(57)【要約】【課題】絶縁層を介して混入光の多重反射で電荷が発生し、転送チャネルに流れ込むことで生じるスミア要因を低減する。【解決手段】受光部１の水平方向Ｈに隣接配置され、垂直方向Ｖに延びる電荷転送部３が、水平方向Ｈに並ぶ受光部１間に延在する。電荷転送部３上で垂直方向Ｖに交互に繰り返し、シリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐからなる転送電極７が配列される。この転送電極７上には、絶縁層９を介在させて遮光膜となるシャント配線１３が配置される。シャント配線１３は、電荷転送部３上において、転送電極７とコンタクトホール１２により接続される。この構成により、シャント配線１３と転送電極７（導電膜のポリシリコン膜７ｐ）間の絶縁層厚を確保し、全面を覆う絶縁層９の層厚をシリコン酸化膜７ｓの厚さ分薄くでき、混入する光を低減してスミア要因を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部と、絶縁膜および導電膜が同寸法の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジスタ上に絶縁層を介して配置し、前記転送電極と接続するシャント用配線層とを有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記垂直転送レジスタの転送電極と接続するシャント用配線層が、前記垂直転送レジスタの遮光機能も兼用していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極の前記絶縁膜の厚みが  ２０〜１００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
複数の受光部を形成する工程と、同一マスクパターンを用いて絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタを形成する工程と、前記垂直転送レジスタ上に絶縁層を形成する工程と、前記転送電極とコンタクトホールを介して接続するシャント用配線層を形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタを形成する工程において、前記絶縁膜がシリコン酸化膜、前記導電膜がポリシリコン膜であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に係り、特に、出力画像の画質を改善した固体撮像素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＴＶ用固体撮像装置等に代表される比較的イメージサイズの大きな（例えば、１インチ、２／３インチ等）固体撮像装置において用いられる、イメージ領域の両側からポリシリコン転送電極に駆動パルスを供給する方式では、ポリシリコン転送電極の高抵抗，大容量のために、特に、転送スピードが速くなった場合イメージ領域の中央部において、著しくパルス振幅が減少し、最大転送電荷量が減少するという欠点があった。
【０００３】
前述した欠点を克服するために垂直電荷転送部を構成する転送電極に駆動パルスを供給する金属配線を、前記垂直電荷転送部の遮光膜として機能させる方式が提案され使用されてきた。
【０００４】
図３は、前述した技術を使用した４相駆動の固体撮像素子におけるイメージ領域の一部を示す平面図である。
【０００５】
垂直電荷転送部を構成するポリシリコンからなる垂直電荷の第１，第２転送電極７ａ，７ｂは、４画素周期で遮光膜を兼ねる金属配線（シャント配線）１３とコンタクトホール１２を介して接続されており、これにより等価的に第１，第２転送電極７ａ，７ｂの配線抵抗を低減し、パルス振幅の低下を抑制することができる。
【０００６】
図４（ａ）〜（ｄ）に従来技術に係る固体撮像素子の製造方法を示す。図４（ａ）には、ｐ型Ｓｉ基板１９の表面部にフォトダイオード等の感光画素となる受光部１、ｎ型の電荷転送部３が形成され、その上にゲート酸化膜５、ポリシリコン等からなる第１転送電極（図示せず）、第２転送電極７ｂがそれぞれ形成された時点における断面を示している。さらに、図４（ｂ）には、第２転送電極７ｂは絶縁層９により囲まれている。
【０００７】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２転送電極７ｂ上の絶縁層９にコンタクトホール１２を設ける。もちろん、図示していない第１転送電極７ａ上に形成された絶縁層９にもコンタクトホール１２を設ける。
【０００８】
その後、図４（ｄ）に示すように、第２転送電極７ｂ上のコンタクトホール１２部分、また図示しない第１転送電極７ａ上のコンタクトホール１２部分にも遮光電極であるシャント配線１３を形成する。
【０００９】
シャント配線１３は、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、これらのポリサイド膜、またはシリコンを添加したアルミニウム膜等によって形成する。シャント配線１３の大きさは、転送電極７を完全に覆うことができ、電荷転送部３に光が混入しない程度のものとする。
【００１０】
