CN100463206C - 固体摄像器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体摄像器件，形成在半导体衬底芯片上的元件形成区域中，设置有多个沿着行、列方向布置进行光电变换的像素、将在像素中生成的信号电荷依次传送的垂直传送寄存器及水平传送寄存器。元件形成区域周围所设的布线区域中，形成有多条提供驱动垂直传送寄存器和水平传送寄存器的传送时钟脉冲的总线布线。每条总线布线被埋入形成在半导体衬底芯片上的层间绝缘膜中。布线区域中的层间绝缘膜上面形成有由铂等形成的多个外部连接用垫与总线布线相重叠。因此，能够实现不妨碍光朝着像素入射、使形成有像素的元件形成区域在芯片中所占的比例提高、集成度很高的固体摄像器件。

Description

固体摄像器件

技术领域

本发明涉及一种固体摄像器件，尤其涉及不扩大芯片即能实现多像素化和高集成化的固体摄像器件。

背景技术

下面，参考附图说明现有固体摄像器件(参考例如专利文献1)。图10显示使用了现有电荷耦合元件(CCD)的固体摄像器件的平面结构。

该固体摄像器件，在半导体衬底芯片101上成行成列地排列着多个像素(传感器)111，与行方向相邻的传感器111之间分别形成有沿着列方向延伸的垂直传送寄存器112。在各个垂直传送寄存器112的末端部水平传送寄存器113与垂直传送寄存器112垂直排列。

半导体衬底芯片101中形成有像素111、垂直传送寄存器112以及水平传送寄存器113的元件形成区域102周围，设有连接在水平传送寄存器113的末端、将从水平传送寄存器113接收的信号电荷变换为电压信号并输出的输出缓冲部114。

设置着形成有将驱动用信号供给垂直传送寄存器112和水平传送寄存器113的布线的布线区域103。在设置在布线区域外侧的垫形成区域104设置着多个外部连接用垫115。

补充说明一下，图10中，为了简单起见，仅示出了像素111、垂直传送寄存器112、垫115的一部分。而且，还有水平传送寄存器不仅仅设置一个而是设置很多个的时候。

接着，参考附图，说明现有的以缩小芯片尺寸为目地的焊接垫结构(参考例如专利文献2)。

图11示出了现有半导体器件的剖面结构。如图11所示，形成有晶体管，该晶体管由在半导体衬底芯片120表面附近隔开着形成的杂质扩散层即漏电极区域121和源电极区域122、形成在漏电极区域121和源电极区域122之间的栅电极123形成。漏电极区域121和源电极区域122上分别连接着电极布线124和电极布线125。栅电极区域123、电极布线124和电极布线125由层间绝缘膜126覆盖起来。在层间绝缘膜126上与晶体管重叠的区域形成有外部连接用垫127。

就这样通过让元件形成区域、垫形成区域立体重叠，便能使元件形成区域在芯片中所占有的比例提高，从而提高芯片的高集成化。

《专利文献1》特开2004—207804号公报

《专利文献2》特开昭57—87145号公报

发明内容

在电子行业中，非常强烈地要求机器的小型化及高性能化。在半导体领域中，非常强烈地要求芯片高集成化，也就是说，同等性能下芯片的小型化以及同一尺寸下的高性能化。

因此，在含有固体摄像器件的半导体器件中，到现在为止是通过对构成装置的杂质扩散区域、传送电极、布线等进行微细化来适应芯片尺寸小型化、同一尺寸下的高性能化的要求。

但是，杂质扩散区域、布线的微细化，不仅会导致晶体管特性的恶化，还需要引进新设备、采用新工艺等，而造成成本上升。而且，在固体摄像器件中，因为若使杂质扩散区域即像素小一些，则所入射的光量便会减少，结果是固体摄像器件的重要特性即灵敏度、饱和特性及S/N特性会下降。这是一个问题。

另一方面，半导体器件的芯片尺寸，是由形成有有源元件和无源元件的元件形成区域、和布置在元件形成区域周围的区域、形成有用以进行线焊等的焊接垫的垫形成区域决定。因此，为了同时实现芯片尺寸的小型化和多像素化，有效的方法是提高元件形成区域在芯片中所占的比例，亦即使垫形成区域小一些。

但是，在将专利文献2所示的垫结构应用到专利文献1所示的现有固体摄像器件的构造中的情况下，因为垫遮住了入射到像素的光，所以固体摄像器件的重要特性即灵敏度和饱和特性下降。这是一个问题。

