JP3019797B2 - 固体撮像素子とその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子とその製造方法Info
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/151—Geometry or disposition of pixel elements, address lines or gate electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F39/12—Image sensors
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- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は可視光領域で使用さ
れる固体撮像素子とその製造方法に関する。
れる固体撮像素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光電変換領域上に電極を具備し該電極を
透過した光を検出する型式の光検出器を有する固体撮像
素子としては、簡単なものでは１次元に形成したＣＣＤ
（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）その
ものであり、他に、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎｊｅｃ
ｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ
Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）動作Ｃ
ＣＤ撮像素子、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子、フルフ
レーム型ＣＣＤ撮像素子といったものがある。
透過した光を検出する型式の光検出器を有する固体撮像
素子としては、簡単なものでは１次元に形成したＣＣＤ
（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）その
ものであり、他に、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎｊｅｃ
ｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ
Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）動作Ｃ
ＣＤ撮像素子、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子、フルフ
レーム型ＣＣＤ撮像素子といったものがある。
【０００３】ＣＩＤ撮像素子ではＭＯＳキャパシタのゲ
ート電極下部分で光電変換する方式であり、１次元ＣＣ
ＤやＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ
撮像素子・フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子では電子的走
査機能を有するＣＣＤそのものを光検出器としても用い
る方式である。
ート電極下部分で光電変換する方式であり、１次元ＣＣ
ＤやＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ
撮像素子・フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子では電子的走
査機能を有するＣＣＤそのものを光検出器としても用い
る方式である。
【０００４】ＣＩＤ撮像素子の基本的構成を図４に示
す。また、ＣＩＤ撮像素子の単位画素の動作機構を図５
に示す。図４における単位画素１３は、図５に示すよう
に電荷結合している二つのＭＯＳキャパシタから成って
いる。この単位画素１３が２次元に配列されており、垂
直シフトレジスタ１４に接続された水平選択線１６と水
平シフトレジスタ１５に接続された垂直選択線１７にそ
れぞれ印加される水平選択パルスと垂直選択パルスとで
一画素がアクセスされる。このときの動作機構を図５に
よって説明する。
す。また、ＣＩＤ撮像素子の単位画素の動作機構を図５
に示す。図４における単位画素１３は、図５に示すよう
に電荷結合している二つのＭＯＳキャパシタから成って
いる。この単位画素１３が２次元に配列されており、垂
直シフトレジスタ１４に接続された水平選択線１６と水
平シフトレジスタ１５に接続された垂直選択線１７にそ
れぞれ印加される水平選択パルスと垂直選択パルスとで
一画素がアクセスされる。このときの動作機構を図５に
よって説明する。
【０００５】図５（ａ）は水平選択線１６に高レベルが
印加され、垂直選択線１７に低レベルが印加された状態
を示している。水平選択線１６に接続された第１ゲート
電極１９下に電位井戸が形成され、第１ゲート電極１９
・第２ゲート電極２０を透過するなどして入射した光に
よってｐ型Ｓｉ基板１８において発生した信号電荷がこ
の電位井戸に蓄積される。図５（ｂ）は逆に水平選択線
１６に低レベルが印加され、垂直選択線１７に高レベル
が印加された状態を示している。今度は垂直選択線１７
に接続された第２ゲート電極２０下に電位井戸が形成さ
れ、入射光によって発生した信号電荷がこの電位井戸に
蓄積される。このように、一画素の水平・垂直の選択線
に繋がったＭＯＳキャパシタのいずれか、または両方が
高レベルにある限り、信号電荷はいずれかのゲート電極
下の電位井戸あるいは両者の電位井戸に蓄積されたり、
二つのＭＯＳキャパシタ間を移動するだけで、外部に流
出しない。それに対し、水平選択線１６と垂直選択線１
７とに同時に低レベルが印加されると、その交点にある
画素では図５（ｃ）に示すように、二つのＭＯＳキャパ
シタの電極下に形成されていた電位井戸が消滅し、信号
電荷が過剰な少数キャリアとなって基板内部に向って掃
出される。この少数キャリアは多数キャリアと再結合す
るが、その際に流れる基板−アース間の再結合電流ｉS
が信号電荷量に比例するので、これによって映像信号を
取得する。
印加され、垂直選択線１７に低レベルが印加された状態
を示している。水平選択線１６に接続された第１ゲート
電極１９下に電位井戸が形成され、第１ゲート電極１９
・第２ゲート電極２０を透過するなどして入射した光に
よってｐ型Ｓｉ基板１８において発生した信号電荷がこ
の電位井戸に蓄積される。図５（ｂ）は逆に水平選択線
１６に低レベルが印加され、垂直選択線１７に高レベル
が印加された状態を示している。今度は垂直選択線１７
に接続された第２ゲート電極２０下に電位井戸が形成さ
れ、入射光によって発生した信号電荷がこの電位井戸に
蓄積される。このように、一画素の水平・垂直の選択線
に繋がったＭＯＳキャパシタのいずれか、または両方が
高レベルにある限り、信号電荷はいずれかのゲート電極
下の電位井戸あるいは両者の電位井戸に蓄積されたり、
二つのＭＯＳキャパシタ間を移動するだけで、外部に流
出しない。それに対し、水平選択線１６と垂直選択線１
７とに同時に低レベルが印加されると、その交点にある
画素では図５（ｃ）に示すように、二つのＭＯＳキャパ
シタの電極下に形成されていた電位井戸が消滅し、信号
電荷が過剰な少数キャリアとなって基板内部に向って掃
出される。この少数キャリアは多数キャリアと再結合す
るが、その際に流れる基板−アース間の再結合電流ｉS
が信号電荷量に比例するので、これによって映像信号を
取得する。
【０００６】次にＣＣＤそのものを光検出器とするもの
は基本的な光電変換機構は共通なので、フレーム転送型
ＣＣＤ撮像素子を取り上げて説明する。
は基本的な光電変換機構は共通なので、フレーム転送型
ＣＣＤ撮像素子を取り上げて説明する。
【０００７】図６はフレーム転送型ＣＣＤ撮像素子の平
面構成である。また、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子の
イメージ部の断面構造及び光電変換機構を図７に示す。
これらの図では垂直ＣＣＤを３相駆動方式として描いて
いる。チャネルストップ８拡散層によって電荷転送チャ
ネルを垂直方向に分割し、水平画素数に対応する画素列
が形成されている。このチャネルストップ８に直交して
垂直ＣＣＤ転送電極群が配列されている。垂直ＣＣＤは
上下二つにグルーピングされており、上半分が受光のた
めの垂直ＣＣＤでイメージ部２２を構成し、下半分が信
号電荷を一時蓄積するための垂直ＣＣＤで蓄積部２３を
構成している。蓄積部２３の終端に水平ＣＣＤ９が設け
てあり、これが蓄積部２３から信号電荷を時系列の形で
出力部１０へ転送し、出力部１０で電荷検出及びインピ
ーダンス変換を行なって外部へ出力する。蓄積部２３と
水平ＣＣＤ９には光が入射しないように、薄い絶縁膜を
介して金属膜などで遮光されている。
面構成である。また、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子の
イメージ部の断面構造及び光電変換機構を図７に示す。
これらの図では垂直ＣＣＤを３相駆動方式として描いて
いる。チャネルストップ８拡散層によって電荷転送チャ
ネルを垂直方向に分割し、水平画素数に対応する画素列
が形成されている。このチャネルストップ８に直交して
垂直ＣＣＤ転送電極群が配列されている。垂直ＣＣＤは
上下二つにグルーピングされており、上半分が受光のた
めの垂直ＣＣＤでイメージ部２２を構成し、下半分が信
号電荷を一時蓄積するための垂直ＣＣＤで蓄積部２３を
構成している。蓄積部２３の終端に水平ＣＣＤ９が設け
てあり、これが蓄積部２３から信号電荷を時系列の形で
出力部１０へ転送し、出力部１０で電荷検出及びインピ
ーダンス変換を行なって外部へ出力する。蓄積部２３と
水平ＣＣＤ９には光が入射しないように、薄い絶縁膜を
介して金属膜などで遮光されている。
【０００８】図７のようにイメージ部２２の受光領域に
光（ｈν）が入射すると、励起された信号電荷が一画素
分２７のうちの一つのイメージ部垂直ＣＣＤ電極２６
（正電位〔＋〕が印加されている転送電極）下の電位井
戸に集められる。一画素はＣＣＤの一段分を構成する駆
動信号２４の相数に対応する数の電極とチャネルストッ
プ８で囲まれた領域である。光信号を信号電荷に変換す
る電荷蓄積期間が終るとイメージ部２２の垂直ＣＣＤ駆
動信号２４と蓄積部２３の垂直ＣＣＤ駆動信号２５は高
速の転送パルスとなり、イメージ部２２の全ての画素の
電荷が速やかに蓄積部２３に転送収容される。その後、
イメージ部２２の各画素では再び光信号電荷の蓄積を始
めるが、蓄積部２３に移った信号電荷はその間に一行ず
つ下方に送られ、水平ＣＣＤ９を通して出力部１０に転
送される。まず、一番下の行にある信号電荷が同時に水
平ＣＣＤ９へ送り込まれ、水平方向へ高いクロック周波
数で転送され、時系列信号として出力部１０から読み出
される。このとき既に次の信号電荷が一段下方に移動し
ているので、次の蓄積部２３の転送動作で水平ＣＣＤ９
に入り、出力部１０から読み出される。このようにして
一画面分の信号電荷が全て水平ＣＣＤ９を通して読み出
されると、イメージ部２２の垂直ＣＣＤ駆動信号２４と
蓄積部２３の垂直ＣＣＤ駆動信号２５は再び高速の転送
パルスとなり、次のフレームの信号電荷が蓄積部２３に
転送される。以下同様な手順で一画面分の信号電荷が順
次一画素ずつ読み出される。
光（ｈν）が入射すると、励起された信号電荷が一画素
分２７のうちの一つのイメージ部垂直ＣＣＤ電極２６
（正電位〔＋〕が印加されている転送電極）下の電位井
戸に集められる。一画素はＣＣＤの一段分を構成する駆
動信号２４の相数に対応する数の電極とチャネルストッ
プ８で囲まれた領域である。光信号を信号電荷に変換す
る電荷蓄積期間が終るとイメージ部２２の垂直ＣＣＤ駆
動信号２４と蓄積部２３の垂直ＣＣＤ駆動信号２５は高
速の転送パルスとなり、イメージ部２２の全ての画素の
電荷が速やかに蓄積部２３に転送収容される。その後、
イメージ部２２の各画素では再び光信号電荷の蓄積を始
めるが、蓄積部２３に移った信号電荷はその間に一行ず
つ下方に送られ、水平ＣＣＤ９を通して出力部１０に転
送される。まず、一番下の行にある信号電荷が同時に水
平ＣＣＤ９へ送り込まれ、水平方向へ高いクロック周波
数で転送され、時系列信号として出力部１０から読み出
される。このとき既に次の信号電荷が一段下方に移動し
ているので、次の蓄積部２３の転送動作で水平ＣＣＤ９
に入り、出力部１０から読み出される。このようにして
一画面分の信号電荷が全て水平ＣＣＤ９を通して読み出
されると、イメージ部２２の垂直ＣＣＤ駆動信号２４と
蓄積部２３の垂直ＣＣＤ駆動信号２５は再び高速の転送
パルスとなり、次のフレームの信号電荷が蓄積部２３に
転送される。以下同様な手順で一画面分の信号電荷が順
次一画素ずつ読み出される。
【０００９】ＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子とフルフレーム
型ＣＣＤ撮像素子は、基本的にはフレーム転送型ＣＣＤ
撮像素子の蓄積部が無いような構造である。ＴＤＩ動作
ＣＣＤ撮像素子は、該素子に入射する画像を一定速度で
走査し、その画像の動きに信号電荷の転送速度を同期さ
せて信号の蓄積と転送を同時に行ない、併せて高感度を
得るというものである。フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子
は、一画面の光信号電荷の蓄積が終わったところで、機
械的シャッターを閉じてフレーム転送を行なうものであ
る。
型ＣＣＤ撮像素子は、基本的にはフレーム転送型ＣＣＤ
撮像素子の蓄積部が無いような構造である。ＴＤＩ動作
ＣＣＤ撮像素子は、該素子に入射する画像を一定速度で
走査し、その画像の動きに信号電荷の転送速度を同期さ
せて信号の蓄積と転送を同時に行ない、併せて高感度を
得るというものである。フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子
は、一画面の光信号電荷の蓄積が終わったところで、機
械的シャッターを閉じてフレーム転送を行なうものであ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したような従
