挟
まれるようにして、それぞれの渡し部領域１０が設けら
れている。本実施の形態においても、第１の実施の形態
と同様、第２の所定方向において隣接する電荷転送領域
０１に挟まれた領域、即ち、第１の所定方向に渡し部領
域１０及び光電変換部００が交互に並べられてなる領域
を、光電変換領域という。また、電荷転送領域０１及び
光電変換領域を備える領域全体をイメージ領域といい、
併せて、例えば図５における上下方向をイメージ領域の
上下方向と、図５における左右方向をイメージ領域の水
平方向と呼ぶ。

【００５３】光電変換部００の夫々は、開口１２を有し
ており、光を受けて光電変換するためのものである。電
荷転送領域０１の夫々は、対応する光電変換部００にお
いて光電変換することにより得られる電荷を転送するた
めのものである。渡し部領域１０は、第２の所定方向に
おいて隣接する電荷転送領域０１を相互に接続するため
のものである。

【００５４】更に詳しくは、光電変換部００は、図６
（ａ）に示されるように、遮光膜１１に対して設けられ
た開口１２を有している。また、電荷転送領域０１は、
図６（ｂ）に示されるように、イメージ領域の垂直方向
２画素に対して、第１乃至第４の電荷転送電極０２乃至
０５を備えている。同様に、渡し部領域１０は、図６
（ａ）に示されるように、イメージ領域の垂直方向２画
素に対して、第１乃至第４の渡し部配線０６乃至０９を
備えている。ここで、第１乃至第４の電荷転送電極０２
乃至０５は、図示された断面内において、互いに絶縁体
を介することにより電気的に分離されている。同様に、
図示された断面内において、第１乃至第４の渡し部配線
０６乃至０９も互いに絶縁されている。更に、更に、電
荷転送領域０１の有する第１乃至第４の電荷転送電極０
２乃至０５は、夫々、渡し部領域１０の有する第１乃至
第４の渡し部配線０６乃至０９により、イメージ領域の
水平方向において隣接する他の電荷転送領域０１の有す
る第１乃至第４の電荷転送電極０２乃至０５と接続され
ている。特に、本実施の形態においては、図６（ａ）に
示されるように、渡し部領域１０において、第１のポリ
シリコン層で形成されている第１の渡し部配線０６又は
第３の渡し部配線０８の酸化膜１９を含めた第１の渡し
部配線０６の周囲部全体における側壁部、即ち第１の実
施の形態において定義された「第１の渡し部配線０６の
側壁部」を本実施の形態に準用して得られる第１又は第
３の渡し部配線０６又は０８側壁部に対して、夫々、第
２又は第４の渡し部配線０７又は０９を有している。そ
の結果、図からも明らかなように、、従来例と比較して
平坦性が増すことになる。また、これら第２又は第４の
渡し部配線０７又は０９は、後述するように自己整合的
に得られるものであるため、そのイメージ領域垂直方向
における厚みを薄くすることができる。

【００５５】以下に、本実施の形態のインタレースＣＣ
Ｄ型固体撮像素子の製造方法について説明する。

【００５６】まず、ｎ型シリコン基板１３の表面にｐウ
ェル領域１４を形成する。次に、次にｐ⁺型の素子分離
領域１５、ｎ型の光電変換部１６、ｎ型の電荷転送領域
１７を夫々形成する。

【００５７】次に、全面に亘って窒化シリコンや酸化シ
リコンなどからなるゲート絶縁膜１８を形成する。

【００５８】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を、例えばゲート絶縁膜１８上の全面に堆積した
後、所定の形状のホトレジストを用いてパターニングを
行い、第１の電荷転送電極０２及び第３の電荷転送電極
０４、並びに第１の渡し部配線０６及び第３の渡し部配
線０８として第１のポリシリコン層を形成し、ホトレジ
ストを除去する。更に、熱酸化を行い、第１のポリシリ
コン層の表面、即ち、第１及び第３の電荷転送電極０２
及び０４並びに第１及び第３の渡し部配線０６及び０８
の周囲部を酸化膜１９に変換する。

【００５９】次に、リンなどの不純物を含むポリシリコ
ン層を全面に亘って堆積し、図７に示されるように、ホ
トレジスト２３をマスクとして所定の条件によるエッチ
ングを行う。ここで、所定の条件とは、以下の２つの条
件をいう。即ち、第１の条件は、第２及び第４の電荷転
送電極０３及び０５並びに第２及び第４の渡し部配線０
７及び０９を形成する領域を残すようにしてポリシリコ
ン層をエッチングすることである。第２の条件は、第１
の電荷転送電極０２及び第３の電荷転送電極０４の側壁
部に堆積しているポリシリコンの内、不要部分となるも
のをエッチングできることである。