本发明正是为解决该问题而研究开发出来的。其目地在于：实现不妨碍光朝着像素入射、使形成有像素的元件形成区域在芯片中所占的比例提高、集成度很高的固体摄像器件。

为了实现所述目的，本发明采用的是让固体摄像器件的外部连接用垫形成在布线区域的结构。

具体而言，本发明所涉及的固体摄像器件，包括：多个光电变换元件，所述多个光电变换元件中的每一个光电变换元件在半导体衬底芯片上以二维矩阵状排列着，垂直传送寄存器，由垂直传送沟道和垂直传送电极构成，将从所述各个光电变换元件读出的信号电荷传送到垂直方向，水平传送寄存器，由水平传送沟道和水平传送电极构成，将从所述垂直传送寄存器传送来的所述信号电荷传送到水平方向，总线布线，将所述垂直传送电极和所述水平传送电极电连接起来，和外部连接用垫，与所述总线布线电连接起来；所述外部连接用垫设置在所述总线布线和所述水平传送电极的上方，由光电变换元件、垂直传送寄存器以及水平传送寄存器构成CCD型摄像传感器。

根据本发明的固体摄像器件，因为外部连接用垫设置在总线布线、水平传送电极的上方，所以能够使外部连接用垫的形成区域和布线的形成区域一体化，从而能够使元件形成区域在固体摄像器件中所占有的比例提高。另外，因为外部连接用垫的形成区域和像素的形成区域完全分离，所以外部连接用垫不会妨碍光朝着像素入射。

在本发明的固体摄像器件中，最好是外部连接用垫位于水平传送沟道的上方。制成这样的结构以后，便能进一步降低垫所占有的面积比例，同时外部连接用垫还能作遮光膜用，故能够使水平电荷传送的效率提高。

在这一情况下，最好是水平传送电极是导体层，外部连接用垫是金属层。而且，最好是，导体层由多晶硅形成。制成这样的结构以后，便能由外部连接用垫有效地遮住朝着水平传送沟道入射的光。

在本发明的固体摄像器件中，最好是外部连接用垫相对于所述半导体衬底芯片的主面倾斜而设。制成这样的结构以后，便能够使连接到外部连接用垫的焊接线的安装角度小一些，所以能够抑制朝着像素入射的光遭受焊接线阻挡。

本发明的固体摄像器件，最好是，所述外部连接用垫通过接触柱塞与总线布线电连接。做成这样的结构以后，便能够简化外部连接用垫和总线布线的连接，从而能够更进一步减小芯片尺寸。

-发明的效果-

根据本发明的固体摄像器件，能够实现不妨碍光朝着像素入射、使形成有像素的元件形成区域在芯片中所占的比例提高、集成度很高的固体摄像器件。

附图的简单说明

图1是显示本发明第一个实施例所涉及的固体摄像器件的俯视图。

图2是将本发明第一个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的俯视图。

图3是将本发明第一个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的剖面图。

图4是显示本发明第二个实施例所涉及的固体摄像器件的俯视图。

图5是将本发明第二个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的俯视图。

图6是将本发明第二个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的剖面图。

图7是显示本发明第三个实施例所涉及的固体摄像器件的俯视图。

图8是将本发明第三个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的俯视图。

图9是将本发明第三个实施例所涉及的固体摄像器件的主要部分放大后而示出的剖面图。

图10是显示现有固体摄像器件的俯视图。

图11是显示将现有的垫布置到元件形成区域上的半导体器件的剖面图。

符号说明

1-半导体衬底芯片；2-元件形成区域；2A-像素形成区域；2B-水平传送寄存器形成区域；3-布线区域；11-像素；12-垂直传送寄存器；13—水平传送寄存器；14—输出缓冲器；20—垂直传送沟道；21—垂直传送电极；23—水平传送沟道；24—水平传送电极；28—总线布线；30—层间绝缘膜；31—外部连接用垫；32—柱塞；33—焊接线。

具体实施方式

(第一个实施例)

参考附图说明本发明的第一个实施例所涉及的固体摄像器件。图1到图3是第一个实施例所涉及的固体摄像器件，图1显示平面结构，图2是将图1放大后而示出；图3显示沿图2的IIIa—IIIa线剖开后的剖面结构。