従来のシャント配線構造では、シャント配線１３と転送チャネルの転送電極７間で絶縁層９の厚さが薄い状態で各転送電極７に電圧を印加すると、ポリシリコン電極角部の絶縁層９に電界が集中して転送ゲートの転送電極７とシャント配線１３との間で絶縁破壊を起こすことがあった。
【００１１】
そのために、シャント配線１３と転送ゲートの転送電極７間の絶縁を保つために絶縁層９の厚みを１００ｎｍ程度確保する必要がある。
【特許文献１】特開平８−２８８４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、シャント配線１３と転送ゲートの転送電極７間の絶縁を保つために絶縁層の厚みを１００ｎｍ程度確保した結果、図５に示すように、シャント配線１３と転送ゲート８の転送電極７間の絶縁層を介して混入した光が多重反射により、Ｓｉ基板１９上に設けたフォトダイオード等の感光画素（受光部１）の端部や固体撮像素子（ＣＣＤ）の転送チャネル（電荷転送部３）近傍へ到達して電荷を発生し、この電荷が転送チャネルに流れ込んでスミアを引き起こすという課題があった。
【００１３】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、絶縁層を介して混入した光の多重反射によって電荷が発生し、この電荷が転送チャネルに流れ込むことで引き起こされるスミア要因を低減した固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した固体撮像素子は、複数の受光部と、絶縁膜および導電膜が同寸法の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタ上に絶縁層を介して配置し、転送電極と接続するシャント用配線層とを有することを特徴とする固体撮像素子。
【００１５】
また、請求項２に記載した固体撮像素子は、請求項１の固体撮像素子であって、垂直転送レジスタの転送電極と接続するシャント用配線層が、垂直転送レジスタの遮光機能も兼用していること、また、絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極の絶縁膜の厚みが２０〜１００ｎｍの間であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載した固体撮像素子の製造方法は、複数の受光部を形成する工程と、同一マスクパターンを用いて絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタを形成する工程と、垂直転送レジスタ上に絶縁層を形成する工程と、転送電極とコンタクトホールを介して接続するシャント用配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載した固体撮像素子の製造方法は、請求項４の製造方法であって、絶縁膜および導電膜の多層構造からなる転送電極を有した垂直転送レジスタを形成する工程において、絶縁膜がシリコン酸化膜、導電膜がポリシリコン膜であることを特徴とする。
【００１８】
前記素子構成および製造方法によれば、シャント用配線層と転送電極との間の絶縁層を薄くでき絶縁層を介して混入した光の多重反射によって生じる電荷の発生を抑え、電荷の流れ込みによるスミアの発生する要因を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シャント配線と転送電極との間に設ける絶縁層を薄くできるため絶縁層を介して混入した光の多重反射によって、シリコン基板上に設けたフォトダイオード等の感光画素の端部や転送チャネル近傍へ到達して電荷を発生し、この電荷の転送チャネルへの流れ込みによるスミア要因を小さくすることができ、撮像特性の大幅な改善が可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１（ａ）は本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の画素部の要部を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。本実施形態１では、一例として４相駆動ＣＣＤについて説明する。
【００２２】
画素部には、画素を構成する受光部１が配置されている。受光部１は、図示を省略しているが、水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖに複数配置されている。受光部１は、フォトダイオードからなり、入射光量に応じた信号電荷を生成し、一定期間蓄積する。
【００２３】
図１（ｂ），（ｃ）に示すように受光部１の水平方向Ｈに隣接して、垂直方向Ｖに延びる転送チャネルとして電荷転送部３が配置されている。電荷転送部３は、水平方向Ｈに並ぶ受光部１間に延在している。電荷転送部３は、信号電荷を垂直方向Ｖに転送するポテンシャル分布を生成する。
【００２４】
垂直方向Ｖに延びる電荷転送部３上には、シリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐからなる転送電極７が配列されている。転送電極７は、レイアウト形状の面から第１転送電極７ａと第２転送電極７ｂとに分けられる。なお、特に第１転送電極７ａと第２転送電極７ｂとを区別する必要がない場合には、単に転送電極７と称する。
