(57)【要約】【課題】  スミアの発生をより効果的に遮断することができるようにする。【解決手段】  基板内に形成されたフォトセンサ部１と、基板２０内に形成され、フォトセンサ部１からの信号電荷を読み出す読み出し部２と、基板内に形成され、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部５とを有し、読み出し部２と、素子分離部５とが遮光性を有する電極により形成することによって、スミアの発生をより効果的に遮断する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内に形成されたフォトセンサ部と、
前記基板内に形成され、前記フォトセンサ部からの信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記基板内に形成され、前記フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とを有し、
前記読み出し部と、前記素子分離部とが遮光性を有する電極により形成されて成ることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記読み出し部によって読み出された信号電荷を転送する転送電極が、前記基板内に形成され、
前記遮光性を有する電極により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記読み出し部と、前記素子分離部とが、共通に形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記転送電極と、前記読み出し部の読み出し電極と、前記素子分離部とが、それぞれ独立に形成されて成ることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記遮光性を有する電極が、金属電極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。
【請求項６】
前記遮光性を有する電極は、電荷転送方向に沿って連続的とされたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記基板内の、前記遮光性を有する電極下に、一導電型の領域が形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記読み出し部と、前記転送電極と、前記素子分離部とが一体に形成されて成ることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記読み出し部と、前記素子分離部とが共通に形成され、前記転送電極は独立に形成されて成ることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
フォトセンサ部と、
該フォトセンサ部からの信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とを有し、
前記読み出し部、または前記素子分離部の少なくとも一方が遮光性を有する電極で形成されて成ることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
前記遮光性を有する電極は、電荷転送方向に沿って連続的であることを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
固体撮像素子を形成する半導体基板に、電荷転送領域を形成する工程と、
該電荷転送領域の両側に、該電荷転送方向に沿って連続的もしくは断続的に溝を形成する公知工程と、
該両溝底部に、読み出し領域と素子分離領域を形成する工程と、
前記両溝内の前記読み出し領域と前記素子分離領域と、前記両溝間の前記電荷転送領域上に差し渡って遮光性を有する電極を形成する工程と、
前記読み出し領域に隣接する位置にフォトセンサ部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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子とその製造方法、特に、フォトセンサ部が半導体基板内に形成された固体撮像素子、すなわち表面に電荷蓄積層が形成されたいわゆるＨＡＤ（Ｈｏｌｅ  Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ  Ｄｉｏｄｅ）構造による電荷転送型（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ型）の固体撮像素子とその製造方法に関し、スミアの改善を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像素子においては、図１にその基本的概略構成を示すように、画素となるフォトセンサ部１と、フォトセンサ部１からの信号電荷を読み出す読み出し部２と、この読み出し部２によって読み出された信号電荷を転送するＣＣＤ構成による垂直電荷転送部３と、この垂直電荷転送部３によって転送された電荷を、水平ライン毎に、出力回路に順次転送する水平電荷転送部４と、素子分離部５とを有する。