来の光電変換領域上に電極を具備し該電極を透過した光
を検出する型式の光検出器を有する固体撮像素子である
１次元ＣＣＤそのものやＣＩＤ撮像素子・ＴＤＩ動作Ｃ
ＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子・フルフ
レーム型ＣＣＤ撮像素子では、光電変換領域上にあるゲ
ート電極やＣＣＤ転送電極がポリシリコン（Ｓｉ）から
成っているため、ポリＳｉ電極での強い光吸収の影響に
より、光検出器の量子効率が低いという問題があった。
特に青色領域の量子効率は数％程度になってしまう。
来の光電変換領域上に電極を具備し該電極を透過した光
を検出する型式の光検出器を有する固体撮像素子である
１次元ＣＣＤそのものやＣＩＤ撮像素子・ＴＤＩ動作Ｃ
ＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子・フルフ
レーム型ＣＣＤ撮像素子では、光電変換領域上にあるゲ
ート電極やＣＣＤ転送電極がポリシリコン（Ｓｉ）から
成っているため、ポリＳｉ電極での強い光吸収の影響に
より、光検出器の量子効率が低いという問題があった。
特に青色領域の量子効率は数％程度になってしまう。
【００１１】この課題を解決する固体撮像素子として検
討例があり、例えば、Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他によるアイ
・トリプル・イー ジャーナル オブ ソリッド ステ
ートサーキッツ、第ＳＣ−１１巻、第１号、第１２８−
１３２頁、１９７６年（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓ
ｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｖｏｌ．ＳＣ−１１，ｎ
ｏ．１，ｐｐ．１２８−１３２，１９７６）の報告、
Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他によるアイ・トリプル・イー
アイ・エス・エス・シー・シー ダイジェストオブ テ
クニカル ペイパーズ、第３０−３１頁及び第２６１−
２６２頁、１９７８年（ＩＥＥＥ ＩＳＳＣＣ Ｄｉ
ｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．３０−３１・ｐ
ｐ．２６１−２６２，１９７８）の報告、Ｗ．Ｆ．Ｋｅ
ｅｎａｎ他によるアイ・トリプル・イー トランザクシ
ョンズ オン エレクトロン デバイスィーズ、第ＥＤ
−３２巻、第８号、第１５３１−１５３３頁、１９８５
年、（Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ，ｖｏｌ．ＥＤ−３２，ｎｏ．８，ｐｐ．１５３１−
１５３３，１９８５）の報告等がある。
討例があり、例えば、Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他によるアイ
・トリプル・イー ジャーナル オブ ソリッド ステ
ートサーキッツ、第ＳＣ−１１巻、第１号、第１２８−
１３２頁、１９７６年（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓ
ｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｖｏｌ．ＳＣ−１１，ｎ
ｏ．１，ｐｐ．１２８−１３２，１９７６）の報告、
Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他によるアイ・トリプル・イー
アイ・エス・エス・シー・シー ダイジェストオブ テ
クニカル ペイパーズ、第３０−３１頁及び第２６１−
２６２頁、１９７８年（ＩＥＥＥ ＩＳＳＣＣ Ｄｉ
ｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．３０−３１・ｐ
ｐ．２６１−２６２，１９７８）の報告、Ｗ．Ｆ．Ｋｅ
ｅｎａｎ他によるアイ・トリプル・イー トランザクシ
ョンズ オン エレクトロン デバイスィーズ、第ＥＤ
−３２巻、第８号、第１５３１−１５３３頁、１９８５
年、（Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ，ｖｏｌ．ＥＤ−３２，ｎｏ．８，ｐｐ．１５３１−
１５３３，１９８５）の報告等がある。
【００１２】Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他報告のデバイスはＣ
ＩＤ撮像素子である。該素子の単位画素構造を図８に示
す。ｎ型Ｓｉ基板１上に厚いフィールド酸化膜３０が形
成されており、活性領域となる部分のフィールド酸化膜
３０が除去され、そこに薄いゲート酸化膜が形成されて
いる（ゲート酸化膜・フィールド酸化膜境界部３１の内
側の窪んだ領域）。そこへまず水平方向にポリＳｉロー
ライン（水平選択線）２８が設けられ、その上に透明電
極コラムライン（垂直選択線）２９が設けられている。
透明電極は酸化錫５〜１０ｗｔ％含有の酸化インジウム
であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：Ｉ
ｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）から成っている。第１・第２ゲー
ト電極は、ポリＳｉローライン（水平選択線）２８及び
透明電極コラムライン（垂直選択線）２９のゲート酸化
膜上を覆っている部分である。ポリＳｉローライン（水
平選択線）２８における光吸収は大きいが、透明電極コ
ラムライン（垂直選択線）２９による損失は少ないの
で、ここを経て入射する光による量子効率向上が為され
ている。
ＩＤ撮像素子である。該素子の単位画素構造を図８に示
す。ｎ型Ｓｉ基板１上に厚いフィールド酸化膜３０が形
成されており、活性領域となる部分のフィールド酸化膜
３０が除去され、そこに薄いゲート酸化膜が形成されて
いる（ゲート酸化膜・フィールド酸化膜境界部３１の内
側の窪んだ領域）。そこへまず水平方向にポリＳｉロー
ライン（水平選択線）２８が設けられ、その上に透明電
極コラムライン（垂直選択線）２９が設けられている。
透明電極は酸化錫５〜１０ｗｔ％含有の酸化インジウム
であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：Ｉ
ｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）から成っている。第１・第２ゲー
ト電極は、ポリＳｉローライン（水平選択線）２８及び
透明電極コラムライン（垂直選択線）２９のゲート酸化
膜上を覆っている部分である。ポリＳｉローライン（水
平選択線）２８における光吸収は大きいが、透明電極コ
ラムライン（垂直選択線）２９による損失は少ないの
で、ここを経て入射する光による量子効率向上が為され
ている。
【００１３】Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他報告のデバイスは
１次元ＣＣＤ，ＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子及びフレーム
転送型ＣＣＤ撮像素子である。それらの素子の受光領域
の断面構造を図９に示す。ｎ型Ｓｉ基板１表面付近にｐ
型埋込みチャネル３２が形成されており、その上に熱酸
化膜３３とＳｉ窒化膜３４の二層から成るゲート絶縁膜
がある。Ｓｉ窒化膜３４の上に第１錫酸化物電極３５が
間隔を開けて形成されている。絶縁層として第１層ＳＩ
ＬＯＸ（ガラス質の一種である常圧熱ＣＶＤＳｉＯ）３
６を堆積させた後、第１錫酸化物電極３５の間隙を埋め
るように、第２錫酸化物電極３７が形成されている。全
体を第２層ＳＩＬＯＸ３８で覆った後、アルミ内部配線
（図以外の領域）が施されている。第３層ＳＩＬＯＸ３
９とリンドープＳＩＬＯＸ４０の複合膜で絶縁した上
に、受光領域を限定するアルミ光シールド（図以外の領
域）が設けられている。錫酸化物（ＳｎＯ2 ）も従来か
ら透明導電材料として知られており、それが受光領域の
全てのＣＣＤ転送電極を構成しているので、量子効率が
大幅に改善されている。
１次元ＣＣＤ，ＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子及びフレーム
転送型ＣＣＤ撮像素子である。それらの素子の受光領域
の断面構造を図９に示す。ｎ型Ｓｉ基板１表面付近にｐ
型埋込みチャネル３２が形成されており、その上に熱酸
化膜３３とＳｉ窒化膜３４の二層から成るゲート絶縁膜
がある。Ｓｉ窒化膜３４の上に第１錫酸化物電極３５が
間隔を開けて形成されている。絶縁層として第１層ＳＩ
ＬＯＸ（ガラス質の一種である常圧熱ＣＶＤＳｉＯ）３
６を堆積させた後、第１錫酸化物電極３５の間隙を埋め
るように、第２錫酸化物電極３７が形成されている。全
体を第２層ＳＩＬＯＸ３８で覆った後、アルミ内部配線
（図以外の領域）が施されている。第３層ＳＩＬＯＸ３
９とリンドープＳＩＬＯＸ４０の複合膜で絶縁した上
に、受光領域を限定するアルミ光シールド（図以外の領
域）が設けられている。錫酸化物（ＳｎＯ2 ）も従来か
ら透明導電材料として知られており、それが受光領域の
全てのＣＣＤ転送電極を構成しているので、量子効率が
大幅に改善されている。
【００１４】Ｗ．Ｆ．Ｋｅｅｎａｎ他報告のデバイスは
フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の一種であるが、特殊な
構造をしている。これは一つの駆動信号で動作可能なＣ
ＣＤであり、バーチャルフェーズＣＣＤと呼ばれるもの
である。図１０に示すように、一つの駆動信号で操作さ
れる錫酸化物電極４２の間のゲート酸化膜４上に垂直Ｃ
ＣＤ電極は無く、そこの基板内に表面電位を固定するた
めのボロン・バーチャル電極４１が設けられている。ボ
ロン・バーチャル電極４１のある領域がバーチャル・フ
ェーズ４４であり、錫酸化物電極４２のある領域がクロ
ック・フェーズ４５である。図には示してないが、ボロ
ン・バーチャル電極４１下及び錫酸化物電極４２下の基
板表面付近にはｎ型埋込みチャネルがあり、さらにバー
チャル・フェーズ４４及びクロック・フェーズ４５のｎ
型埋込みチャネル内にはどちらにも障壁領域と蓄積領域
とができる電位差を発生させるための不純物濃度分布が
持たせてある。バーチャルフェーズＣＣＤは、垂直ＣＣ
Ｄ電極に加える電位によってＣＣＤチャネル内に障壁領
域と蓄積領域を形成する通常のＣＣＤに比べて電荷転送
能力は劣るが、バーチャル・フェーズ４４部分に垂直Ｃ
ＣＤ電極が無いため、従来から量子効率が高いという長
所があった。クロック・フェーズ４５部分の垂直ＣＣＤ
電極を、従来のポリＳｉから錫酸化物（ＳｎＯ2 ）に変
更することにより、量子効率のさらなる向上と感度の画
素間の均一性が高められている。
フルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の一種であるが、特殊な
構造をしている。これは一つの駆動信号で動作可能なＣ
ＣＤであり、バーチャルフェーズＣＣＤと呼ばれるもの
である。図１０に示すように、一つの駆動信号で操作さ
れる錫酸化物電極４２の間のゲート酸化膜４上に垂直Ｃ
ＣＤ電極は無く、そこの基板内に表面電位を固定するた
めのボロン・バーチャル電極４１が設けられている。ボ
ロン・バーチャル電極４１のある領域がバーチャル・フ
ェーズ４４であり、錫酸化物電極４２のある領域がクロ
ック・フェーズ４５である。図には示してないが、ボロ
ン・バーチャル電極４１下及び錫酸化物電極４２下の基
板表面付近にはｎ型埋込みチャネルがあり、さらにバー
チャル・フェーズ４４及びクロック・フェーズ４５のｎ
型埋込みチャネル内にはどちらにも障壁領域と蓄積領域
とができる電位差を発生させるための不純物濃度分布が
持たせてある。バーチャルフェーズＣＣＤは、垂直ＣＣ
Ｄ電極に加える電位によってＣＣＤチャネル内に障壁領
域と蓄積領域を形成する通常のＣＣＤに比べて電荷転送
能力は劣るが、バーチャル・フェーズ４４部分に垂直Ｃ
ＣＤ電極が無いため、従来から量子効率が高いという長
所があった。クロック・フェーズ４５部分の垂直ＣＣＤ
電極を、従来のポリＳｉから錫酸化物（ＳｎＯ2 ）に変
更することにより、量子効率のさらなる向上と感度の画
素間の均一性が高められている。
【００１５】以上述べたように、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −
ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）で光電変換領域上の
ゲート電極やＣＣＤ転送電極を構成することで、光検出
器の量子効率、特に青色領域の量子効率を改善すること
ができるが、これらには次のような問題がある。ＩＴＯ
の主構成要素であるインジウムと錫酸化物の主構成要素
である錫とは、いずれもＳｉとの間で全率固溶体を成す
物質であり、安定な相を形成しない。さらに、それらの
酸化物の耐熱性も充分に高いものではない。そのため、
汚染物質と為り易く、デバイスの性能劣化を避けるため
に、製造工程に制約を与え、設計自由度・性能限界・生
産性を低くしてしまうという問題がある。特に、熱工程
は制約を受け、Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他報告にあるよう
に、これらの物質使用後加えられるのは精々６００℃程
度であり、不純物の注入及び活性化は難しく、微細化・
高性能化に有効なセルフアライン技術が使えない。ま
た、何層も電極を重ねる場合には、Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎ
ｎ他報告のように、電極間の絶縁膜についても絶縁性の
低い低温プロセスで形成可能な膜（ＳＩＬＯＸ形成温度
は４００〜４５０℃）を用いなければならない。
ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）で光電変換領域上の
ゲート電極やＣＣＤ転送電極を構成することで、光検出
器の量子効率、特に青色領域の量子効率を改善すること
ができるが、これらには次のような問題がある。ＩＴＯ
の主構成要素であるインジウムと錫酸化物の主構成要素
