(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に、光電変換を行う複数のフォトセンサと垂直転送レジスタからなる撮像領域と、
前記撮像領域の一端に形成されたもので前記撮像領域からの信号電荷を転送する水平転送レジスタ部と、
前記水平転送レジスタ部の最終段に接続された出力部とを有し、
前記シリコン基板上に形成されていて、前記水平転送レジスタ部および前記出力部を被覆する酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を積層してなるゲート絶縁膜を有し、前記出力部は、前記ゲート絶縁膜を介して形成された出力ゲートとリセットゲートを有し、かつ前記出力ゲートと前記リセットゲートとの間の前記シリコン基板に形成されたフローティングディフュージョン部と、前記リセットゲートに対して前記フローティングディフュージョン部とは反対側のシリコン基板に形成されたリセットドレインとを有するものであり、
前記水平転送レジスタ部および前記出力部を被覆する平坦化膜と、
前記平坦化膜上に形成されていて前記水平転送レジスタ部上を被覆する第１の遮光膜と、
前記平坦化膜に形成されていて前記出力部の前記リセットドレインおよび前記フローティングディフュージョンに接続される電極と、
前記平坦化膜上に形成されていて前記第１の遮光膜および前記電極を被覆する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されていて前記出力部の前記出力ゲートと前記リセットゲート上を被覆する第２の遮光膜と、
前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜とを接続するプラグと、
前記水平転送レジスタ部上および前記出力部上の前記絶縁膜上に形成されていて前記第２の遮光膜を被覆する保護膜とを有し、
前記平坦化膜、前記絶縁膜および前記保護膜は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線を透過し、
前記第１遮光膜もしくは前記第２遮光膜がグランドに接続されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の遮光膜は、
前記フローティングディフュージョン領域上に開口部を備えた金属膜からなる
請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、詳しくは受光部および転送部を除くトランジスタ領域を遮光した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を積層したゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor ）ゲート構造部分に紫外線を照射すると、シリコン中の電子が窒化シリコン中に飛び込み、トランジスタのしきい値電圧Ｖthがシフトすることが知られている。
【０００３】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）固体撮像装置には、受光部や転送部にＭＯＮＯＳゲート構造が採用されている。このＭＯＮＯＳゲート構造は、通常、金属膜によって遮光された構造となっている。それによって、Ｖthシフトの発生を抑制している。
【０００４】
図４に、従来の固体撮像装置の水平転送レジスタの出力端から出力部にかけての概略構成断面図を示す。
【０００５】
図４に示すように、シリコン基板１１１上に酸化シリコン膜１２１、窒化シリコン膜１２２、酸化シリコン膜１２３を積層して成るゲート絶縁膜１２０が形成されている。この固体撮像装置の水平転送レジスタ部１１２には、上記ゲート絶縁膜１２０上にポリシリコンからなる第１の転送電極１３１とポリシリコンからなる第２の転送電極１３２とが交互に形成されている。
【０００６】
また、水平転送レジスタ部１１２端には、出力部１１３が構成されていて、上記ゲート絶縁膜１２０を介して出力ゲート１４１、リセットゲート１４２が形成されている。上記出力ゲート１４１、上記リセットゲート１４２間のシリコン基板１１１にはフローティングディフュージョン部（以下ＦＤ部と記す）１４３が形成され、リセットゲート１４２に対してＦＤ部１４３とは反対側のシリコン基板１１１には、リセットドレイン１４４が形成されている。
【０００７】
さらに、上記シリコン基板上には上記各素子を覆う平坦化膜１５１が形成され、その平坦化膜１５１には、ＦＤ部１４３に接続するＦＤ電極１４５、リセットドレイン１４４に接続するリセット電極１４６が形成されている。また、上記平坦化膜１５１上には転送電極上を覆う遮光膜１５５がアルミニウムで形成されている。さらに平坦化膜１５１上には、保護膜１６１が形成されている。
【０００８】