【００２５】
本実施形態１では、第１転送電極７ａと第２転送電極７ｂが同一の層からなる単層の転送電極構造を採用している。第１転送電極７ａと第２転送電極７ｂは、電荷転送部３上において垂直方向Ｖに交互に繰り返し配列している。転送電極７と電荷転送部３とにより、垂直方向Ｖに並ぶ受光部１の列毎に共通配置されたいわゆる垂直転送レジスタが構成される。
【００２６】
第１転送電極７ａは、垂直方向Ｖに並ぶ受光部１間を通って水平方向Ｈに連結されている。また、第２転送電極７ｂは、受光部１に隣接して配置されている。第１，第２転送電極７ａ，７ｂ上には、絶縁層９を介在させて垂直方向Ｖに延在する２本の遮光膜となるシャント用配線層のシャント配線１３が配置されている。シャント配線１３は、転送電極７を構成するポリシリコンよりも低い抵抗率のタングステンにより構成される。シャント配線１３の本数は、１つの受光部１に対して配置された転送電極７の数に相当し、本例では２本となる。シャント配線１３は、接続先の違いにより第１シャント配線１３ａと第２シャント配線１３ｂに分けられる。
【００２７】
シャント配線１３ａは、電荷転送部３上において、第１転送電極７ａとの接続部となるコンタクトホール１２により接続されている。シャント配線１３ｂは、電荷転送部３上において、第２転送電極７ｂとコンタクトホール１２により接続されている。また、シャント配線１３は、受光部１の上方に開口部を有する遮光膜として機能している。電荷転送部３上において、垂直方向Ｖに交互に繰り返し並んだ第１転送電極７ａ，第２転送電極７ｂには、シャント配線１３を通じて、垂直方向Ｖに沿って位相の異なる４相の転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が供給される。転送パルスφＶ１〜φＶ４は、例えば−７Ｖ〜０Ｖである。
【００２８】
受光部１に隣接する第２転送電極７ｂには、転送パルスφＶ１，φＶ３の他に、シャント配線１３ｂを通じて、受光部１に蓄積された信号電荷を電荷転送部３へ転送するための読み出しパルスφＲが供給される。読み出しパルスφＲは、例えば＋１２Ｖ〜＋１５Ｖである。
【００２９】
本実施形態１では、転送電極７をシリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐの２層構造上に絶縁層９を形成しているために、ポリシリコン電極角部の電界集中がおこらないため画素部周辺に配置された転送電極とシャント配線間のリーク電流が発生しない。シリコン酸化膜７ｓの絶縁耐圧は８ＭＶ／ｃｍなので、２０Ｖの絶縁耐圧を必要とするとシリコン酸化膜厚は最小２０ｎｍ以上あれば絶縁耐性が確保される。さらに、シャント配線１３とポリシリコン膜７ｐ間の絶縁膜厚がシリコン酸化膜７ｓを加え厚くなっているために、シャント配線１３の容量が小さくなりシャント配線１３による低抵抗化だけでなく低容量化も実現できるため、転送スピードが速くなった場合でもイメージ領域の中央部において、著しくパルス振幅が減少することなく、最大転送電荷量の減少を抑制することができる。
【００３０】
その後、図示しないが遮光膜となるシャント配線１３を被覆して全面に、例えばＰＳＧ（Phospho-silicate glass）やＢＰＳＧ（Boro phospho-silicate glass）膜からなる層間絶縁膜を形成し、表面を平坦化する。
【００３１】
層間絶縁膜上には、例えば酸化シリコンあるいは窒化シリコンからなる層内レンズが形成され、さらに、平坦化膜が形成されている。平坦化膜上には、所定の波長領域の光を透過させる複数種のカラーフィルタを形成する。カラーフィルタは、原色系では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のいずれかに着色され、補色系では、例えばイエロー（Ｙｅ），シアン（Ｃｙ），マゼンタ（Ｍｇ），緑（Ｇ）等のいずれかに着色されている。そして、カラーフィルタ上に、オンチップレンズが形成されている。オンチップレンズは、例えばネガ型感光樹脂等の光透過材料からなり、固体撮像素子が形成される。
【００３２】
次に、前述の本実施形態１に係る固体撮像素子の製造方法について、図２（ａ）〜（ｄ）の工程断面図を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｄ）の工程断面図は、図１（ｂ）に相当する断面図である。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、ｎ型シリコンからなる半導体のＳｉ基板１９に、イオン注入法より、ｐ型ウエル２０、受光部１となるｎ型領域，ｐ型領域（図示せず）、ｐ型ウエル２０内に形成したｎ型領域との転送部２、ｐ型の分離部４を形成する。なお、酸化シリコン膜等をＳｉ基板１９上に形成した状態でイオン注入を施してもよい。酸化シリコン膜等を形成した場合には、イオン注入後に除去する。
【００３４】