である錫とは、いずれもＳｉとの間で全率固溶体を成す
物質であり、安定な相を形成しない。さらに、それらの
酸化物の耐熱性も充分に高いものではない。そのため、
汚染物質と為り易く、デバイスの性能劣化を避けるため
に、製造工程に制約を与え、設計自由度・性能限界・生
産性を低くしてしまうという問題がある。特に、熱工程
は制約を受け、Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他報告にあるよう
に、これらの物質使用後加えられるのは精々６００℃程
度であり、不純物の注入及び活性化は難しく、微細化・
高性能化に有効なセルフアライン技術が使えない。ま
た、何層も電極を重ねる場合には、Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎ
ｎ他報告のように、電極間の絶縁膜についても絶縁性の
低い低温プロセスで形成可能な膜（ＳＩＬＯＸ形成温度
は４００〜４５０℃）を用いなければならない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明においては、光電変換領域上に電極を具備し
該電極を透過した光を検出する型式の光検出器が１次元
または２次元に配列され、該光検出器アレイの光生成信
号を電子的走査機能によって時系列電気信号として出力
する固体撮像素子において、前記光電変換領域上の電極
を、二酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成し、この二酸化チ
タン（ＴｉＯ ２ ）から成る電極へのコンタクトホール形
成後、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）のコンタクトホール開
口部分を窒化チタン（ＴｉＮ）もしくはホウ化チタン
（ＴｉＢ ２ ）に変質させることにより、配線金属／Ｔｉ
Ｎ／ＴｉＯ ２ もしくは配線金属／ＴｉＢ ２ ／ＴｉＯ ２ の
コンタクト構造を持たせる。
めに本発明においては、光電変換領域上に電極を具備し
該電極を透過した光を検出する型式の光検出器が１次元
または２次元に配列され、該光検出器アレイの光生成信
号を電子的走査機能によって時系列電気信号として出力
する固体撮像素子において、前記光電変換領域上の電極
を、二酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成し、この二酸化チ
タン（ＴｉＯ ２ ）から成る電極へのコンタクトホール形
成後、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）のコンタクトホール開
口部分を窒化チタン（ＴｉＮ）もしくはホウ化チタン
（ＴｉＢ ２ ）に変質させることにより、配線金属／Ｔｉ
Ｎ／ＴｉＯ ２ もしくは配線金属／ＴｉＢ ２ ／ＴｉＯ ２ の
コンタクト構造を持たせる。
【００１７】また、その光電変換領域上の電極を構成す
る二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、酸素空孔を内包した二
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であるか、タングステン，リ
ン，アンチモン，タンタル，ニオブ，インジウムあるい
はそれらの酸化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくとも
どれか一種をドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であ
るか、又は、酸素空孔を内包し、かつ、タングステン，
リン，アンチモン，タンタル，ニオブ，インジウムある
いはそれらの酸化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，
Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくと
もどれか一種をドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で
あることが好ましい。
る二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、酸素空孔を内包した二
酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であるか、タングステン，リ
ン，アンチモン，タンタル，ニオブ，インジウムあるい
はそれらの酸化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくとも
どれか一種をドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であ
るか、又は、酸素空孔を内包し、かつ、タングステン，
リン，アンチモン，タンタル，ニオブ，インジウムある
いはそれらの酸化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，
Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくと
もどれか一種をドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で
あることが好ましい。
【００１８】さらに、光電変換領域上の電極を構成する
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、少なくともアナターゼ相
を含むものが好ましい。
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、少なくともアナターゼ相
を含むものが好ましい。
【００１９】
【００２０】従来、光電変換領域上のゲート電極やＣＣ
Ｄ転送電極を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成すること
は全く考えられていなかった。それは、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）が通常は絶縁物であり、また電気伝導性を
持たせる方法が無いわけではないが、充分に低い抵抗率
が得られるものでもないからである。
Ｄ転送電極を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成すること
は全く考えられていなかった。それは、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）が通常は絶縁物であり、また電気伝導性を
持たせる方法が無いわけではないが、充分に低い抵抗率
が得られるものでもないからである。
【００２１】二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の特性に関して
は、代表的な鉱物であるルチル結晶の物理的特性につい
ての検討としてＦ．Ａ．Ｇｒａｎｔによるレビューズ
オブモダン フィズィクス、第３１巻、第３号、第６４
６−６７４頁、１９５９年（Ｒｅｖｉｅｗｓ ｏｆ Ｍ
ｏｄｅｒｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３１，ｎｏ．
３，ｐｐ．６４６−６７４，１９５９）の文献やＨ．Ｔ
ａｎｇ他によるジャーナル オブ アプライド フィズ
ィクス、第７５巻、第４号、第２０４２−２０４７頁、
１９９４年（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．７
５，ｎｏ．４，ｐｐ．２０４２−２０４７，１９９４）
の報告などがある。
は、代表的な鉱物であるルチル結晶の物理的特性につい
ての検討としてＦ．Ａ．Ｇｒａｎｔによるレビューズ
オブモダン フィズィクス、第３１巻、第３号、第６４
６−６７４頁、１９５９年（Ｒｅｖｉｅｗｓ ｏｆ Ｍ
ｏｄｅｒｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３１，ｎｏ．
３，ｐｐ．６４６−６７４，１９５９）の文献やＨ．Ｔ
ａｎｇ他によるジャーナル オブ アプライド フィズ
ィクス、第７５巻、第４号、第２０４２−２０４７頁、
１９９４年（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．７
５，ｎｏ．４，ｐｐ．２０４２−２０４７，１９９４）
の報告などがある。
【００２２】Ｆ．Ａ．Ｇｒａｎｔによる報告の中には還
元や不純物ドープによって電気伝導性が変化する性質が
含まれている。それによると、確かに電気伝導性は得ら
れるのであるが、抵抗率の低いものでも１０0 〜１０-1
Ωcm程度の桁であり、ポリＳｉ，ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −
ＳｎＯ2 ），錫酸化物（ＳｎＯ2 ）で得られる１０-4Ω
cmの桁に比して、かなり高抵抗率である。
元や不純物ドープによって電気伝導性が変化する性質が
含まれている。それによると、確かに電気伝導性は得ら
れるのであるが、抵抗率の低いものでも１０0 〜１０-1
Ωcm程度の桁であり、ポリＳｉ，ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −
ＳｎＯ2 ），錫酸化物（ＳｎＯ2 ）で得られる１０-4Ω
cmの桁に比して、かなり高抵抗率である。
【００２３】また、Ｈ．Ｔａｎｇ他による報告では、薄
膜の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に還元等施した場合の検
討結果が報告されている。それによると、薄膜の場合、
特にアナターゼ相主体のものでは、前述の大きなルチル
結晶の場合よりも低抵抗率になるが、それでも１０-2Ω
cmの桁であり、ポリＳｉ，ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ
2 ），錫酸化物（ＳｎＯ2 ）より二桁も高抵抗率であ
る。
膜の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に還元等施した場合の検
討結果が報告されている。それによると、薄膜の場合、
特にアナターゼ相主体のものでは、前述の大きなルチル
結晶の場合よりも低抵抗率になるが、それでも１０-2Ω
cmの桁であり、ポリＳｉ，ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ
2 ），錫酸化物（ＳｎＯ2 ）より二桁も高抵抗率であ
る。
【００２４】このように二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は電
気伝導性を持たせることができる化合物であるが、高抵
抗率であるため、従来、光電変換領域上のゲート電極や
ＣＣＤ転送電極を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成する
ことは全く考えられていなかったのである。
気伝導性を持たせることができる化合物であるが、高抵
抗率であるため、従来、光電変換領域上のゲート電極や
ＣＣＤ転送電極を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成する
ことは全く考えられていなかったのである。
【００２５】しかしながら、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
の主構成要素であるチタンは、Ｓｉとの間でＴｉＳｉ2
という安定な相を形成する物質であり、従来から半導体
デバイスにおけるコンタクト部の異常反応を抑制するバ
リアメタルとしても用いられてきたものである。また、
その酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）も耐熱性が
非常に高い物質であり、密着性も良く、又加工性も優れ
ており、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、ＩＴＯ（Ｉｎ2
Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）と違って汚染
物質となる危険が極めて少ないという利点がある。
の主構成要素であるチタンは、Ｓｉとの間でＴｉＳｉ2
という安定な相を形成する物質であり、従来から半導体
デバイスにおけるコンタクト部の異常反応を抑制するバ
リアメタルとしても用いられてきたものである。また、
その酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）も耐熱性が
非常に高い物質であり、密着性も良く、又加工性も優れ
ており、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）は、ＩＴＯ（Ｉｎ2
Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）と違って汚染
物質となる危険が極めて少ないという利点がある。
【００２６】実際、半導体プロセス技術で通常用いられ
る薄膜形成方法を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に適用し、
得られた二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜について検討し
てみたところ、真空中あるいは水素雰囲気中での熱処理
や、Ｆ．Ａ．Ｇｒａｎｔの文献で抵抗率を下げる効果の
大きい物質として挙げられているＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 と他にＩｎ2 Ｏ3 並
びにそれらの酸化前の物質（Ｗ，Ｐ，Ｓｂ，Ｔａ，Ｎ
ｂ，ＩｎはＴｉＯ2 中に入ってＯと結び付くので酸化物
のドープの場合と等価）の内の少なくともどれか一種の
不純物ドープを施すことによって、１０0 〜１０-2Ωcm
近辺の抵抗率が得られた。成膜の際に基板温度が比較的
低温である室温〜４００℃ではアナターゼ相が支配的で
あるが、９００℃付近の高温熱処理でもルチル相へ一部
相転移するだけで、前記真空中あるいは水素雰囲気中で
の熱処理より高温か、あるいは雰囲気が異なる場合に