【０００３】
通常のＨＡＤ構造フォトセンサ部１を有するＣＣＤ型固体撮像素子は、図９に要部の概略断面図を示すように、例えばＳｉより成る半導体基板２０が、ｎ型のサブストレイト６上に、第１のｐ型のウェル領域７が形成された構成を有し、この第１のウェル領域７上に、ｎ型の低不純物濃度領域１３が形成され、これに、表面に電荷蓄積領域８が形成されたフォトダイオード９が、図１で示されたように、縦横配列されて、それぞれフォトセンサ部１の各画素が形成される。
【０００４】
また、低不純物濃度領域１３上に、第２のｐ型のウェル領域１０が、図１における共通の垂直ライン上に配列されたフォトセンサ１、すなわちフォトダイオード９の配列方向に沿って、これらフォトダイオード９と所要の距離を隔てて形成し、この第２のウェル１０上に、ｎ型の電荷転送領域１１が形成されて垂直電荷転送部３が構成される。
また、電荷転送部３と、対応するフォトダイオード９との間に、ｐ型の信号電荷の読み出し領域３２が形成されて、読み出し部２が構成される。
また、隣り合う、異なる垂直転送部間には、ｐ型の素子分離領域３５による素子分離部５が形成される。
【０００５】
そして、半導体基板２０の表面には、光透過性を有する例えばＳｉＯ２より成る絶縁層１４が被着形成され、この上に電荷転送領域１１と読み出し領域３２上に差し渡って耐熱性を有する多結晶シリコンによる垂直転送電極１５が被着形成される。
更に、この転送電極１５上を含んで全面的にＳｉＯ２等の層間絶縁膜１６を介して遮光膜１７が形成される。
そして、この遮光膜１７の、フォトセンサ部１上に開口１８が形成されて、これら開口１８を通じてフォトセンサ部１において受光がなされ、この受光量に応じた信号電荷がフォトダイオードによって発生するようになされる。
【０００６】
この構成による場合、光は、図９にそのパスを矢印ａをもって示すように転送部に入り込み、スミアを発生する。
【０００７】
一方、このようなＣＣＤ型固体撮像素子において、その小型化、高解像度化のために、画素サイズを微細化していくと、読み出し部２におけるゲート長が短くなり、ショートチャネル効果の影響で、読み出し電圧のばらつきが大きくなるという問題が生じる。
これに対して、素子分離領域および光信号読み出し領域を選択的にエッチングすることでボロン（Ｂ）の横方向の拡散を抑制し、実効的な垂直ＣＣＤの幅を拡大する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、この場合、素子分離領域では層間絶縁膜が、そして信号電荷の読み出し領域では多結晶シリコン電極が、それぞれ可視光に対して透明であるため、斜めに入射した光が垂直転送部に漏れこみ、スミアを発生させるという問題が生じる。
【０００８】
また、図９で示した現在主流となっているＨＡＤ構造のＣＣＤ固体撮像素子においては、フォトセンサの高不純物濃度の電荷蓄積領域８の横方向の拡散が大きいため、その２次元的な効果によるフォトセンサから垂直電荷転送部３への電荷信号の読み出しパスの締め付けが発生し、その結果、読み出し電圧が高くなるという問題も発生していた。
更に、垂直電荷転送部３と、フォトセンサ部１との距離が短くなるため、スミア成分が増加するという問題が生じていた。
図９においては、主たるスミアの発生経路を矢印ａをもって示している。
【特許文献１】特開平２−１８３５６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述したスミアの発生を、より効果的に遮断することができるようにした固体撮像素子とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による固体撮像素子は、基板内に形成されたフォトセンサ部と、基板内に形成され、フォトセンサ部からの信号電荷を読み出す読み出し部と、基板内に形成され、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とを有し、読み出し部と、素子分離部とが遮光性を有する電極により形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、上述の構成にあって、読み出し部によって読み出された信号電荷を転送する転送電極が、前記基板内に形成され、前記遮光性を有する電極により形成されていることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、前記読み出し部と、前記素子分離部とが、共通に形成されて成る構成を有する。