【００６０】このような条件の下、エッチングを行った
後、ホトレジスト２３を除去し、その後、更に、新たな
ホトレジスト２２を形成する。このホトレジスト２２の
形状は、図５に示される電荷転送領域０１における第２
及び第４の電荷転送電極０３及び０５の形状と同じであ
る（渡し部領域１０における第２及び第４の渡し部配線
０７及び０９は含まない。）。

【００６１】このような形状を有するホトレジスト２２
をマスクとして、異方性エッチング法によりポリシリコ
ン層を更にエッチングして、第２のポリシリコン層を形
成しホトレジスト２２を除去する。この第２のポリシリ
コン層は、前述の通り、第２及び第４の電荷転送電極０
３及び０５、並びに第２及び第４の渡し部配線０７及び
０９を構成するものである。この第２のポリシリコン層
についてその形状を更に細かく説明する。第２のポリシ
リコン層の内、ホトレジスト２２にてマスクされていた
部分は、エッチングされずに残った部分であり、ホトレ
ジスト２２の形状から理解されるように、第２及び第４
の電荷転送電極０３及び０５となる。これに対して、ホ
トレジスト２２によりマスクされなかった部分は、エッ
チングされることになる。しかしながら、当該エッチン
グとして異方性エッチングを適用していることから、第
１及び第３の渡し部配線０６及び０８の側壁部分には、
第２のポリシリコン層の一部も残ることになる（図６
（ａ）において参照符号０７及び０９で示されるも
の）。結果として、ホトレジスト２３によるエッチング
の条件とホトレジスト２２の形状とから、当該残った部
分が第２及び第４の渡し部配線０７及び０９となる。
尚、図面から理解されることではあるが、第２の渡し部
配線０７及び第２の電荷転送電極０３は連続して形成さ
れ、同様に、第４の渡し部配線０９及び第４の電荷転送
電極０５は連続して形成されている。従って、夫々の第
２の渡し部配線０７に着目すると、第２の所定方向にお
いて隣接する２つの第２の電荷転送電極０３を相互に接
続していることになり、同様に夫々の第４の渡し部配線
０９は、第２の所定方向において隣接する２つの第４の
電荷転送電極０５を相互に接続していることになる。

【００６２】ここで、注意すべき点は、第２及び第４の
渡し部配線０７及び０９は、第１及び第３の渡し部配線
０２及び０４の上方（図６（ａ）における上方）には、
実質的に形成されていないことである。このように構成
することによって、電極や配線が構成されていない光電
変換部００との平坦性を向上させることができる。ま
た、第２及び第４の渡し部配線０７及び０９は、異方性
エッチングを利用して自己整合的に形成されることか
ら、その厚みが非常に薄いものとなる。その結果、後の
工程において、例えば、図６（ａ）の横方向に着目する
と、開口１２を大きくとることが可能となる。

【００６３】このようにして第２及び第４の渡し部配線
０７及び０９等を形成した後、第２のポリシリコン、即
ち第２及び第４の渡し部配線０７及び０９並びに第２及
び第４の電荷転送電極０３及び０５の上部に全面に酸化
膜２１を堆積する。

【００６４】次に、アルミニウムやタングステンなどの
金属からなる遮光膜１１を堆積し、遮光膜１１に対して
パターニングを行い、開口１２を形成する。

【００６５】このようにして、図５及び図６に示される
ような本実施の形態のインタレースＣＣＤ型固体撮像素
子を得ることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、渡し部領域において従来積み重ねられていた渡し部
配線に関して、一の渡し部配線の側壁部に他の渡し部配
線を配するようにして構成していることから、平坦性が
増すことになる。また、全体にレジストを塗布する際
に、薄いホトレジストを使用することができ、このため
フォーカスマージンが大きくなり、結果として微細パタ
ーンの加工が容易になる。また、遮光膜をエッチングす
る際に下地パターンの側壁部にエッチング残りが生じに
くくなることから歩留まりが向上する。

【００６７】また、上に述べた他の渡し部配線は、一の
渡し部配線の側壁部に対して自己整合的に形成されるた
め、イメージ領域垂直方向における厚みは、第２のポリ
シリコン層の堆積膜厚とほぼ等しくなり、例えば１００
〜２００nmと非常に薄いものとすることができる。結果
として、遮光膜に設けられる開口を大きくすることがで
き、同スケールの従来例と比較して約２０％の感度向上
が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の構
成を示す平面図である。

【図２】（ａ）図１におけるＡ−Ａ´断面を示す断面図
である。（ｂ）図１におけるＢ−Ｂ´断面を示す断面図
である。（ｃ）図１におけるＣ−Ｃ´断面を示す断面図
である。