も、Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等のカバー膜をしていれば
抵抗率もほとんど変化しないので、Ｓｉへの不純物の注
入及び活性化も可能であることが解った。多少抵抗率が
高くなることを犠牲にしてルチル相を適用するならば、
１２００℃程度まで加熱しても安定であった。この熱的
安定性はポリＳｉに匹敵するものである。
る薄膜形成方法を二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に適用し、
得られた二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜について検討し
てみたところ、真空中あるいは水素雰囲気中での熱処理
や、Ｆ．Ａ．Ｇｒａｎｔの文献で抵抗率を下げる効果の
大きい物質として挙げられているＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2 Ｏ5 と他にＩｎ2 Ｏ3 並
びにそれらの酸化前の物質（Ｗ，Ｐ，Ｓｂ，Ｔａ，Ｎ
ｂ，ＩｎはＴｉＯ2 中に入ってＯと結び付くので酸化物
のドープの場合と等価）の内の少なくともどれか一種の
不純物ドープを施すことによって、１０0 〜１０-2Ωcm
近辺の抵抗率が得られた。成膜の際に基板温度が比較的
低温である室温〜４００℃ではアナターゼ相が支配的で
あるが、９００℃付近の高温熱処理でもルチル相へ一部
相転移するだけで、前記真空中あるいは水素雰囲気中で
の熱処理より高温か、あるいは雰囲気が異なる場合に
も、Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等のカバー膜をしていれば
抵抗率もほとんど変化しないので、Ｓｉへの不純物の注
入及び活性化も可能であることが解った。多少抵抗率が
高くなることを犠牲にしてルチル相を適用するならば、
１２００℃程度まで加熱しても安定であった。この熱的
安定性はポリＳｉに匹敵するものである。
【００２７】さらに、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の光学
的バンドギャップが３．０〜３．２ｅＶと大きいため、
可視光に対する吸収損失が極めて小さく、ＩＴＯ（Ｉｎ
2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）と同等の透
過性も得られる。
的バンドギャップが３．０〜３．２ｅＶと大きいため、
可視光に対する吸収損失が極めて小さく、ＩＴＯ（Ｉｎ
2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）と同等の透
過性も得られる。
【００２８】固体撮像素子のような集積回路における導
電性の電極が高抵抗率材料であった場合に問題となるの
は、電極を低抵抗にしにくいこともあるが、それ以上に
配線金属と良好なコンタクト特性を得るのが困難になる
ことである。電極の抵抗は、材料の抵抗率が高くても、
電極の厚さを厚くしたり、金属内部配線構造を工夫する
などして下げられる可能性がある。しかし、コンタクト
部分は微細になるにつれて接触面積が低下し、それがそ
のまま接触抵抗の増加となるうえ、高抵抗率材料では配
線金属との接触間に電気的なバリアが形成され易いから
である。
電性の電極が高抵抗率材料であった場合に問題となるの
は、電極を低抵抗にしにくいこともあるが、それ以上に
配線金属と良好なコンタクト特性を得るのが困難になる
ことである。電極の抵抗は、材料の抵抗率が高くても、
電極の厚さを厚くしたり、金属内部配線構造を工夫する
などして下げられる可能性がある。しかし、コンタクト
部分は微細になるにつれて接触面積が低下し、それがそ
のまま接触抵抗の増加となるうえ、高抵抗率材料では配
線金属との接触間に電気的なバリアが形成され易いから
である。
【００２９】本発明の固体撮像素子は、上述の二酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）薄膜をパターニングして光電変換領域
上の電極を形成するが、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から
成る電極へのコンタクトとして、二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）電極へのコンタクトホール形成後、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）のコンタクトホール開口部分を窒化チタン
（ＴｉＮ）に変質させることにより、配線金属／ＴｉＮ
／ＴｉＯ2 のコンタクト構造を持たせるか、あるいは、
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のコンタクトホール開口部分
をホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）に変質させることにより、
配線金属／ＴｉＢ2 ／ＴｉＯ2 のコンタクト構造を持た
せる。光電変換領域上の電極を構成する二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）は、酸素空孔を内包した二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）であるか、タングステン，リン，アンチモン，
タンタル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸化物
（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2
Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種をドー
プした二酸化チタン（ＴｉＯ2）であるか、又は、酸素
空孔を内包し、かつ、タングステン，リン，アンチモ
ン，タンタル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸
化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種を
ドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であり、高抵抗率
ではあるが電気伝導性を持たせている。この二酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）が変質したコンタクト部分の窒化チタン
（ＴｉＮ）、あるいは、ホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）は、
それぞれ１０-4〜１０-5Ωcm程度及び１０-5〜１０-6Ω
cm程度の低抵抗率を示す金属的物質であるため配線金属
と容易にオーミック接触を形成し、しかも二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）が直接変化しているため二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）との間にも電気的バリアを形成することのない
バッファ層になる。さらに、非常に緻密かつ安定な相な
ので異常反応を抑えるバリアメタルともなる。配線金属
／ＴｉＮ／ＴｉＯ2 構造、あるいは、配線金属／ＴｉＢ
2 ／ＴｉＯ2 構造は良好なコンタクト特性を提供するこ
とができる。従って、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成
る電極は、光電変換領域上のゲート電極やＣＣＤ転送電
極として充分に機能させることができる。光電変換領域
上の電極を、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成するの
で、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（Ｓｎ
Ｏ2 ）と違って汚染物質となる危険は極めて少なく、製
造工程、特に熱工程に制約は差程与えず、セルフアライ
ン技術や高温プロセスによる信頼性の高い絶縁膜を用い
ることも可能となり、設計自由度・性能限界・生産性も
高くすることができる。そのうえ、二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）の透過性が高いので、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −Ｓｎ
Ｏ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）といった透明導電材料を
用いた場合と同様に高い量子効率を得ることができる。
タン（ＴｉＯ2 ）薄膜をパターニングして光電変換領域
上の電極を形成するが、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から
成る電極へのコンタクトとして、二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）電極へのコンタクトホール形成後、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）のコンタクトホール開口部分を窒化チタン
（ＴｉＮ）に変質させることにより、配線金属／ＴｉＮ
／ＴｉＯ2 のコンタクト構造を持たせるか、あるいは、
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）のコンタクトホール開口部分
をホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）に変質させることにより、
配線金属／ＴｉＢ2 ／ＴｉＯ2 のコンタクト構造を持た
せる。光電変換領域上の電極を構成する二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）は、酸素空孔を内包した二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）であるか、タングステン，リン，アンチモン，
タンタル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸化物
（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ2
Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種をドー
プした二酸化チタン（ＴｉＯ2）であるか、又は、酸素
空孔を内包し、かつ、タングステン，リン，アンチモ
ン，タンタル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸
化物（ＷＯ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種を
ドープした二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）であり、高抵抗率
ではあるが電気伝導性を持たせている。この二酸化チタ
ン（ＴｉＯ2 ）が変質したコンタクト部分の窒化チタン
（ＴｉＮ）、あるいは、ホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）は、
それぞれ１０-4〜１０-5Ωcm程度及び１０-5〜１０-6Ω
cm程度の低抵抗率を示す金属的物質であるため配線金属
と容易にオーミック接触を形成し、しかも二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）が直接変化しているため二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）との間にも電気的バリアを形成することのない
バッファ層になる。さらに、非常に緻密かつ安定な相な
ので異常反応を抑えるバリアメタルともなる。配線金属
／ＴｉＮ／ＴｉＯ2 構造、あるいは、配線金属／ＴｉＢ
2 ／ＴｉＯ2 構造は良好なコンタクト特性を提供するこ
とができる。従って、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成
る電極は、光電変換領域上のゲート電極やＣＣＤ転送電
極として充分に機能させることができる。光電変換領域
上の電極を、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）で構成するの
で、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物（Ｓｎ
Ｏ2 ）と違って汚染物質となる危険は極めて少なく、製
造工程、特に熱工程に制約は差程与えず、セルフアライ
ン技術や高温プロセスによる信頼性の高い絶縁膜を用い
ることも可能となり、設計自由度・性能限界・生産性も
高くすることができる。そのうえ、二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）の透過性が高いので、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −Ｓｎ
Ｏ2 ）や錫酸化物（ＳｎＯ2 ）といった透明導電材料を
用いた場合と同様に高い量子効率を得ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。
て、図面を用いて詳細に説明する。
【００３１】図１は、本発明の固体撮像素子の断面構造
図である。この例では過剰な光信号電荷を基板に掃き出
す縦型オーバーフロードレイン構造を持たせるため、ｎ
型Ｓｉ基板１内に、まずｐ型ウェル２を形成してあり、
さらに表面近傍にｎ型ＣＣＤチャネル３を設けている。
例えば、ｎ型Ｓｉ基板１は１０13〜１０15cm-3程度のリ
ン濃度のものを用い、ｐ型ウェル２は深さ２〜４μm で
１０15〜１０16cm-3程度のボロン濃度とし、ｎ型ＣＣＤ
チャネル３は深さ０．５〜１μm で１０16〜１０17cm-3
程度のリンあるいは砒素濃度とする。ｎ型ＣＣＤチャネ
ル３上に熱酸化によって形成したゲート酸化膜４があ
る。ゲート酸化膜４の厚さは２０〜２００nm程度であ