なお、上記構成を有するＣＣＤ固体撮像装置の水平レジスタの最終転送部である出力ゲート１４１上や、リセットゲート１４２上には、遮光膜が形成されていないが、ビデオカメラや電子スチルカメラに用いられているＣＣＤは、保護膜１６１が紫外線を吸収するため、Ｖthシフトの問題は発生しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば４００ｎｍ以下の紫外線領域に感度を持たせるＣＣＤ固体撮像装置では、紫外線を透過する保護膜を用いるため、金属膜で遮光されていない部分のゲート、例えば出力ゲートやリセットゲートに紫外線が入射することになる。出力ゲートやリセットゲートに紫外線が入射されると、Ｖthがシフトし、電荷の転送やリセット動作ができなくなるという問題を発生する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた固体撮像装置である。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、シリコン基板上に、光電変換を行う複数のフォトセンサと垂直転送レジスタからなる撮像領域と、前記撮像領域の一端に形成されたもので前記撮像領域からの信号電荷を転送する水平転送レジスタ部と、前記水平転送レジスタ部の最終段に接続された出力部とを有し、前記シリコン基板上に形成されていて、前記水平転送レジスタ部および前記出力部を被覆する酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を積層してなるゲート絶縁膜を有し、前記出力部は、前記ゲート絶縁膜を介して形成された出力ゲートとリセットゲートを有し、かつ前記出力ゲートと前記リセットゲートとの間の前記シリコン基板に形成されたフローティングディフュージョン部と、前記リセットゲートに対して前記フローティングディフュージョン部とは反対側のシリコン基板に形成されたリセットドレインとを有するものであり、前記水平転送レジスタ部および前記出力部を被覆する平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成されていて前記水平転送レジスタ部上を被覆する第１の遮光膜と、前記平坦化膜に形成されていて前記出力部の前記リセットドレインおよび前記フローティングディフュージョンに接続される電極と、前記平坦化膜上に形成されていて前記第１の遮光膜および前記電極を被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されていて前記出力部の前記出力ゲートと前記リセットゲート上を被覆する第２の遮光膜と、前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜とを接続するプラグと、前記水平転送レジスタ部上および前記出力部上の前記絶縁膜上に形成されていて前記第２の遮光膜を被覆する保護膜とを有し、前記平坦化膜、前記絶縁膜および前記保護膜は、波長が４００ｎｍ以下の紫外線を透過するものである。
【００１２】
上記固体撮像装置では、固体撮像装置の受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造領域上に、金属製遮光膜を設けたことから、もしくは紫外線を吸収する有機膜を設けたことから、受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造、例えばリセットゲートや出力ゲートに紫外線が入射されるのが防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の固体撮像装置に係る第１の実施の形態を、図１の（１）に示す概略構成図および図１の（２）に示す（１）図におけるА−А線概略構成断面図によって説明する。
【００１４】
図１の（１）に示すように、第１の固体撮像装置（ＣＣＤ固体撮像装置）１は、シリコン基板１１に、マトリクス状に配列された光電変換を行う複数のフォトセンサ１２と各フォトセンサ列に対応したＣＣＤ構造の複数の垂直転送レジスタ１３とからなる撮像領域１４、この撮像領域１４の一端に形成されたもので上記撮像領域１４からの信号電荷を出力部１６に転送するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ１５、水平転送レジスタ１５の最終段に接続された上記出力部１６、およびバスラインなどが形成されている周辺領域１７が形成されて、構成されている。
【００１５】
図１の（２）に、第１の固体撮像装置１における水平転送レジスタ１５の出力端から出力部１６にかけて図１（１）においてＡ−Ａで示される領域の概略構成断面図を示す。
【００１６】
図１の（２）に示すように、シリコン基板１１上に酸化シリコン膜２１、窒化シリコン膜２２、酸化シリコン膜２３を積層して成るゲート絶縁膜２０が形成されている。第１の固体撮像装置１の水平転送レジスタ部１５には、上記ゲート絶縁膜２０上にポリシリコンからなる第１の転送電極３１とポリシリコンからなる第２の転送電極３２とが交互に形成されている。