また、本発明による固体撮像素子は、前記転送電極と、前記読み出し部の読み出し電極と、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とが、それぞれ独立に形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、前記遮光性を有する電極が、金属電極であることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、前記遮光性を有する電極が、電荷転送方向に沿って連続的である構成とすることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、基板内の、遮光性を有する電極下に、一導電型の領域が形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、前記読み出し部と、前記転送電極と、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とが一体に形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明による固体撮像素子は、前記読み出し部と、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とが共通に形成され、前記転送電極は独立に形成されて成ることを特徴とする。
【００１１】
本発明による固体撮像素子は、フォトセンサ部と、フォトセンサ部からの信号電荷を読み出す読み出し部と、フォトセンサ部からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部とを有し、読み出し部、または素子分離部の少なくとも一方が遮光性を有する電極で形成されて成ることを特徴とする。
そして、この構成にあって、本発明による固体撮像素子は、上述した前記遮光性を有する電極が、電荷転送方向に沿って連続的であることを特徴とする。
【００１２】
本発明による固体撮像素子の製造方法は、固体撮像素子を形成する半導体基板に、電荷転送領域を形成する工程と、この電荷転送領域の両側に、該電荷転送方向に沿って連続的もしくは断続的に溝を形成する公知工程と、これら両溝底部に、読み出し領域と素子分離領域を形成する工程と、両溝内の前記読み出し領域と前記素子分離領域と、両溝間の電荷転送領域上に差し渡って遮光性を有する電極を形成する工程と、読み出し領域に隣接する位置にフォトセンサ部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明による固体撮像素子によれば、基板内に形成した電荷読み出し部、素子分離部を遮光性を有する電極によって形成したことによって、効果的に遮光効果が生じ、効果的にスミアの改善が図られる。
【００１４】
また、その転送部電極、素子分離部電極に加えて信号電荷の読み出し電極を、遮光性電極として基板内に形成することにより、フォトセンサ部から垂直電荷転送への読み出しパスが従来構造のそれよりも長くなる。したがって、これによって、ショートチャンネル効果が抑制され、読み出し電圧のバラツキを低減することができるものである。
【００１５】
フォトセンサ部の電荷蓄積領域の横方向拡散が原理的に起こらないのでその２次元的な効果によるフォトセンサから垂直電荷転送領域への読み出しパスの締め付けが回避され、信号電荷の読み出し電圧を低減することができる。
【００１６】
更に、微細化されたＣＣＤ型固体撮像素子の画素では、基板内に形成されたフォトセンサで光電変換した電子が素子分離領域上や光信号読み出し領域の表面を拡散して垂直ＣＣＤに到達することで発生するスミア成分がフォトセンサと垂直電荷転送部間で、電極によって、遮断されることから、この種のスミア成分は原理的に発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による固体撮像素子の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明は、これら実施の形態例に限定されるものではない。
本発明による固体撮像素子は、前述したように、図１でその概略構成を示すＣＣＤ構成による固体撮像素子の構成によることができる。
すなわち、画素となるフォトセンサ部１と、フォトセンサ部１からの受光量に応じた信号電荷を読み出す読み出し部２と、この読み出し部２によって読み出された信号電荷を転送するＣＣＤ構成による電荷転送部、すなわち垂直電荷転送部３と、この垂直電荷転送部３によって転送された電荷を、水平ライン毎に、出力回路（図示せず）に順次転送する水平電荷転送部４と、フォトセンサ部１からの信号電荷の漏洩を防ぐ素子分離部５とを有する。
【００１８】
そして、本発明においては、図２にその要部の概略断面図を示し、図３にその概略平面図を示すように、半導体基板内にフォトセンサ部が形成された、すなわち表面に電荷蓄積領域８が形成されたＨＡＤ構造による。