如图1到图3所示，在设置在半导体衬底芯片1的像素形成区域2A，多个像素11沿着行、列排列着。各个像素11，由光敏二极管等构成，生成对应于已入射的光强度的信号电荷。

相邻像素11之间分别设置有沿着列方向延伸的垂直传送寄存器12。各个垂直传送寄存器12由垂直传送寄存器20和多个垂直传送电极21构成。垂直传送寄存器20是形成在半导体衬底芯片1表面附近、在列方向上延伸的杂质扩散层；多个垂直传送电极21在每一行形成在垂直传送沟道20上、由多晶硅等导体层构成。

将垂直传送时钟脉冲加到各个垂直传送电极21，则在各个像素11所产生的信号电荷便会在列方向上依次传送，输出到连接在垂直传送寄存器12末端的水平传送寄存器13中。另外，各个垂直传送寄存器12的垂直传送电极21在每一行是共用的，各个垂直传送寄存器12被同时驱动。

与像素形成区域2A相邻的水平传送寄存器形成区域2B设置有连接在各个垂直传送寄存器12末端、沿行方向延伸的水平传送寄存器13。水平传送寄存器13由水平传送沟道23和多个水平传送电极24构成。水平传送沟道23，连接在各个垂直传送沟道20末端，是沿着行方向延伸的杂质扩散层。多个水平传送电极24形成在水平传送沟道23上由多晶硅等导体层等构成。

将水平传送时钟脉冲加到各个水平传送电极24上，便能沿着行方向依次传送从各个垂直传送寄存器12传送来的信号电荷，将信号电荷依次输出给输出缓冲部14。

在设在形成有像素11、垂直传送寄存器12及水平传送寄存器13的元件形成区域2周围的布线区域3，形成有多条将传送时钟脉冲供给垂直传送电极21和水平传送电极24的总线布线28。

装置的驱动方法不同总线布线28的条数也不同，在是垂直传送寄存器12由4相时钟驱动、水平传送寄存器13由2相时钟驱动、具有电源电压总线的一般的固体摄像器件的情况下，需要4条到6条总线布线28。再就是，垂直传送寄存器的个数伴随着多像素化会增加到10个到14个左右。补充说明一下，在图2和图3中，仅示出了连接在水平传送电极24的2条总线布线。

各个总线布线28由铝或者铜等金属层形成，被埋入到半导体衬底芯片1上形成的层间绝缘膜30中。在布线区域3中对应于层间绝缘膜30的上面，形成有由铝、铜、金、铂等金属层构成的多个外部连接用垫31与总线布线28相重叠。

固体摄像器件的芯片大小由元件形成区域2的面积、布线区域3的面积以及垫形成区域的面积决定。因此，若这样制成让外部连接用垫31形成在形成有总线布线28的布线区域3上，不需要另外设置垫形成区域的结构，则能够缩小芯片尺寸。而且，能够提高元件形成区域2在芯片中所占有的比例，从而能够使固体摄像器件高集成化。

另一方面，因为在像素形成区域2A未形成外部连接用垫31，所以外部连接用垫31不会遮住入射到像素11的光。

而且，能够用通孔柱塞32将外部连接用垫31和总线布线28连接起来，从而能够减少用以将外部连接用垫31和总线布线28连接起来的布线。

在外部连接用垫31下侧形成有杂质扩散区域的情况下，杂质扩散区域的特性有时候会由于形成外部连接用垫31之际的冲击、对外部连接用垫31进行焊接时的机械冲击而恶化。

特别是在CCD的情况下，因为图像信息即信号电荷在杂质扩散区域即垂直传送沟道及水平传送沟道内移动，所以杂质扩散区域的特性会对图像特性造成很大的影响。

但是，在该实施例所涉及的固体摄像器件中，外部连接用垫31形成在设置在元件形成区域2周围的布线区域3中。于是，便因为外部连接用垫31下侧未形成杂质扩散区域，所以形成外部连接用垫31时的工艺破坏将不会对杂质扩散区域即水平传送沟道造成损害。结果是，该实施例的固体摄像器件，水平电荷传送不会出现异常即能使芯片缩小。