【００１７】
また、水平転送レジスタ部１５端には、出力部１６が構成されていて、上記ゲート絶縁膜２０を介して出力ゲート４１、リセットゲート４２が形成されている。上記出力ゲート４１、上記リセットゲート４２間のシリコン基板１１にはフローティングディフュージョン部（以下ＦＤ部と記す）４３が形成され、リセットゲート４２に対してＦＤ部４３とは反対側のシリコン基板１１には、リセットドレイン４４が形成されている。
【００１８】
さらに、上記シリコン基板１１上には上記各素子を覆う平坦化膜５１が形成され、その平坦化膜５１には、ＦＤ部４３に接続するＦＤ電極４５、リセットドレイン４４に接続するリセット電極４６が形成されている。また、上記平坦化膜５１上には水平転送レジスタ１５を遮光する第１の遮光膜５５が例えばアルミニウムで形成されている。さらに平坦化膜５１上には、絶縁膜６１が形成されている。上記平坦化膜５１、絶縁膜６１は、共に紫外線を透過する膜からなる。
【００１９】
上記絶縁膜６１上には、ＦＤ電極４５、リセット電極４６、第１の遮光膜５５を被覆する絶縁膜６１を介して出力部１６のＭＯＮＯＳゲート（例えば、出力ゲート４１、リセットゲート４２）を遮光する第２の遮光膜６５が形成されている。上記第１の遮光膜５５および第２の遮光膜６５は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成されている。さらに、第２の遮光膜６５を被覆するもので紫外線を透過する保護膜７１が形成されている。したがって、第１の固体撮像装置１では、平坦化膜５１、絶縁膜６１、保護膜７１により構成される上層膜は全て紫外線を透過するものからなる。
【００２０】
上記第１、第２の遮光膜５５、６５によって、紫外線がＭＯＮＯＳゲート部に入射しなくなるため、Ｖthシフトは発生しなくなる。ここで第２の遮光膜６５の電位は、例えば第２の遮光膜６５と水平転送レジスタ１５を遮光している第１の遮光膜５５とをプラグ６６を介して接続して、ＧＮＤに固定してもよく、もしくは、上記プラグ６６を形成しないで、フローティング状態としてもよい。
【００２１】
上記第１の固体撮像装置１の受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造（例えば、出力ゲート４１、リセットゲート４２）上に、金属製遮光膜として第２の遮光膜６５を設けたことから、受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造、例えばリセットゲート４１や出力ゲート４２に紫外線が入射されるのが防止される。よって、紫外線によるＭＯＮＯＳゲートのＶthシフトを防止することができるので、固体撮像装置の劣化を防止することができる。
【００２２】
次に本発明の固体撮像装置に係る第２の実施の形態を、図２の概略構成断面図によって説明する。
【００２３】
図２に示す第２の固体撮像装置２は、前記図１によって説明した第１の固体撮像装置において、金属製の遮光膜の代わりに、紫外線を吸収する有機膜からなる第２の遮光膜６７を用いている。この有機膜としては、例えば着色レジストを用いることができる。この着色レジストの紫外線の吸収は、波長が４００ｎｍ以下の光に対して９５％以上確保されることが望ましい。また吸収の度合いは有機膜の材質と膜厚との組み合わせのなかから、所望の組み合わせを選択すればよい。
【００２４】
次に、第２の固体撮像装置２の水平転送レジスタ１５の出力端から出力部１６にかけての概略構成を、前記図２によって説明する。
【００２５】
図２に示すように、シリコン基板１１上に、酸化シリコン膜２１、窒化シリコン膜２２、酸化シリコン膜２３を積層して成るゲート絶縁膜２０が形成されている。この固体撮像装置の水平転送レジスタ部１５には、上記ゲート絶縁膜２０上にポリシリコンからなる第１の転送電極３１とポリシリコンからなる第２の転送電極３２とが交互に形成されている。
【００２６】
また、水平転送レジスタ部１５端には、出力部１６が構成されていて、上記ゲート絶縁膜２０を介して出力ゲート４１、リセットゲート４２が形成されている。上記出力ゲート４１、上記リセットゲート４２間のシリコン基板１１にはフローティングディフュージョン部（以下ＦＤ部と記す）４３が形成され、リセットゲート４２に対してＦＤ部４３とは反対側のシリコン基板１１には、リセットドレイン４４が形成されている。
【００２７】
さらに、上記シリコン基板１１上には上記各素子を覆う平坦化膜５１が形成され、その平坦化膜５１には、ＦＤ部４３に接続するＦＤ電極４５、リセットドレイン４４に接続するリセット電極４６が形成されている。上記平坦化膜５１は紫外線を透過する膜で形成されている。また、上記平坦化膜５１上には水平転送レジスタ１５を遮光する第１の遮光膜５５が例えばアルミニウムで形成されている。さらに平坦化膜５１上には、ＦＤ電極４５、リセット電極４６、第１の遮光膜５上を被覆する保護膜７１が形成されている。保護膜７１は、共に紫外線を透過する膜で形成されている。したがって、第２の固体撮像装置２では、平坦化膜５１、保護膜７１により構成される上層膜は全て紫外線を透過するものからなる。
