CN104995735B - 固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法 - Google Patents

固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

固体摄像装置(1)包括在半导体基板上以多个图案(2A、2B)在Y轴方向上被接合的方式被曝光而形成的受光部(2)。受光部(2)具有2维状地排列于Y轴方向与正交于Y轴方向的X轴方向的多个像素。在由多个像素中的、排列于X轴方向的多个像素构成的每个像素列，沿X轴方向传输电荷。

Description

固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法。
背景技术
一直以来，已知有包括具有由多行及多列构成的矩阵状的像素构造的受光部的固体摄像装置(例如参照专利文献1、2)。在该固体摄像装置中，对应于入射至受光部的光而被储存于像素的电荷通过被供给至传输电极的电压而被传输。
作为固体摄像装置的驱动方法的一个例子，存在以与物体的移动速度相对应的速度将储存于像素的电荷传输至同列上的像素并进而进行电荷的储存的TDI(Time Delayand Integration(时间延时积分))驱动法。根据TDI驱动法，可对例如处于带式输送机上的物体等、以固定速度移动的物体清晰地进行摄像。作为固体摄像装置的驱动方法的其它的例子，存在累加在规定个数的像素中产生的电荷并作为输出信号的合并(binning)。根据合并，可将邻接的多个像素作为单位像素进行处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-101061号公报
专利文献2：日本特开2003-347539号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，近年来，要求固体摄像装置的灵敏度的提高，对应于此固体摄像装置的大面积化不断进展。另一方面，在固体摄像装置的制造时的曝光工序中，一次能够曝光的面积受限制。因此，在固体摄像装置的面积大的情况下，难以通过一次曝光来制造固体摄像装置。因此，在制造大面积的固体摄像装置的情况下，使用拼接曝光(stitching exposure)等的方法。拼接曝光是通过使用具有与半导体基板上的多个区域对应的形状的图案的掩膜并依次曝光各个区域从而制造固体摄像装置的方法。
然而，在由TDI驱动法驱动通过拼接曝光制造的固体摄像装置的情况下，即使使均匀的强度的光入射至该固体摄像装置的受光部整体，也会在各个区域的边界即接缝的部分，成为输出与接缝以外的部分不同的值。即，在接缝的部分，输出信号变得不均匀。
因此，本发明的目的在于，提供一种可使输出信号充分地均匀的固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面所涉及的固体摄像装置，包括在半导体基板上以多个图案在第一方向上被接合的方式被曝光而形成的受光部；受光部包括2维状地排列于第一方向与正交于第一方向的第二方向的多个像素，在由多个像素中的、排列于第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷，在受光部中，多个图案被接合的边界沿着在交叉于第一方向与第二方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。
在本发明的一个方面所涉及的固体摄像装置中，受光部通过以多个图案在第一方向上被接合的方式被曝光而形成。该受光部具有2维状地排列于第一方向与正交于第一方向的第二方向的多个像素。在由多个像素中的、排列于第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷。另一方面，多个图案被接合的边界沿着在交叉于第一方向与第二方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。因此，上述边界延伸的方向、与构成像素列的多个像素的排列方向不同。因此，多个图案的边界的影响未仅集中于像素的特定的列，而被分散于多个像素列。其结果，在多个图案的边界的部分，来自像素列的输出信号的不均匀性被缓和，可使输出信号充分地均匀。
多个图案被接合的边界也可相对于在第二方向上延伸的一条直线，仅在1个部位交叉。在该情况下，沿着第二方向进行电荷的传输的像素列与多个图案的边界交叉的部位至多为1个部位。因此，可进一步缓和由多个图案的边界引起的输出信号的不均匀性，使输出信号更加均匀。
也能够进行TDI驱动。在该情况下，在对以固定速度移动的物体进行摄影的情况下，可通过将物体的移动方向设为第二方向，并且TDI驱动固体摄像装置，从而使输出信号成为充分地均匀的状态，可进行该移动的物体的摄影。
本发明的一个方面所涉及的固体摄像装置的制造方法，是包括在半导体基板上以将多个图案在第一方向上接合的方式进行曝光而形成受光部的步骤的固体摄像装置的制造方法；受光部具有2维状地排列于第一方向与正交于第一方向的第二方向的多个像素，在由多个像素中的排列于第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷，在受光部中，多个图案被接合的边界沿着在交叉于第一方向与第二方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。
根据本发明的一个方面所涉及的固体摄像装置的制造方法，如上所述，可获得电荷被传输的第二方向、与受光部的形成时被接合的图案的边界所延伸的方向不同的固体摄像装置。因此，可缓和由多个图案的边界引起的输出信号的不均匀性，使固体摄像装置的输出信号充分地均匀。