具体而言，在数字相机等中经常使用的芯片尺寸是边长5mm的正方形的固体摄像器件中，一般情况是能够形成30个大小是边长100μm的正方形外部连接用垫。

在这种情况下，在现有固体摄像器件中，因为作为垫形成区域和布线区域需要从芯片的周缘部开始0.3mm左右的区域，所以实际上能够形成元件的区域将是芯片的75％左右。

但是，在该实施例的固体摄像器件中，通过使外部连接用垫形成在布线区域中，便可使芯片面积的90％左右是元件形成区域。因此，在该实施例的固体摄像器件中，不增大芯片尺寸即能高像素化。而且，若像素数量相等，则能够使芯片尺寸小一些。

(第二个实施例)

下面，参考附图说明本发明的第二个实施例所涉及的固体摄像器件。图4到图6是第二个实施例所涉及的固体摄像器件，图4显示平面结构。图5是将图4放大后而示出的；图6显示沿图5的VIa—VIa线剖开后的剖面结构。图4到图6中，和图1到图3相同的构成要素用同一个符号来表示，省略说明。

该实施例的固体摄像器件的特征在于，外部连接用垫31跨越布线区域3和水平传送寄存器形成区域2B而形成，外部连接用垫31的一部分形成在水平传送沟道23上。

因为和形成水平传送电极24的多晶硅等导体层相比，形成外部连接用垫31的铝、铜、金以及铂等金属层的遮光特性优良，故外部连接用垫31起遮住入射到水平传送沟道23的光的遮光膜的作用。因此，该实施例的固体摄像器件，不仅能将芯片缩小，还能提高水平方向的信号电荷传送的效率。

补充说明一下，虽然可以认为：由于在杂质扩散区域即水平传送沟道23上方形成外部连接用垫31而会损害杂质扩散区域，但通过增厚层间绝缘膜30的厚度或者改变层间绝缘膜30的膜种类，便能够防止损害杂质扩散层。

(第三个实施例)

下面，参考附图说明本发明的第三个实施例所涉及的固体摄像器件。图7到图9是第三个实施例所涉及的固体摄像器件，图7显示平面结构。图8是将图7放大后而示出的；图9显示沿图8的IXa—IXa线剖开后的剖面结构。图7到图9中，和图1到图3相同的构成要素用同一个符号来表示，省略说明。

该实施例的固体摄像器件的特征在于：在布线区域3具有层间绝缘膜30的膜厚是越靠近芯片的周缘部越薄的斜面，外部连接用垫31形成在斜面上。

通过在成为层间绝缘膜30的斜面的区域以外的区域形成寄存器掩模，蚀刻层间绝缘膜30，便能形成这样的斜面。

当在布线区域3上侧形成外部连接用垫31的情况下，因为外部连接用垫31和像素形成区域2A的间隔变小，所以连接在外部连接用垫31上的焊接线33有可能妨碍光朝着像素11入射。

但是，在该实施例的固体摄像器件中，因为能够使焊接线33和半导体衬底芯片1上面所成的角度(安装角度)θ小一些，所以能够抑制像素11周围的光反射到焊接线33，入射到像素11。

—工业实用性—

本发明的固体摄像器件，具有能够实现不妨碍光朝着像素入射、使形成有像素的元件形成区域在芯片中所占的比例提高、集成度很高的固体摄像器件的效果，对固体摄像器件等有用。

Claims (6)

1.一种固体摄像器件，包括：多个分别在半导体衬底芯片上以二维矩阵状排列着的光电变换元件，由垂直传送沟道和垂直传送电极构成且将从所述各个光电变换元件读出的信号电荷传送到垂直方向的垂直传送寄存器，由水平传送沟道和水平传送电极构成且将从所述垂直传送寄存器传送来的所述信号电荷传送到水平方向的水平传送寄存器，将所述垂直传送电极和所述水平传送电极电连接起来的总线布线，以及与所述总线布线电连接起来的外部连接用垫，其特征在于：

所述外部连接用垫设置在所述总线布线和所述水平传送电极的上方，

所述光电变换元件、垂直传送寄存器以及水平传送寄存器构成CCD型摄像传感器。

2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于：

所述外部连接用垫位于所述水平传送沟道的上方。

3.根据权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于：

所述水平传送电极是导体层，所述外部连接用垫是金属层。

4.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其特征在于：

所述导体层由多晶硅形成。

5.根据权利要求1到4中之任一项权利要求所述的固体摄像器件，其特征在于：

所述外部连接用垫，相对于所述半导体衬底芯片的主面倾斜而设。

6.根据权利要求1到4中之任一项权利要求所述的固体摄像器件，其特征在于：

所述外部连接用垫，通过接触柱塞与所述总线布线电连接。

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