る。ゲート酸化膜４の代わりにＳｉ窒化膜，Ｓｉ酸化窒
化膜等あるいは色々な膜の組合せの絶縁膜をゲート絶縁
膜に用いることも可能である。ゲート酸化膜４上に二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５が形成
してある。
図である。この例では過剰な光信号電荷を基板に掃き出
す縦型オーバーフロードレイン構造を持たせるため、ｎ
型Ｓｉ基板１内に、まずｐ型ウェル２を形成してあり、
さらに表面近傍にｎ型ＣＣＤチャネル３を設けている。
例えば、ｎ型Ｓｉ基板１は１０13〜１０15cm-3程度のリ
ン濃度のものを用い、ｐ型ウェル２は深さ２〜４μm で
１０15〜１０16cm-3程度のボロン濃度とし、ｎ型ＣＣＤ
チャネル３は深さ０．５〜１μm で１０16〜１０17cm-3
程度のリンあるいは砒素濃度とする。ｎ型ＣＣＤチャネ
ル３上に熱酸化によって形成したゲート酸化膜４があ
る。ゲート酸化膜４の厚さは２０〜２００nm程度であ
る。ゲート酸化膜４の代わりにＳｉ窒化膜，Ｓｉ酸化窒
化膜等あるいは色々な膜の組合せの絶縁膜をゲート絶縁
膜に用いることも可能である。ゲート酸化膜４上に二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５が形成
してある。
【００３２】二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の成膜は、チタ
ンをターゲットとし酸素分圧５〜５０％を含むスパッタ
ガスによる反応性スパッタリング法，二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）をターゲットとするスパッタリング法，四塩化
チタンと酸素を用いたプラズマＣＶＤ法等で行なう。厚
さは０．１〜２μm 程度である。酸素空孔を多量に導入
して抵抗率を下げる場合には、成膜後に圧力１×１０-5
Ｔｏｒｒ程度以下、つまり１０-6Ｔｏｒｒのオーダー以
上の高真空中で３００〜１２００℃の熱処理をするか、
水素雰囲気（水素１０％程度以上含むヘリウム，アルゴ
ンなど希ガス類との混合ガス中〜水素１００％中）で３
００〜１０００℃の熱処理をする。熱処理時間は数分〜
数時間である。タングステン，リン，アンチモン，タン
タル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸化物（Ｗ
Ｏ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種をド
ープして抵抗率を下げる場合には、リン，アンチモン，
インジウムについては二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）成膜後
にイオン注入法で表面近傍に分布させて熱処理で全体に
ドープする方法も可能であるが、いずれの不純物に関し
ても、その不純物を１０19〜１０21cm-3程度含有したチ
タンスパッタターゲットあるいは二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）スパッタターゲットを用意して、スパッタリング法
で成膜と同時にドープする方が工程が簡単である。成膜
前の表面状態や表面段差形状の影響により、結晶粒径が
小さく、どちらか一方の方法では抵抗率の低下が不充分
な場合があるが、そのようなときには真空中あるいは水
素雰囲気中での熱処理と不純物ドープとを複合すること
でキャリア増量を促し、抵抗率を下げることができる。
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜にフォトレジストマスク
を施して、ドライエッチングによって垂直ＣＣＤ電極形
状のパターニングを行なうが、この工程はイオン注入法
を用いて不純物ドープする場合にはそのイオン注入工程
後に行なわなければならないが、他の方法で抵抗率を下
げる場合は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）成膜工程直後でも
かまわない。
ンをターゲットとし酸素分圧５〜５０％を含むスパッタ
ガスによる反応性スパッタリング法，二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）をターゲットとするスパッタリング法，四塩化
チタンと酸素を用いたプラズマＣＶＤ法等で行なう。厚
さは０．１〜２μm 程度である。酸素空孔を多量に導入
して抵抗率を下げる場合には、成膜後に圧力１×１０-5
Ｔｏｒｒ程度以下、つまり１０-6Ｔｏｒｒのオーダー以
上の高真空中で３００〜１２００℃の熱処理をするか、
水素雰囲気（水素１０％程度以上含むヘリウム，アルゴ
ンなど希ガス類との混合ガス中〜水素１００％中）で３
００〜１０００℃の熱処理をする。熱処理時間は数分〜
数時間である。タングステン，リン，アンチモン，タン
タル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸化物（Ｗ
Ｏ3 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｓｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ）の内の少なくともどれか一種をド
ープして抵抗率を下げる場合には、リン，アンチモン，
インジウムについては二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）成膜後
にイオン注入法で表面近傍に分布させて熱処理で全体に
ドープする方法も可能であるが、いずれの不純物に関し
ても、その不純物を１０19〜１０21cm-3程度含有したチ
タンスパッタターゲットあるいは二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）スパッタターゲットを用意して、スパッタリング法
で成膜と同時にドープする方が工程が簡単である。成膜
前の表面状態や表面段差形状の影響により、結晶粒径が
小さく、どちらか一方の方法では抵抗率の低下が不充分
な場合があるが、そのようなときには真空中あるいは水
素雰囲気中での熱処理と不純物ドープとを複合すること
でキャリア増量を促し、抵抗率を下げることができる。
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜にフォトレジストマスク
を施して、ドライエッチングによって垂直ＣＣＤ電極形
状のパターニングを行なうが、この工程はイオン注入法
を用いて不純物ドープする場合にはそのイオン注入工程
後に行なわなければならないが、他の方法で抵抗率を下
げる場合は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）成膜工程直後でも
かまわない。
【００３３】電極構成としては、図１そのもののよう
に、一層の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜に垂直ＣＣＤ
電極間の間隙をエッチングで形成した一層電極構成と、
図９のＤ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他報告の固体撮像素子のよ
うに、層間絶縁膜を備えた二層の二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）薄膜を垂直ＣＣＤ電極形状にパターニングした二層
電極構成のどちらでも採用できる。
に、一層の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）薄膜に垂直ＣＣＤ
電極間の間隙をエッチングで形成した一層電極構成と、
図９のＤ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他報告の固体撮像素子のよ
うに、層間絶縁膜を備えた二層の二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）薄膜を垂直ＣＣＤ電極形状にパターニングした二層
電極構成のどちらでも採用できる。
【００３４】一層電極構成の場合、垂直ＣＣＤ電極間の
間隙部分のｎ型ＣＣＤチャネル３内に電位ディップが生
じるので、高い転送効率を得るためには間隙部分にセル
フアライン技術でｐ型不純物であるボロンをドープし、
電位ディップ防止をしなければならない。二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５は熱的安定性に
優れているので、ボロンのイオン注入及び活性化を可能
にする。垂直ＣＣＤ電極形状のパターニング後、二酸化
チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５をマスクとして、
ゲート酸化膜４の厚さに応じてボロンを１０〜１００ｋ
ｅＶ程度のエネルギーで１０10〜１０13cm-2程度の量を
イオン注入し、７００〜１０００℃程度で数分〜数時間
の真空中もしくは窒素雰囲気下等での熱処理を施す。こ
のとき、抵抗率を下げる熱処理より高温であったり雰囲
気が異なっていても、７００〜８００℃程度ならば二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５が剥き出しでも
特性はほとんど変化しないが、８００℃を越える場合に
は先にＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等の絶縁膜を形成する。
このような絶縁膜は７００〜８００℃程度の場合でも先
に形成しておいてもよく、むしろ、その方が焼きしめ効
果による絶縁膜の膜質向上も得られ、製造上効率が良
い。絶縁膜としては、本発明では前述のように膜形成後
焼きしめ可能なので、低温プロセスで形成したＳｉ酸化
膜やＳｉ窒化膜等を用いても焼きしめて良好な特性が得
られるし、８００℃程度の形成温度を用いる高温熱ＣＶ
Ｄ法でＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等を形成すれば、焼きし
め無しでも最初から良好な特性が得られる。
間隙部分のｎ型ＣＣＤチャネル３内に電位ディップが生
じるので、高い転送効率を得るためには間隙部分にセル
フアライン技術でｐ型不純物であるボロンをドープし、
電位ディップ防止をしなければならない。二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５は熱的安定性に
優れているので、ボロンのイオン注入及び活性化を可能
にする。垂直ＣＣＤ電極形状のパターニング後、二酸化
チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５をマスクとして、
ゲート酸化膜４の厚さに応じてボロンを１０〜１００ｋ
ｅＶ程度のエネルギーで１０10〜１０13cm-2程度の量を
イオン注入し、７００〜１０００℃程度で数分〜数時間
の真空中もしくは窒素雰囲気下等での熱処理を施す。こ
のとき、抵抗率を下げる熱処理より高温であったり雰囲
気が異なっていても、７００〜８００℃程度ならば二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５が剥き出しでも
特性はほとんど変化しないが、８００℃を越える場合に
は先にＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等の絶縁膜を形成する。
このような絶縁膜は７００〜８００℃程度の場合でも先
に形成しておいてもよく、むしろ、その方が焼きしめ効
果による絶縁膜の膜質向上も得られ、製造上効率が良
い。絶縁膜としては、本発明では前述のように膜形成後
焼きしめ可能なので、低温プロセスで形成したＳｉ酸化
膜やＳｉ窒化膜等を用いても焼きしめて良好な特性が得
られるし、８００℃程度の形成温度を用いる高温熱ＣＶ
Ｄ法でＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等を形成すれば、焼きし
め無しでも最初から良好な特性が得られる。
【００３５】二層電極構成の場合、第１層の垂直ＣＣＤ
電極形状パターニング後、層間絶縁膜を形成するが、本
発明ではこの膜に前述の高温熱ＣＶＤ法によるＳｉ酸化
膜やＳｉ窒化膜等を用いることができる。高温熱ＣＶＤ
法によるＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等は、絶縁耐圧が１×
１０7 Ｖ／cm程度あるので、第１層と第２層の垂直ＣＣ
Ｄ電極間に例えば２０Ｖの絶縁耐圧性能が必要であって
も、層間絶縁膜厚を２０nmまで薄膜化することができ
る。層間絶縁膜は第２層の垂直ＣＣＤ電極下のゲート絶
縁膜をも構成する膜である。ＣＣＤはゲート絶縁膜を薄
くすることによって電荷転送能力が向上するので、該層
間絶縁膜の薄膜化により、転送電荷量の向上が為され
る。層間絶縁膜形成後、第１層の垂直ＣＣＤ電極と同様
の方法で第２層の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂
直ＣＣＤ電極を形成する。その後、一層電極構成の場合
と同様に絶縁膜を形成する。
電極形状パターニング後、層間絶縁膜を形成するが、本
発明ではこの膜に前述の高温熱ＣＶＤ法によるＳｉ酸化
膜やＳｉ窒化膜等を用いることができる。高温熱ＣＶＤ
法によるＳｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等は、絶縁耐圧が１×
１０7 Ｖ／cm程度あるので、第１層と第２層の垂直ＣＣ
Ｄ電極間に例えば２０Ｖの絶縁耐圧性能が必要であって
も、層間絶縁膜厚を２０nmまで薄膜化することができ
る。層間絶縁膜は第２層の垂直ＣＣＤ電極下のゲート絶
縁膜をも構成する膜である。ＣＣＤはゲート絶縁膜を薄
くすることによって電荷転送能力が向上するので、該層
間絶縁膜の薄膜化により、転送電荷量の向上が為され
る。層間絶縁膜形成後、第１層の垂直ＣＣＤ電極と同様
の方法で第２層の二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂
直ＣＣＤ電極を形成する。その後、一層電極構成の場合
と同様に絶縁膜を形成する。
【００３６】一層電極構成と二層電極構成のどちらの場