次に、熱酸化法あるいはＣＶＤ法により、Ｓｉ基板１９の表面に例えば酸化シリコンのゲート酸化膜５とシリコンナイトライドからなるゲート窒化膜６を形成する。続いて、ゲート窒化膜６上に、ＣＶＤ法によりポリシリコンおよび酸化シリコンを堆積後、酸化膜ドライエッチングおよびポリシリコンドライエッチングにより加工することにより、シリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐの２層構造を有する転送電極７を形成する。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により転送電極７を覆う酸化シリコン等の絶縁層９を形成する。続いて、コンタクトホール接続部１２となる位置の絶縁層９を除去して、電荷転送部３上の転送電極７の一部を露出させる。
【００３６】
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法により、絶縁層９上に例えばタングステン膜を成膜し、ドライエッチングによりタングステン膜を加工して、シャント配線１３を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００３７】
次に、ＣＶＤ法により、ＢＰＳＧ膜あるいはＰＳＧ膜を堆積させて、層間絶縁膜を堆積後、リフロー処理を行うことにより表面が平坦化した層間絶縁膜となる。このリフロー処理は、８００℃以上の高温となるため、シャント配線１３に、アルミニウムではなくタングステンを使用することにより、このような高温にも耐え得る構成としている。
【００３８】
本実施形態１では、転送電極７としてシリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐの２層構造の例を示したが、絶縁膜（シリコン酸化膜７ｓ）としてシリコンナイトライド、導電膜（ポリシリコン膜７ｐ）にはタングステンシリサイド膜のような高融点金属膜を用いても同様のことが実現できる。また、本発明の実施形態１では第１，第２転送電極７ａ，７ｂが単層電極構造の例を示したが、第１，第２転送電極７ａ，７ｂが部分的にオーバーラップする構造においても本発明の絶縁膜および導電膜の２層転送電極構造を用いることによりシャント配線と転送電極間の絶縁層を薄くしても絶縁耐圧を保持しながらスミアを低減することができる。
【００３９】
また、本実施形態１の例ではシャント配線と遮光膜を同じタングステン膜を用いたが、シャント配線を形成後、シャント配線上に絶縁膜を形成し、その上に遮光膜を形成しても同様の効果が期待できる。
【００４０】
以上のように、転送電極７にシリコン酸化膜７ｓとポリシリコン膜７ｐからなる多層構造を用いることによって、シャント配線１３と転送電極７間の層間膜となる絶縁層９を薄くできるため、この絶縁層９を介して混入した光が多重反射により、Ｓｉ基板１９上に設けたフォトダイオード等の受光部１（感光画素）の端部や固体撮像素子の転送チャネル（電荷転送部３）近傍へ到達して電荷を発生し、この電荷が転送チャネルに流れ込んでスミアを生じる要因を小さくすることが可能となり、撮像特性の大幅な改善が可能となる。さらに、シャント配線１３とポリシリコン膜７ｐ間の絶縁膜厚（絶縁層９とシリコン酸化膜７ｓ）が厚くなっているために、シャント配線容量が小さくなりシャント配線による低抵抗化だけでなく低容量化も実現できるため高速の画像転送が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る固体撮像素子およびその製造方法は、シャント配線と転送電極との間の絶縁層を薄くできるため絶縁層を介して混入した光の多重反射によって、シリコン基板上に設けたフォトダイオード等の感光画素の端部や転送チャネル近傍へ到達して電荷を発生し、この電荷の転送チャネルへの流れ込みによるスミア要因を小さくすることができ、撮像特性の大幅な改善が可能となり、固体撮像素子の出力画像の画質改善として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の画素部の（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線の断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ’線の断面図
【図２】本実施形態１に係る固体撮像素子の製造方法を示す（ａ）〜（ｄ）工程断面図
【図３】従来の４相駆動の固体撮像素子におけるイメージ領域の一部を示す平面図
【図４】従来の固体撮像素子の製造方法を示す（ａ）〜（ｄ）工程断面図
【図５】光の多重反射で感光画素に発生するスミアを説明する図
【符号の説明】
【００４３】
１  受光部
２  読み出し部
３  電荷転送部
４  分離部
５  ゲート酸化膜
６  ゲート窒化膜
７  転送電極
７ａ  第１転送電極
７ｂ  第２転送電極
７ｐ  ポリシリコン膜
７ｓ  シリコン酸化膜
８  転送ゲート
９  絶縁層
１１  反射防止膜
１２  コンタクトホール
１３  シャント配線
１３ａ  第１シャント配線
１３ｂ  第２シャント配線
１９  Ｓｉ基板
２０  ｐ型ウエル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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