【図３】第１の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の製
造工程の一つを示す平面図である。

【図４】（ａ）図３におけるＡ−Ａ´断面を示す断面図
である。（ｂ）図３におけるＢ−Ｂ´断面を示す断面図
である。（ｃ）図３におけるＣ−Ｃ´断面を示す断面図
である。

【図５】第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の構
成を示す平面図である。

【図６】（ａ）図５におけるＡ−Ａ´断面を示す断面図
である。（ｂ）図５におけるＢ−Ｂ´断面を示す断面図
である。（ｃ）図５におけるＣ−Ｃ´断面を示す断面図
である。

【図７】第２の実施の形態のＣＣＤ型固体撮像素子の製
造工程の一つを示す平面図である。

【図８】従来例１のＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す
平面図である。

【図９】（ａ）図８におけるＡ−Ａ´断面を示す断面図
である。（ｂ）図８におけるＢ−Ｂ´断面を示す断面図
である。（ｃ）図８におけるＣ−Ｃ´断面を示す断面図
である。

【図１０】従来例２のＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示
す平面図である。

【図１１】（ａ）図１０におけるＡ−Ａ´断面を示す断
面図である。（ｂ）図１０におけるＢ−Ｂ´断面を示す
断面図である。（ｃ）図１０におけるＣ−Ｃ´断面を示
す断面図である。