合においても、絶縁膜形成後、金属内部配線形成前に平
坦化する。本発明ではこの平坦化膜に、溶融温度として
８００〜１１００℃程度の高温を必要とするが膜質が良
く高信頼性のＰＳＧやＢＰＳＧを用いることができる。
平坦化後、コンタクトホールを開け、再び８００〜１１
００℃程度の熱処理を窒素雰囲気で行ない、コンタクト
ホール形状を滑らかにするとともに、二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５のコンタクトホール
開口部分を窒化チタン（ＴｉＮ）に変質させるか、ある
いは、８００〜１１００℃程度の熱処理をアルゴンをキ
ャリアガスとするＳｉへのホウ素拡散工程と同様の雰囲
気で行ない、コンタクトホール形状を滑らかにするとと
もに、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電
極５のコンタクトホール開口部分をホウ化チタン（Ｔｉ
Ｂ2 ）に変質させる。その後、アルミニウム・銅・金・
モリブデン・タングステンなどで金属内部配線を施すの
であるが、これによってコンタクト部分は配線金属／Ｔ
ｉＮ／ＴｉＯ2 、あるいは、配線金属／ＴｉＢ2 ／Ｔｉ
Ｏ2 の構造になる。窒化チタン（ＴｉＮ）、あるいは、
ホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
垂直ＣＣＤ電極５より数桁程低抵抗率の１０-4〜１０-5
Ωcm程度及び１０-5〜１０-6Ωcm程度であるため、配線
金属と良好なオーミック接触を形成するバッファ層にな
るとともに、異常反応防止のバリアメタルとして機能す
るので、良好なコンタクト特性が得られる（コンタクト
ホール，金属内部配線があるのは図１以外の領域であ
り、図１では４相駆動の場合の垂直ＣＣＤ駆動信号７と
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５との接続関
係を示している。）。
合においても、絶縁膜形成後、金属内部配線形成前に平
坦化する。本発明ではこの平坦化膜に、溶融温度として
８００〜１１００℃程度の高温を必要とするが膜質が良
く高信頼性のＰＳＧやＢＰＳＧを用いることができる。
平坦化後、コンタクトホールを開け、再び８００〜１１
００℃程度の熱処理を窒素雰囲気で行ない、コンタクト
ホール形状を滑らかにするとともに、二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５のコンタクトホール
開口部分を窒化チタン（ＴｉＮ）に変質させるか、ある
いは、８００〜１１００℃程度の熱処理をアルゴンをキ
ャリアガスとするＳｉへのホウ素拡散工程と同様の雰囲
気で行ない、コンタクトホール形状を滑らかにするとと
もに、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電
極５のコンタクトホール開口部分をホウ化チタン（Ｔｉ
Ｂ2 ）に変質させる。その後、アルミニウム・銅・金・
モリブデン・タングステンなどで金属内部配線を施すの
であるが、これによってコンタクト部分は配線金属／Ｔ
ｉＮ／ＴｉＯ2 、あるいは、配線金属／ＴｉＢ2 ／Ｔｉ
Ｏ2 の構造になる。窒化チタン（ＴｉＮ）、あるいは、
ホウ化チタン（ＴｉＢ2 ）は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）
垂直ＣＣＤ電極５より数桁程低抵抗率の１０-4〜１０-5
Ωcm程度及び１０-5〜１０-6Ωcm程度であるため、配線
金属と良好なオーミック接触を形成するバッファ層にな
るとともに、異常反応防止のバリアメタルとして機能す
るので、良好なコンタクト特性が得られる（コンタクト
ホール，金属内部配線があるのは図１以外の領域であ
り、図１では４相駆動の場合の垂直ＣＣＤ駆動信号７と
二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５との接続関
係を示している。）。
【００３７】Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化膜等の絶縁膜を形成
した上に、アルミニウム・銅・金・モリブデン・タング
ステンなどで受光領域を限定する金属光シールド（図以
外の領域）を設ける。その上に、Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化
膜等から成る保護膜を設ける。
した上に、アルミニウム・銅・金・モリブデン・タング
ステンなどで受光領域を限定する金属光シールド（図以
外の領域）を設ける。その上に、Ｓｉ酸化膜やＳｉ窒化
膜等から成る保護膜を設ける。
【００３８】図１のカバー膜６は以上の構造から、二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５直上の
絶縁膜（二層電極構成の場合の第１層垂直ＣＣＤ電極上
には層間絶縁膜も入る），平坦化膜，金属内部配線形成
後の絶縁膜，及び金属光シールド形成後の保護膜から構
成される。カバー膜６が、例えば全てＳｉ酸化膜（ＰＳ
ＧやＢＰＳＧもＳｉ酸化膜の一種）から成っているなら
ば、Ｓｉ酸化膜の屈折率が１．４５程度なので、トータ
ルの膜厚がこの値をλ／４ｎ（λ：光の波長，ｎ：膜の
屈折率）に代入したλ／５．８の奇数倍になるようにす
れば、表面における反射を減らして高感度にできる。ま
た、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極
５直上の絶縁膜をＳｉ窒化膜にし、受光領域上の平坦化
膜（ＰＳＧあるいはＢＰＳＧ）のエッチング除去をその
Ｓｉ窒化膜から成る絶縁膜をエッチングストップ膜とし
て行なえば、受光領域上のカバー膜６全体をＳｉ窒化膜
にすることも可能であり、その場合はＳｉ窒化膜の屈折
率約２を代入したλ／８の奇数倍になるようにすれば、
同様に高感度にできる。Ｓｉ酸化膜等屈折率が低い膜と
Ｓｉ窒化膜等屈折率が高い膜とが混在した多層構造を構
成する場合には、空気（ｎ＝１）や二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）（ｎ＝２．０〜２．８）も含めた多層構造の中の
三層に着目して一層目，二層目，三層目の屈折率をそれ
ぞれｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 としたときに、ｎ1 ＜ｎ2 ＜ｎ3
あるいはｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 になっているところの二層目
の膜厚はλ／４ｎ2 の奇数倍にし、ｎ1 ＜ｎ2 ＞ｎ3 あ
るいはｎ1 ＞ｎ2 ＜ｎ3 になっているところの二層目の
膜厚はλ／４ｎ2 の偶数倍にすれば、やはり表面におけ
る反射を減らして高感度にすることができる。この法則
に従えば、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５
の厚さは、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の屈折率がＳｉ酸
化膜あるいはＳｉ窒化膜等から成るゲート絶縁膜より大
きいので、λ／４ｎの偶数倍が良いことになる。ゲート
絶縁膜の厚さについてもλ／４ｎの偶数倍が良いことに
なるが、そのためにゲート絶縁膜が厚くなってしまうと
垂直ＣＣＤの転送能力が低下してしまうので、垂直ＣＣ
Ｄの転送能力との兼ね合いで、ゲート絶縁膜の厚さをλ
／４ｎより極薄くして、この部分の光干渉効果を極端に
低下させた方が好結果を得られる場合もある。
化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極５直上の
絶縁膜（二層電極構成の場合の第１層垂直ＣＣＤ電極上
には層間絶縁膜も入る），平坦化膜，金属内部配線形成
後の絶縁膜，及び金属光シールド形成後の保護膜から構
成される。カバー膜６が、例えば全てＳｉ酸化膜（ＰＳ
ＧやＢＰＳＧもＳｉ酸化膜の一種）から成っているなら
ば、Ｓｉ酸化膜の屈折率が１．４５程度なので、トータ
ルの膜厚がこの値をλ／４ｎ（λ：光の波長，ｎ：膜の
屈折率）に代入したλ／５．８の奇数倍になるようにす
れば、表面における反射を減らして高感度にできる。ま
た、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成る垂直ＣＣＤ電極
５直上の絶縁膜をＳｉ窒化膜にし、受光領域上の平坦化
膜（ＰＳＧあるいはＢＰＳＧ）のエッチング除去をその
Ｓｉ窒化膜から成る絶縁膜をエッチングストップ膜とし
て行なえば、受光領域上のカバー膜６全体をＳｉ窒化膜
にすることも可能であり、その場合はＳｉ窒化膜の屈折
率約２を代入したλ／８の奇数倍になるようにすれば、
同様に高感度にできる。Ｓｉ酸化膜等屈折率が低い膜と
Ｓｉ窒化膜等屈折率が高い膜とが混在した多層構造を構
成する場合には、空気（ｎ＝１）や二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）（ｎ＝２．０〜２．８）も含めた多層構造の中の
三層に着目して一層目，二層目，三層目の屈折率をそれ
ぞれｎ1 ，ｎ2 ，ｎ3 としたときに、ｎ1 ＜ｎ2 ＜ｎ3
あるいはｎ1 ＞ｎ2 ＞ｎ3 になっているところの二層目
の膜厚はλ／４ｎ2 の奇数倍にし、ｎ1 ＜ｎ2 ＞ｎ3 あ
るいはｎ1 ＞ｎ2 ＜ｎ3 になっているところの二層目の
膜厚はλ／４ｎ2 の偶数倍にすれば、やはり表面におけ
る反射を減らして高感度にすることができる。この法則
に従えば、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極５
の厚さは、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）の屈折率がＳｉ酸
化膜あるいはＳｉ窒化膜等から成るゲート絶縁膜より大
きいので、λ／４ｎの偶数倍が良いことになる。ゲート
絶縁膜の厚さについてもλ／４ｎの偶数倍が良いことに
なるが、そのためにゲート絶縁膜が厚くなってしまうと
垂直ＣＣＤの転送能力が低下してしまうので、垂直ＣＣ
Ｄの転送能力との兼ね合いで、ゲート絶縁膜の厚さをλ
／４ｎより極薄くして、この部分の光干渉効果を極端に
低下させた方が好結果を得られる場合もある。
【００３９】図２に、本発明の固体撮像素子のうちのフ
ルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す。ｐ+ 型
のチャネルストップ８拡散層によって電荷転送チャネル
を垂直方向に分割し、水平画素数に対応する画素列が形
成されている。チャネルストップ８は例えば深さ１〜４
μm で１０17〜１０19cm-3程度のボロン濃度である。こ
のチャネルストップ８に直交して二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）から成る垂直ＣＣＤ転送電極５群が配列されてい
る。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５群
への垂直ＣＣＤ駆動信号７の供給は、二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５左右両端部から行なって
いる。フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子と異なり、蓄積部
が無く垂直ＣＣＤから成る受光領域の終端に直ちに水平
ＣＣＤ９が設けてあり、これが受光領域から信号電荷を
時系列の形で出力部１０へ転送し、出力部１０で電荷検
出及びインピーダンス変換を行なって外部へ出力する。
水平ＣＣＤ９，出力部１０等受光領域以外の領域は金属
光シールドで覆っている。従って、水平ＣＣＤ９，出力
部１０等受光領域以外の領域では、電極材料は二酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）でもポリＳｉでもかまわない。信号電
荷の読み出しは、一画面の光信号電荷の蓄積が終わった
ところで機械的シャッターを閉じ、前述した従来のフレ
ーム転送型ＣＣＤ撮像素子の蓄積部からの電荷読み出し
手順と同様に行なう。
ルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す。ｐ+ 型
のチャネルストップ８拡散層によって電荷転送チャネル
を垂直方向に分割し、水平画素数に対応する画素列が形
成されている。チャネルストップ８は例えば深さ１〜４
μm で１０17〜１０19cm-3程度のボロン濃度である。こ
のチャネルストップ８に直交して二酸化チタン（ＴｉＯ
2 ）から成る垂直ＣＣＤ転送電極５群が配列されてい
る。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５群
への垂直ＣＣＤ駆動信号７の供給は、二酸化チタン（Ｔ
ｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５左右両端部から行なって
いる。フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子と異なり、蓄積部
が無く垂直ＣＣＤから成る受光領域の終端に直ちに水平
ＣＣＤ９が設けてあり、これが受光領域から信号電荷を
時系列の形で出力部１０へ転送し、出力部１０で電荷検
出及びインピーダンス変換を行なって外部へ出力する。
水平ＣＣＤ９，出力部１０等受光領域以外の領域は金属
光シールドで覆っている。従って、水平ＣＣＤ９，出力
部１０等受光領域以外の領域では、電極材料は二酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）でもポリＳｉでもかまわない。信号電
荷の読み出しは、一画面の光信号電荷の蓄積が終わった
ところで機械的シャッターを閉じ、前述した従来のフレ
ーム転送型ＣＣＤ撮像素子の蓄積部からの電荷読み出し
手順と同様に行なう。
【００４０】図３に、本発明の固体撮像素子のうちの別
の例のフルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示
す。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５左