【００２８】
上記保護膜７１上には、出力部１６のＭＯＮＯＳゲート（例えば、出力ゲート４１、リセットゲート４２）を遮光する第２の遮光膜６７が形成されている。上記第２の遮光膜６７は、例えば紫外線を吸収する有機膜で形成されている。
【００２９】
上記第２の固体撮像装置２の受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造（例えば、出力ゲート４１、リセットゲート４２）上に、紫外線を吸収する有機膜からなる第２の遮光膜６７を設けたことから、受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造、例えばリセットゲート４１や出力ゲート４２に紫外線が入射されるのが防止される。よって、紫外線によるＭＯＮＯＳゲートのＶthシフトを防止することができることによって、固体撮像装置の劣化を防止することができる。
【００３０】
また、上記第２の固体撮像装置２では、ＦＤ部４１上に形成される第２の遮光膜６７を導電性のない有機膜で形成されていることから、寄生容量の増加が抑制される。また、第２の遮光膜６７を着色レジストで形成することにより、製造工程数を大幅に増加することなく、寄生容量を抑制した紫外線遮光構造を形成することが可能である。
【００３１】
次に本発明の固体撮像装置に係る第３の実施の形態を、図３の（１）に示す概略構成断面図および図３の（２）に示す第２の遮光膜の平面図によって説明する。
【００３２】
図３に示すように、第３の固体撮像装置３は、前記図１によって説明した固体撮像装置１において、第２の遮光膜６５において、ＦＤ部４３の直上方向に当たる部分に開口部６８を設けた構成としたものである。上記第２の遮光膜６５に形成された開口部６８の大きさは、開口部６８から入射される光がＭＯＮＯＳゲート（例えば、出力ゲート４１、リセットゲート４２）に入射しない範囲に設定する。
【００３３】
第３の固体撮像装置３の構成部品は、第２の遮光膜６５を除いて、前記図１によって、説明した第１の固体撮像装置１の構成部品、すなわち、シリコン基板１１、酸化シリコン膜２１、窒化シリコン膜２２、酸化シリコン膜２３を積層して成るゲート絶縁膜２０、水平転送レジスタ部１５、ポリシリコンからなる第１の転送電極３１、ポリシリコンからなる第２の転送電極３２、出力部１６、出力ゲート４１、リセットゲート４２、ＦＤ４３、リセットドレイン４４、平坦化膜５１、ＦＤ電極４５、リセット電極４６、平坦化膜５１、第１の遮光膜５５、絶縁膜６１、プラグ６６、保護膜７１等は同様であり、その構成も同様である。しかも、平坦化膜５１、絶縁膜６１、保護膜７１構成される上層膜は全て紫外線を透過するものからなる。
【００３４】
第３の固体撮像装置３では、第２の遮光膜６５に開口部６８を設けたことから、前記図１によって説明した第１の固体撮像装置１よりも、ＦＤ部４１における寄生容量が減少する。そのため、光電変換効率の低下が抑制される。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の固体撮像装置によれば、固体撮像装置の受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造領域上に、金属製遮光膜を設けたので、もしくは紫外線を吸収する有機膜を設けたので、受光部および転送部を除くＭＯＮＯＳゲート構造、例えばリセットゲートや出力ゲートに紫外線が入射されるのを防止することができる。それによって、固体撮像装置の劣化を防止することができる。よって、固体撮像装置の信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置に係る第１の実施の形態を示す概略構成図および図１におけるА−А線概略構成断面図である。
【図２】本発明の固体撮像装置に係る第２の実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図３】本発明の固体撮像装置に係る第３の実施の形態を示す概略構成断面図および第２の遮光膜を示す平面図である。
【図４】従来の固体撮像装置に係る要部を示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
１…第１の固体撮像装置、４１…出力ゲート、４２…リセットゲート、６５…第２の遮光膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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