【符号の説明】

００光電変換部１１遮光膜１２開口０１電荷転送領域０２第１の電荷転送電極０３第２の電荷転送電極０４第３の電荷転送電極０５第４の電荷転送電極１０渡し部領域０６第１の渡し部配線０７第２の渡し部配線０８第３の渡し部配線０９第４の渡し部配線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の受光素子が互いに所定の間隔をも
って第１の所定方向に並べられてなる光電変換領域と、
前記受光素子において光電変換することにより得られる
電荷を転送するための電荷転送領域とを、前記第１の所
定方向に対して直交する方向である第２の所定方向に、
交互に、且つ、夫々所定数個備え、更に、前記第２の所
定方向に隣接する前記電荷転送領域を相互に接続するた
めに、前記光電変換領域の前記所定の間隔に対して設け
られた渡し部領域を備える固体撮像素子において、前記渡し部領域は、前記第２の所定方向に延設された第１の配線と、当該渡し部領域内において、該第１の配線の周囲を覆う
ようにして形成された絶縁膜と、前記第１の所定方向において前記第１の配線の有する側
壁部に対して、夫々、前記絶縁膜を介して設けられた第
２及び第３の配線であって、前記第１の配線の上方には
存在しないようにして且つ前記第２の所定方向に延設さ
れるようにして形成された第２及び第３の配線とを備え
ていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】請求項１に記載の固体撮像素子におい
て、前記渡し部領域は、前記第１の配線上に、前記第
１、第２及び第３の配線と絶縁されるようにして設けら
れた第４の配線を更に備えていることを特徴とする固体
撮像素子。
【請求項３】複数の受光素子が互いに所定の間隔をも
って第１の所定方向に並べられてなる光電変換領域と、
前記受光素子において光電変換することにより得られる
電荷を転送するための電荷転送領域とを、前記第１の所
定方向に対して直交する方向である第２の所定方向に、
交互に、且つ、夫々所定数個備え、更に、前記第２の所
定方向に隣接する前記電荷転送領域を相互に接続するた
めに、前記光電変換領域の前記所定の間隔に対して設け
られた渡し部領域を備える固体撮像素子において、前記渡し部領域は、前記第２の所定方向に延設された第１の配線と、当該渡し部領域内において、該第１の配線の周囲を覆う
ようにして形成された絶縁膜と、前記第１の所定方向において前記第１の配線の有する側
壁部の一方に対して、前記絶縁膜を介して設けられた第
２の配線であって、前記第１の配線の上方には存在しな
いようにして且つ前記第２の所定方向に延設されるよう
にして形成された第２の配線とを備えていることを特徴
とする固体撮像素子。
【請求項４】半導体基板上に、光電変換領域、渡し部
領域、及び電荷転送領域とを形成する第１の工程と、前記光電変換領域、前記渡し部領域、及び前記電荷転送
領域の上に、第１の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記第１の絶縁膜上に第１の導電体膜を堆積する第３の
工程と、該第１の導電体膜上における第１の所定領域に第１のフ
ォトレジストを形成する第４の工程と、前記第１のフォトレジストをマスクとして、前記第１の
導電体膜に対して異方性エッチングを行い、前記電荷転
送領域内に第１の電荷転送電極を形成すると共に、前記
渡し部領域上に第１の配線を前記第１の電荷転送電極と
連続するようにして形成して、その後、前記第１のフォ
トレジストを除去する第５の工程と、前記第１の電荷転送電極及び第１の配線の露出する面を
覆うようにして第２の絶縁膜を形成する第６の工程と、全面に対して第２の導電体膜を堆積する第７の工程と、該第２の導電体膜上における前記電荷転送領域内の第２
の所定領域にのみ第２のフォトレジストを形成する第８
の工程と、前記第２のフォトレジストをマスクとして、前記第２の
導電体膜に対して異方性エッチングを行うことにより、
前記電荷転送領域内において前記第２の所定領域の形状
に対応した形状を有する第２及び第３の電荷転送電極を
形成すると共に、前記渡し部領域内において、前記第１
の配線の両側壁部に対して前記第２の絶縁膜を夫々介し
て存在すると共に前記第１の配線の上方には存在しない
ようにして、且つ、前記第２及び第３の電荷転送電極と
夫々連続するようにして、第２及び第３の配線を形成し
て、その後、前記第２のフォトレジストを除去する第９
の工程とを備えることを特徴とする固体撮像素子の製造
方法。
【請求項５】請求項４に記載の固体撮像素子の製造方
法であって、前記第９の工程後に、前記第２及び第３の電荷転送電極並びに第２及び第３の
配線の露出する面を覆うようにして第３の絶縁膜を形成
する第１０の工程と、全面に対して前記第３の導電体膜を形成する第１１の工
程と、該第３の導電体膜上における第３の所定領域に第３のフ
ォトレジストを形成する第１２の工程と、該第３のフォトレジストをマスクとして、前記第３の導
電体膜に対してエッチングを行うことにより、前記電荷
転送領域内に第４の電荷転送電極を形成すると共に、前
記渡し部領域内に第４の配線を前記第４の電荷転送電極
と連続して形成して、その後、前記第３のフォトレジス
トを除去する第１３の工程とを備えることを特徴とする
固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】半導体基板上に、光電変換領域、渡し部
領域、及び電荷転送領域とを形成する第１の工程と、前記光電変換領域、前記渡し部領域、及び前記電荷転送
領域の上に、第１の絶縁膜を形成する第２の工程と、前記第１の絶縁膜上に第１の導電体膜を堆積する第３の
工程と、該第１の導電体膜上における第１の所定領域に第１のフ
ォトレジストを形成する第４の工程と、前記第１のフォトレジストをマスクとして、前記第１の
導電体膜に対して異方性エッチングを行い、前記電荷転
送領域内に第１の電荷転送電極を形成すると共に、前記
渡し部領域上に第１の配線を前記第１の電荷転送電極と
連続するようにして形成して、その後、前記第１のフォ
トレジストを除去する第５の工程と、前記第１の電荷転送電極及び第１の配線の露出する面を
覆うようにして第２の絶縁膜を形成する第６の工程と、全面に対して第２の導電体膜を堆積する第７の工程と、該第２の導電体膜上における前記電荷転送領域内の第２
の所定領域にのみ第２のフォトレジストを形成する第８
の工程と、前記第２のフォトレジストをマスクとして、前記第２の
導電体膜に対して異方性エッチングを行うことにより、
前記電荷転送領域内において第２の電荷転送電極を形成
すると共に、前記渡し部領域内において、前記第１の配
線の片側側壁部に対して前記第２の絶縁膜を介して存在
すると共に前記第１の配線の上方には存在しないように
して、且つ、前記第２の電荷転送電極と連続するように
して、第２の配線を形成して、その後、前記第２のフォ
トレジストを除去する第９の工程とを備えることを特徴
とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】複数の受光素子が互いに所定の間隔をも
って第１の所定方向に並べられてなる光電変換領域と、
前記受光素子で光電変換することにより得られる電荷を
転送するために第１乃至第３の電荷転送電極を有する電
荷転送領域とを、前記第１の所定方向に対して直交する
方向である第２の所定方向に、交互に、且つ、夫々所定
数個備え、更に、前記第２の所定方向に隣接する前記電
荷転送領域の有する前記第１乃至第３の電荷転送電極の
夫々を相互に接続するために、前記光電変換領域の前記
所定の間隔に対して設けられた渡し部領域を備える固体
撮像素子において、前記渡し部領域は、前記第２の所定方向に延設されて、前記第２の所定方向
に隣接する前記第１の電荷転送電極を相互に接続するた
めの第１の配線と、当該渡し部領域内において、該第１の配線の周囲を覆う
ようにして形成された絶縁膜と、前記第１の所定方向において前記第１の配線の有する側
壁部に対して、夫々、前記絶縁膜を介して設けられた第
２及び第３の配線であって、前記第１の配線の上方には
存在しないようにして且つ前記第２の所定方向に延設さ
れ、前記第２の所定方向に隣接する前記第２及び第３の
電荷転送電極を夫々相互に接続するための第２及び第３
の配線とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。