右両端部からの垂直ＣＣＤ駆動信号７供給に加え、チャ
ネルストップ８上において垂直方向に金属配線１１を這
わせ、垂直ＣＣＤ一段分周期（４相駆動ＣＣＤの例なの
で４列周期）で電気的接続を取るコンタクト１２をずら
して形成し、金属配線１１も用いて垂直ＣＣＤ駆動信号
７を供給する形式になっている。この構成では、垂直Ｃ
ＣＤ駆動信号７供給における配線抵抗及び垂直ＣＣＤ電
極抵抗の負荷が大幅に軽減され、垂直ＣＣＤ駆動信号７
の波形鈍りが改善されるので、図２のものよりさらに電
荷転送能力の高い固体撮像素子となる。
の例のフルフレーム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示
す。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ転送電極５左
右両端部からの垂直ＣＣＤ駆動信号７供給に加え、チャ
ネルストップ８上において垂直方向に金属配線１１を這
わせ、垂直ＣＣＤ一段分周期（４相駆動ＣＣＤの例なの
で４列周期）で電気的接続を取るコンタクト１２をずら
して形成し、金属配線１１も用いて垂直ＣＣＤ駆動信号
７を供給する形式になっている。この構成では、垂直Ｃ
ＣＤ駆動信号７供給における配線抵抗及び垂直ＣＣＤ電
極抵抗の負荷が大幅に軽減され、垂直ＣＣＤ駆動信号７
の波形鈍りが改善されるので、図２のものよりさらに電
荷転送能力の高い固体撮像素子となる。
【００４１】以上述べた実施の形態においては、各領域
の導電型のｐ型とｎ型を入れ替えれば、そのまま本発明
が成り立つ。また、本発明が１次元ＣＣＤ・ＴＤＩ動作
ＣＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子にも適
用できることは明白である。ＣＩＤ撮像素子には、二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）二層電極構成の第１層と第２層を
水平・垂直に這うように形成することで、適用すること
ができる。
の導電型のｐ型とｎ型を入れ替えれば、そのまま本発明
が成り立つ。また、本発明が１次元ＣＣＤ・ＴＤＩ動作
ＣＣＤ撮像素子・フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子にも適
用できることは明白である。ＣＩＤ撮像素子には、二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）二層電極構成の第１層と第２層を
水平・垂直に這うように形成することで、適用すること
ができる。
【００４２】
【実施例】図３の構成を持つ４相駆動垂直ＣＣＤ方式の
有効６４０（Ｈ）×４８０（Ｖ）画素フルフレーム型Ｃ
ＣＤ撮像素子を製作した。リン濃度２×１０14cm-3程度
のｎ型（１００）Ｓｉ基板上に同じリン濃度で厚さ２０
μm 程度のエピタキシャルＳｉ層を形成したエピタキシ
ャルＳｉ基板を使用し、深さ３μm 程度でボロン濃度５
×１０15cm-3程度のｐ型ウェルを設けた。そこへ深さ１
μm 程度でリン濃度５×１０16cm-3程度のｎ型ＣＣＤチ
ャネルを形成した。ｎ型ＣＣＤチャネルは１０μm ピッ
チで設けたチャネルストップで垂直方向に分割してい
る。チャネルストップは深さ２μm 程度で８×１０17cm
-3程度のボロン濃度である。ｎ型ＣＣＤチャネル表面に
熱酸化による厚さ５０nmのゲート酸化膜を形成した。こ
の膜厚を採用したのは、可視光の波長帯のほぼ中心波長
である５５０nmに対する２λ／４ｎの値が１９０nmとい
うゲート酸化膜厚としては比較的厚いものなので、この
膜厚でも良いのであるが、むしろλ／４ｎに相当する９
５nmより薄くして、垂直ＣＣＤ能力を高めるとともに、
干渉効果を軽減して光損失を僅かなものにするためであ
る。ゲート酸化膜上に二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成
る垂直ＣＣＤ電極が形成してある。二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）垂直ＣＣＤ電極は、チタンをターゲットとし酸素
分圧３０％を含むアルゴンガスによる反応性スパッタリ
ング法で形成した二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に、１０-7
Ｔｏｒｒ台に維持した真空中における５００℃３時間の
熱処理を施し、ドライエッチングによって０．３μm の
間隙を形成して、電極幅２．２μm の一層電極構成を持
たせた。４相駆動垂直ＣＣＤになったとき画素寸法が１
０μm □となる。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ
電極の抵抗率は、真空中熱処理後１〜２×１０-2Ωcmを
示した。同程度の抵抗率は、リン等前述の不純物を１×
１０20cm-3程度含有したチタンターゲットを用いた反応
性スパッタリング法や同様に不純物を含有した二酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）ターゲットを用いたスパッタリング法
でも得られた。屈折率は事前の測定で２．５であること
がわかっていたので、厚さは５５０nm（波長５５０nmに
対して１０λ／４ｎ）とした。垂直ＣＣＤ電極間隙部分
に５０ｋｅＶのエネルギーで６×１０11cm-2程度のボロ
ンをＳｉ基板に対して垂直方向から注入した（イオン注
入は通常垂直方向から７度程度傾けた方向から行な
う）。その上に厚さ５０nmの高温熱ＣＶＤ Ｓｉ酸化膜
を設け、さらに４００nm厚のＢＰＳＧ膜を形成し、９５
０℃，３０分のスチーム雰囲気の熱処理で平坦化した。
コンタクトホール形成後、９５０℃，３０分の窒素雰囲
気の熱処理でコンタクトホール形状を滑らかにするとと
もに、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極のコン
タクトホール開口部分表面層を窒化チタン（ＴｉＮ）に
変質させている。アルミニウムでチャネルストップ上や
受光領域周辺の金属内部配線を形成し、その上を厚さ４
００nmのプラズマＣＶＤ Ｓｉ酸化膜で絶縁した。アル
ミニウムで受光領域を限定する金属光シールドを形成
し、デバイス最外部を厚さ２００nmのプラズマＣＶＤ
Ｓｉ酸化膜でカバーした。結果として、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極上のトータルのカバー膜
は、波長５５０nmに対して約１１λ／４ｎに相当する厚
さ１０５０nmのＳｉ酸化膜となる。なお、２相駆動の水
平ＣＣＤや出力部のトランジスタなどは、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極形成前に、通常の二層ポリ
Ｓｉプロセスで形成してあり、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤ
との間にダミー画素を置いて金属光シールド下で繋いで
いる。
有効６４０（Ｈ）×４８０（Ｖ）画素フルフレーム型Ｃ
ＣＤ撮像素子を製作した。リン濃度２×１０14cm-3程度
のｎ型（１００）Ｓｉ基板上に同じリン濃度で厚さ２０
μm 程度のエピタキシャルＳｉ層を形成したエピタキシ
ャルＳｉ基板を使用し、深さ３μm 程度でボロン濃度５
×１０15cm-3程度のｐ型ウェルを設けた。そこへ深さ１
μm 程度でリン濃度５×１０16cm-3程度のｎ型ＣＣＤチ
ャネルを形成した。ｎ型ＣＣＤチャネルは１０μm ピッ
チで設けたチャネルストップで垂直方向に分割してい
る。チャネルストップは深さ２μm 程度で８×１０17cm
-3程度のボロン濃度である。ｎ型ＣＣＤチャネル表面に
熱酸化による厚さ５０nmのゲート酸化膜を形成した。こ
の膜厚を採用したのは、可視光の波長帯のほぼ中心波長
である５５０nmに対する２λ／４ｎの値が１９０nmとい
うゲート酸化膜厚としては比較的厚いものなので、この
膜厚でも良いのであるが、むしろλ／４ｎに相当する９
５nmより薄くして、垂直ＣＣＤ能力を高めるとともに、
干渉効果を軽減して光損失を僅かなものにするためであ
る。ゲート酸化膜上に二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）から成
る垂直ＣＣＤ電極が形成してある。二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2 ）垂直ＣＣＤ電極は、チタンをターゲットとし酸素
分圧３０％を含むアルゴンガスによる反応性スパッタリ
ング法で形成した二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）に、１０-7
Ｔｏｒｒ台に維持した真空中における５００℃３時間の
熱処理を施し、ドライエッチングによって０．３μm の
間隙を形成して、電極幅２．２μm の一層電極構成を持
たせた。４相駆動垂直ＣＣＤになったとき画素寸法が１
０μm □となる。二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ
電極の抵抗率は、真空中熱処理後１〜２×１０-2Ωcmを
示した。同程度の抵抗率は、リン等前述の不純物を１×
１０20cm-3程度含有したチタンターゲットを用いた反応
性スパッタリング法や同様に不純物を含有した二酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）ターゲットを用いたスパッタリング法
でも得られた。屈折率は事前の測定で２．５であること
がわかっていたので、厚さは５５０nm（波長５５０nmに
対して１０λ／４ｎ）とした。垂直ＣＣＤ電極間隙部分
に５０ｋｅＶのエネルギーで６×１０11cm-2程度のボロ
ンをＳｉ基板に対して垂直方向から注入した（イオン注
入は通常垂直方向から７度程度傾けた方向から行な
う）。その上に厚さ５０nmの高温熱ＣＶＤ Ｓｉ酸化膜
を設け、さらに４００nm厚のＢＰＳＧ膜を形成し、９５
０℃，３０分のスチーム雰囲気の熱処理で平坦化した。
コンタクトホール形成後、９５０℃，３０分の窒素雰囲
気の熱処理でコンタクトホール形状を滑らかにするとと
もに、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極のコン
タクトホール開口部分表面層を窒化チタン（ＴｉＮ）に
変質させている。アルミニウムでチャネルストップ上や
受光領域周辺の金属内部配線を形成し、その上を厚さ４
００nmのプラズマＣＶＤ Ｓｉ酸化膜で絶縁した。アル
ミニウムで受光領域を限定する金属光シールドを形成
し、デバイス最外部を厚さ２００nmのプラズマＣＶＤ
Ｓｉ酸化膜でカバーした。結果として、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極上のトータルのカバー膜
は、波長５５０nmに対して約１１λ／４ｎに相当する厚
さ１０５０nmのＳｉ酸化膜となる。なお、２相駆動の水
平ＣＣＤや出力部のトランジスタなどは、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極形成前に、通常の二層ポリ
Ｓｉプロセスで形成してあり、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤ
との間にダミー画素を置いて金属光シールド下で繋いで
いる。
【００４３】このフルフレーム型ＣＣＤ撮像素子に３０
フレーム／秒の動作をさせて、性能を確認した。約１
６．７ｍ秒露光して画像信号を蓄積し、約１６．７ｍ秒
機械的シャッターを閉じて電荷転送して画像信号を出力
させる動作を繰り返す。このとき垂直ＣＣＤ駆動信号周
波数は約３０ｋＨｚであるが、転送不良は全く認められ
なかった。４０μm ピッチで設けたコンタクト間の二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極抵抗は約３．３〜
６．６ｋΩという極めて低抵抗になっているので、駆動
周波数は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極抵抗
とそれが直接持つ微小面積の静電容量によっては制限さ
れず、むしろアルミニウム周辺配線抵抗とそれに繋がる
大面積の受光領域（垂直ＣＣＤ）静電容量で律則される
が、約２０ＭＨｚまで正常転送可能と見積もられた。こ
の駆動周波数は、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子におけ
る高速転送にも充分使用できるものである。量子効率
は、可視光領域全体に渡って６０％以上になり、波長５
５０〜６００nm付近の最大が７０％以上に達する良好な
結果が得られた。
フレーム／秒の動作をさせて、性能を確認した。約１
６．７ｍ秒露光して画像信号を蓄積し、約１６．７ｍ秒
機械的シャッターを閉じて電荷転送して画像信号を出力
させる動作を繰り返す。このとき垂直ＣＣＤ駆動信号周
波数は約３０ｋＨｚであるが、転送不良は全く認められ
なかった。４０μm ピッチで設けたコンタクト間の二酸
化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極抵抗は約３．３〜
６．６ｋΩという極めて低抵抗になっているので、駆動
周波数は二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）垂直ＣＣＤ電極抵抗
とそれが直接持つ微小面積の静電容量によっては制限さ
れず、むしろアルミニウム周辺配線抵抗とそれに繋がる
大面積の受光領域（垂直ＣＣＤ）静電容量で律則される
が、約２０ＭＨｚまで正常転送可能と見積もられた。こ
の駆動周波数は、フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子におけ
る高速転送にも充分使用できるものである。量子効率
は、可視光領域全体に渡って６０％以上になり、波長５
５０〜６００nm付近の最大が７０％以上に達する良好な
結果が得られた。
【００４４】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の固体撮
像素子は、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物