この場合においても、図９で説明したと同様に、その基本的構成は、例えばＳｉより成る半導体基板２０が、ｎ型のサブストレイト６上に、第１のｐ型ウェル領域７が形成され、これにｎ型の低不純物濃度領域１３が形成された構成を有し、この領域１３の上に、表面にｐ型の高不純物濃度の電荷蓄積領域８が形成されたフォトダイオード９が、図１で示されたように、縦横配列され、それぞれフォトセンサ部１の各画素が形成される。
【００１９】
また、領域１３上に、ｐ型の第２のウェル領域１２が、図１における共通の垂直ライン上に配列されたフォトセンサ１、すなわちフォトダイオード９の配列方向に沿って、これらフォトダイオード９と所要の距離を隔てて形成され、この第２のウェル領域１２上に、ｎ型の電荷転送領域１１が形成されて垂直電荷転送部３が構成される。
【００２０】
そして、図２および図３に示すように、垂直電荷転送部３と対応するフォトダイオード９間と、隣り合う、異なる垂直ライン間に、すなわち、信号電荷の読み出し部２と、素子分離部５とに、垂直電荷転送部３の電荷転送方向に沿って連続的もしくは断続的に溝３２Ｇおよび３５Ｇを形成する。
また、これら溝３２Ｇおよび３５Ｇの底部に、それぞれ一導電型の領域、すなわちこの例では、ｐ型の読み出し領域３２および素子分離領域３５が形成され、各溝３２Ｇおよび３５Ｇ内に、したがって、各読み出し領域３２上および素子分離領域３５上にそれぞれ読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅが充填され、それぞれ読み出し部２および素子分離部５を構成する。
そして、この例においては、両電極３２Ｅおよび３５Ｅと、各転送電極１５とを、例えば同一導電層によって一体に形成する。このようにして、読み出し電極３２Ｅと素子分離電極３５Ｅとを半導体基板２０内に入り込ませて形成する。
この場合、溝３２Ｇおよび３５Ｇを、それぞれ連続溝として形成する場合においては、図３および図７Ａに示すように、各転送電極１５間を電気的に分断する不連続部３２ｆおよび３５ｆを形成する。
【００２１】
そして、これらフォトセンサ部１、読み出し部２、垂直電荷転送部３等が形成された半導体基板２０の表面に、光透過性を有する例えばＳｉＯ２より成る絶縁層１４が被着形成され、更に、この上に全面的に遮光膜１７が形成される。
そして、この遮光膜１７の、フォトセンサ部１上に開口１８が形成されて、これら開口１８を通じてフォトセンサ部１において受光がなされ、この受光量に応じた信号電荷がフォトダイオードによって発生するようになされる。
【００２２】
次に、この図２および図３に示した固体撮像素子２の製造方法の一例を図４および図５の工程図を参照して概略説明する。
図４Ａに示すように、ｎ型のサブストレイト６、第１のｐ型ウェル領域７、ｎ型低不純物濃度領域１３が形成されたＳｉ半導体基板２０の、領域１３に、それぞれｐ型およびｎ型不純物のイオン注入によって第２のｐ型ウェル領域１２と、ｎ型電荷転送領域１１とをそれぞれ垂直電荷転送方向に通常の所定のパターンに形成する。
図４Ｂに示すように、領域１３に、これら領域１１および１２の両側に、溝３２Ｇおよび３５Ｇを電荷転送方向に沿って例えば連続的に形成する。
溝３２Ｇの底面および溝３５Ｇの底面に、それぞれイオン注入によってそれぞれ所要の不純物濃度をもって、ｐ型の読み出し領域３２と高不純物濃度の素子分離領域３５いわゆるアイソレーション領域を形成する。
図４Ｃに示すように、半導体基板２０上に、各溝３２Ｇおよび３５Ｇ内を含んで全面的に（図示せず）、遮光性を有する金属電極材を蒸着、スパッタ等によって形成し、パターンエッチングして、各溝３２Ｇおよび３５Ｇ内に、読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅと、更に、各転送電極１５を同時に連続的に形成する。
この場合、転送電極１５間が相互に短絡することがないように、図３で示したように、各転送電極１５間で、溝３２Ｇおよび３５Ｇが連続溝による場合には、各転送電極１５間で各溝３２Ｇおよび３５Ｇ内で分断するか、あるいは溝３２Ｇおよび３５Ｇを分断溝とし、かつ電極３２Ｅおよび３５Ｅを分断する不連続部３２ｆおよび３５ｆを形成する。
転送電極１５は、例えばＴｉ，Ｍｏ，Ｗ、またはそのシリサイド、あるいはこれらの組み合わせによる遮光性金属電極によって構成する。
【００２３】
次に、図５に示すように、転送電極１５をマスクとして、フォトセンサ部１を構成するフォトダイオード９と電荷蓄積領域８とをそれぞれ例えば不純物のイオン注入によって形成する。
その後、図２に示したように、絶縁層１４および遮光膜１７を形成する。
【００２４】
上述した例では、転送電極１５と、読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅとを一体に形成した場合であるが、図６に概略断面図を示すように、転送電極１５を、絶縁層１４の介在によって、電気的および構造的に、読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅと、別体にすなわち分離した構成とすることができる。