（ＳｎＯ2 ）といった透明導電材料を用いた場合と同様
に高い量子効率を得ることができると同時に、それらを
用いた場合のような製造工程上の制約を受けないので、
設計自由度・性能限界・生産性も高くすることができる
効果がある。
像素子は、ＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）や錫酸化物
（ＳｎＯ2 ）といった透明導電材料を用いた場合と同様
に高い量子効率を得ることができると同時に、それらを
用いた場合のような製造工程上の制約を受けないので、
設計自由度・性能限界・生産性も高くすることができる
効果がある。
【図１】本発明の固体撮像素子の断面構造図である。
【図２】本発明の固体撮像素子のうちのフルフレーム型
ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す図である。
ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す図である。
【図３】本発明の固体撮像素子のうちの垂直ＣＣＤ一段
分周期で駆動信号供給用金属配線を具備したフルフレー
ム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す図である。
分周期で駆動信号供給用金属配線を具備したフルフレー
ム型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示す図である。
【図４】ＣＩＤ撮像素子の基本的構成を示す図である。
【図５】ＣＩＤ撮像素子の単位画素の動作機構を示す図
である。
である。
【図６】フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子の平面構成を示
す図である。
す図である。
【図７】フレーム転送型ＣＣＤ撮像素子のイメージ部の
断面構造及び光電変換機構を示す図である。
断面構造及び光電変換機構を示す図である。
【図８】Ｄ．Ｍ．Ｂｒｏｗｎ他報告のＣＩＤ撮像素子の
単位画素構造を示す斜視図である。
単位画素構造を示す斜視図である。
【図９】Ｄ．Ｈ．ＭｃＣａｎｎ他報告の１次元ＣＣＤ，
ＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子及びフレーム転送型ＣＣＤ撮
像素子の受光領域の断面構造を示す図である。
ＴＤＩ動作ＣＣＤ撮像素子及びフレーム転送型ＣＣＤ撮
像素子の受光領域の断面構造を示す図である。
【図１０】Ｗ．Ｆ．Ｋｅｅｎａｎ他報告のフルフレーム
型ＣＣＤ撮像素子（バーチャルフェーズＣＣＤ）の受光
領域の断面構造を示す図である。
型ＣＣＤ撮像素子（バーチャルフェーズＣＣＤ）の受光
領域の断面構造を示す図である。
１ ｎ型Ｓｉ基板 ２ ｐ型ウェル ３ ｎ型ＣＣＤチャネル ４ ゲート酸化膜 ５ ＴｉＯ2 から成る垂直ＣＣＤ電極 ６ カバー膜 ７ 垂直ＣＣＤ駆動信号 ８ チャネルストップ ９ 水平ＣＣＤ １０ 出力部 １１ 金属配線 １２ コンタクト １３ 単位画素 １４ 垂直シフトレジスタ １５ 水平シフトレジスタ １６ 水平選択線 １７ 垂直選択線 １８ ｐ型Ｓｉ基板 １９ 第１ゲート電極 ２０ 第２ゲート電極 ２１ 酸化膜 ２２ イメージ部 ２３ 蓄積部 ２４ イメージ部垂直ＣＣＤ駆動信号 ２５ 蓄積部垂直ＣＣＤ駆動信号 ２６ イメージ部垂直ＣＣＤ電極 ２７ 一画素分 ２８ ポリＳｉローライン（水平選択線） ２９ 透明電極（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）コラムライン
（垂直選択線） ３０ フィールド酸化膜 ３１ ゲート酸化膜・フィールド酸化膜境界部 ３２ ｐ型埋込みチャネル ３３ 熱酸化膜 ３４ Ｓｉ窒化膜 ３５ 第１錫酸化物電極 ３６ 第１層ＳＩＬＯＸ ３７ 第２錫酸化物電極 ３８ 第２層ＳＩＬＯＸ ３９ 第３層ＳＩＬＯＸ ４０ リンドープＳＩＬＯＸ ４１ ボロン・バーチャル電極 ４２ 錫酸化物電極 ４３ 追加酸化膜 ４４ バーチャル・フェーズ ４５ クロック・フェーズ
（垂直選択線） ３０ フィールド酸化膜 ３１ ゲート酸化膜・フィールド酸化膜境界部 ３２ ｐ型埋込みチャネル ３３ 熱酸化膜 ３４ Ｓｉ窒化膜 ３５ 第１錫酸化物電極 ３６ 第１層ＳＩＬＯＸ ３７ 第２錫酸化物電極 ３８ 第２層ＳＩＬＯＸ ３９ 第３層ＳＩＬＯＸ ４０ リンドープＳＩＬＯＸ ４１ ボロン・バーチャル電極 ４２ 錫酸化物電極 ４３ 追加酸化膜 ４４ バーチャル・フェーズ ４５ クロック・フェーズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768
Claims (12)
- 【請求項１】光電変換領域上に電極を具備し該電極を透
過した光を検出する型式の光検出器が１次元または２次
元に配列され、該光検出器アレイの光生成信号を電子的
走査機能によって時系列電気信号として出力する固体撮
像素子において、前記光電変換領域上の電極を、二酸化
チタン（ＴｉＯ２）で構成し、この二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ ２ ）から成る電極へのコンタクトホール形成後、二酸
化チタン（ＴｉＯ ２ ）のコンタクトホール開口部分を窒
化チタン（ＴｉＮ）に変質させることにより、配線金属
／ＴｉＮ／ＴｉＯ ２ のコンタクト構造を持たせたことを
特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】光電変換領域上に電極を具備し該電極を透
過した光を検出する型式の光検出器が１次元または２次
元に配列され、該光検出器アレイの光生成信号を電子的
走査機能によって時系列電気信号として出力する固体撮
像素子において、前記光電変換領域上の電極を、二酸化
チタン（ＴｉＯ２）で構成し、この二酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ ２ ）から成る電極へのコンタクトホール形成後、二酸
化チタン（ＴｉＯ ２ ）のコンタクトホール開口部分をホ
ウ化チタン（ＴｉＢ ２ ）に変質させることにより、配線
金属／ＴｉＢ ２ ／ＴｉＯ ２ のコンタクト構造を持たせた
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項３】光電変換領域上の電極を構成する二酸化チ
タン（ＴｉＯ２）が、酸素空孔を内包した二酸化チタン
（ＴｉＯ２）であることを特徴とする請求項１または２
記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】光電変換領域上の電極を構成する二酸化チ
タン（ＴｉＯ２）が、タングステン，リン，アンチモ
ン，タンタル，ニオブ，インジウムあるいはそれらの酸
化物（ＷＯ３，Ｐ２Ｏ５，Ｓｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，Ｎ
ｂ２Ｏ５，Ｉｎ２Ｏ３）の内の少なくともどれか一種を
ドープした二酸化チタン（ＴｉＯ２）であることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体撮像素
子。 - 【請求項５】ドーピング濃度が１０１９〜１０２１cm
−３であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素
子。 - 【請求項６】光電変換領域上の電極を構成する二酸化チ
タン（ＴｉＯ２）が、少なくともアナターゼ相を含むこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の固
体撮像素子。 - 【請求項７】光電変換領域上の電極を構成する二酸化チ
タン（ＴｉＯ２）の膜厚が０．１〜２μm 程度であるこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の固
体撮像素子。 - 【請求項８】少なくとも光電変換領域上に電極を形成す
る工程を有する固体撮像素子の製造方法において、前記
光電変換領域上に前記電極として二酸化チタン（ＴｉＯ
２）を成膜し、その後圧力１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の
真空中で３００〜１２００℃で熱処理を行うことを特徴
とする固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項９】少なくとも光電変換領域上に電極を形成す
る工程を有する固体撮像素子の製造方法において、前記
光電変換領域上に前記電極として二酸化チタン（ＴｉＯ
２）を成膜し、その後水素を１０〜１００％含む雰囲気
中にて３００〜１０００℃で熱処理を行うことを特徴と
する固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項１０】少なくとも光電変換領域上に電極を形成
する工程を有する固体撮像素子の製造方法において、前
記光電変換領域上に前記電極としてタングステン，リ
ン，アンチモン，タンタル，ニオブ，インジウムあるい
はそれらの酸化物（ＷＯ３，Ｐ２Ｏ５，Ｓｂ２Ｏ５，Ｔ
ａ２Ｏ５，Ｎｂ２Ｏ５，Ｉｎ２Ｏ３）の内の少なくとも
どれか一種を１０１９〜１０２１cm−３程度含有したチ
タンあるいは二酸化チタン（ＴｉＯ２）のターゲットを
用いて二酸化チタン（ＴｉＯ２）を成膜することを特徴
とする固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項１１】光電変換領域上に電極を形成する工程の
後に、前記電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜にコン
タクトホールを形成した後に、窒素雰囲気中で８００〜
１１００℃で熱処理を行うことによって二酸化チタン
（ＴｉＯ２）から成る前記電極のコンタクトホール開口
部分を窒化チタン（ＴｉＮ）に変質させる工程を有する
ことを特徴とする請求項８〜１０記載の固体撮像素子の
製造方法。 - 【請求項１２】光電変換領域上に電極を形成する工程の
後に、前記電極上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜にコン
タクトホールを形成した後に、ホウ素を含有する雰囲気
中で８００〜１１００℃で熱処理を行うことによって二
酸化チタン（ＴｉＯ２）から成る前記電極のコンタクト
ホール開口部分をホウ化チタン（ＴｉＢ２）に変質させ
る工程を有することを特徴とする請求項８〜１０記載の
固体撮像素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP9024956A JP3019797B2 (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 固体撮像素子とその製造方法 |
| EP98101889A EP0858112A3 (en) | 1997-02-07 | 1998-02-04 | Solid-state image sensor and method of fabricating the same |
| US09/019,470 US6018169A (en) | 1997-02-07 | 1998-02-05 | Solid-state image sensor and method of fabricating the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9024956A JP3019797B2 (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 固体撮像素子とその製造方法 |
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|---|---|
| JPH10223877A JPH10223877A (ja) | 1998-08-21 |
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ID=12152448
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| JP9024956A Expired - Fee Related JP3019797B2 (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 固体撮像素子とその製造方法 |
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| JP (1) | JP3019797B2 (ja) |
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| FR2838561B1 (fr) * | 2002-04-12 | 2004-09-17 | Commissariat Energie Atomique | Matrice de photodectecteurs, a pixels isoles par des murs, hybridee sur un circuit de lecture |
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| CN100530552C (zh) * | 2005-01-08 | 2009-08-19 | 丰田合成株式会社 | 功能元件和氧化物材料形成方法 |
| JP2007053183A (ja) * | 2005-08-17 | 2007-03-01 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子 |
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| JP2011009502A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Showa Denko Kk | 発光素子、その製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置 |
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