また、この図６の構成において、転送電極１５は、読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅと同一材料の遮光性を有する金属電極材によって構成することもできるし、金属電極材によって構成された読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅとは異なる例えば多結晶Ｓｉによって構成することもできる。
そして、この読み出し電極３２Ｅおよび素子分離電極３５Ｅとは分離して形成した転送電極１５上を覆って層間絶縁層１６を形成し、遮光膜１７の形成を行う。
尚、図６において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２５】
上述したように、本発明構成によれば、半導体基板２０に溝３２Ｇおよび３５Ｇを形成し、これらに電極３２Ｅおよび３５Ｅの形成を行うことから、これを遮光性を有する金属電極によって構成することによって、図２および図６に矢印ａをもって光の遮断状態を示すように、効果的にスミアの発生を改善できる。
尚、各溝３２Ｇおよび３５Ｇの配置パターンすなわち遮光は、基本的には、図２および図６に示すように、各垂直ラインに関するフォトセンサ部１と、これらに隣り合う垂直ラインに関するフォトセンサ部１との間に配置する。そして、隣り合う転送電極１５間において、溝３２Ｇおよび３５Ｇを分断し、かつ電極３２Ｅおよび３５Ｅを分断するか、電極３２Ｅおよび３５Ｅのみを分断する。図７Ａ〜Ｅは、溝３２Ｇおよび３５Ｇの配置パターンの例を模式的に示した平面図である。
【００２６】
上述した本発明による固体撮像素子においては、フォトセンサ部１から垂直電荷転送部３への、フォトセンサ部１で発生した信号電荷の転送は、図８で示すように、電荷、この例では電子に対するポテンシャルの傾斜を発生させることによって、図２および図６に矢印ｂをもって示す経路を経てなされる。
【００２７】
上述した本発明による固体撮像素子は、例えば、カメラ、モニター部を有する電気機器等の各種機器として構成することができるものである。
尚、上述した例では、信号電荷、すなわち転送電荷が、電子である場合について、例示したが、信号電荷がホールである場合についても本発明を適用することができる。
【００２８】
上述したように、本発明構成によれば、効果的にスミアの改善が図られ、また、その転送部電極、素子分離部電極に加えて信号電荷の読み出し電極を、遮光性電極として基板内に形成することにより、フォトセンサ部から垂直電荷転送への読み出しパスが従来構造のそれよりも長くなる。したがって、これによって、ショートチャンネル効果が抑制され、読み出し電圧のバラツキを低減することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用する固体撮像素子の概略構成図である。
【図２】本発明による固体撮像素子の要部の概略断面図である。
【図３】本発明による固体撮像素子の要部の概略平面図である。
【図４】Ａ〜Ｃは本発明による固体撮像素子の一例の製造工程図（その１）である。
【図５】本発明による固体撮像素子の一例の製造工程図（その２）である。
【図６】本発明による固体撮像素子の他の例の要部の概略断面図である。
【図７】Ａ〜Ｅは、それぞれ本発明装置の溝パターンの例を示す概略平面図である。
【図８】フォトセンサ部から垂直電荷転送部への信号電荷の転送の説明に供するポテンシャル図である。
【図９】従来の固体撮像素子の要部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・フォトセンサ部、２・・・読み出し部、３・・・電荷転送部（垂直電荷転送部）、４・・・水平電荷転送部、５・・・素子分離部、７・・・第１のウェル領域、８・・・電荷蓄積領域、９・・・フォトダイオード、１１・・・電荷転送領域、１２・・・第２のウェル領域、１３・・・低不純物濃度領域、１４・・・絶縁層、１５・・・転送電極、１６・・・層間絶縁層、１７・・・遮光膜、１８・・・開口、２０・・・半導体基板、３２・・・読み出し領域、３５・・・素子分離領域、３２Ｇ，３５Ｇ・・・溝、３２Ｅ・・・読み出し電極、３５Ｅ・・・素子分離電極、３２ｆ，３５ｆ・・・不連続部
【図１】
2005123538.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005123538.tif 000009
【図８】
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【図９】
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