发明的效果
根据本发明，可提供一种能够使输出信号充分地均匀的固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的固体摄像装置的概略构成的平面图。
图2是放大表示图1的一部分的图。
图3是表示在一个实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法中所使用的光掩膜的图案的形状的概略图。
图4是表示光掩膜的图案的其它的形状的概略图。
图5是表示光掩膜的图案的其它的形状的概略图。
图6是表示比较例所涉及的光掩膜的图案的形状的概略图。
图7是表示其它的比较例所涉及的光掩膜的图案的形状的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。再者，在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号，省略重复的说明。
首先，参照图1及图2，对本实施方式所涉及的固体摄像装置1的构成进行说明。图1是表示固体摄像装置1的概略构成的平面图。图2是放大表示图1中的矩形RII的内部的图。
如图1所示，固体摄像装置1包括垂直传输部(受光部)2、水平传输部3、输出部4及接合垫(bonding pad)5。如下所述，固体摄像装置1是能够进行TDI驱动的固体摄像装置。
垂直传输部2通过在半导体基板上以多个(图1所示的例子中为2个)图案2A、2B在边界S在Y轴方向(第一方向)上被接合的方式被曝光而形成。如图2所示，垂直传输部2具有2维状地排列于Y轴方向与正交于Y轴方向的X轴方向(第二方向)的多个像素6。像素6分别接收入射至垂直传输部2的光而产生对应于受光强度的量的电荷。
多个像素6中，排列于X轴方向的多个像素6构成像素列。垂直传输部2在每个像素列，沿X轴方向的正向传输电荷。垂直传输部2在像素6的上方具有与Y轴方向平行地延伸的多个电极(未图示)。垂直传输部2通过使该电极的电位变化且使位于电极的下方的半导体层的电位的深度变化从而传输电荷。特别是在固体摄像装置1进行TDI驱动的情况下，垂直传输部2以与沿X轴方向移动的摄像对象物的移动速度相等的速度，沿X轴方向传输电荷。垂直传输部2将电荷最终传输至水平传输部3。
垂直传输部2的图案2A与图案2B被接合的边界S沿着在交叉于X轴方向与Y轴方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。特别是在本实施方式中，边界S沿着与X轴方向与Y轴方向均交叉的一条线段，被设置成直线状。再者，图案2A与图案2B也可在边界S的附近，具有相互重叠的区域。
水平传输部3沿Y轴方向传输自垂直传输部2传输的电荷。水平传输部3与垂直传输部2同样地具有电极(未图示)。水平传输部3与垂直传输部2中的电荷的传输同样地，通过使电极的电位变化且使位于电极的下方的半导体层的电位的深度变化从而传输电荷。
输出部4将自水平传输部3传输的电荷转换为与其电荷量对应的电压而输出。作为输出部4，可使用例如浮动扩散放大器。
接合垫5为了自固体摄像装置1的外部将电位赋予为了垂直传输部2及水平传输部3中的电荷的传输而使用的电极而被使用。接合垫5也可为了其它目的、例如取出自输出部4输出的电压信号而被使用。
其次，对本实施方式所涉及的固体摄像装置的制造方法进行说明。该固体摄像装置的制造方法包括在半导体基板上以接合多个图案的方式进行曝光而形成受光部的步骤。
首先，参照图3，对曝光所使用的光掩膜的掩膜图案的优选的形状进行说明。在图3(A)中，表示在用于形成受光部的曝光中所使用的光掩膜的形状的一个例子。光掩膜20A具有在平面视图中为梯形形状的掩膜图案21A及掩膜图案22A。
在图3(B)中，表示使用光掩膜20A进行曝光的情况下的晶圆W(半导体基板)中的图案的配置。在晶圆W中，图案11A与图案12A经由边界SA而在Y轴方向上被接合。图案11A与图案12A被接合而形成固体摄像装置1A。图案11A是根据掩膜图案21A被曝光的图案。图案12A是根据掩膜图案22A被曝光的图案。边界SA沿着在交叉于X轴方向与Y轴方向的方向上延伸的线段上而定位。特别是图3(B)所示的边界SA相对于沿着X轴方向延伸的一条直线LA，仅于1个部位交叉。
在图3(C)中，表示使均匀的强度的光入射至固体摄像装置1A的情况下的输出信号强度的相对于Y轴的变化。由于入射至固体摄像装置1A的光的强度均匀，因而输出信号强度优选成为固定。在固体摄像装置1A的情况下，由于图案11A与图案12A的定位的偏差等，输出信号强度在边界SA的一端的Y坐标y1A与边界SA的另一端的Y坐标y2A之间，与其它部分相比稍微产生差。该差起因于在位于边界SA上的像素6中，由于图案11A与图案12A的定位的偏差等的影响，与未位于边界SA上的像素6相比，入射光的强度与产生的电荷的量之间的关系不同。在Y坐标y1A与Y坐标y2A之间的区域，在沿着X轴方向的像素列，包含位于边界SA上的像素6，相对于此，在Y坐标小于y1A的区域或Y坐标大于y2A的区域，在沿着X轴方向的像素列，不包含位于边界SA上的像素6。因此，如图3(C)所示，在Y坐标y1A与Y坐标y2A之间的区域，与其它区域相比，输出信号强度的特性稍微产生差。然而，图3(C)所示的输出信号强度的由Y坐标引起的差足够小，在实际应用上，输出信号强度成为充分地均匀的强度。
其次，参照图4，对曝光所使用的光掩膜的掩膜图案的其它的优选的形状进行说明。在图4(A)中，表示光掩膜的形状的一个例子。光掩膜20B具有五边形形状的掩膜图案21B及掩膜图案22B。
在图4(B)中，表示使用光掩膜20B进行曝光的情况下的晶圆W中的图案的配置。在晶圆W中，图案11B与图案12B经由边界SB在Y轴方向上被接合。图案11B与图案12B被接合而形成固体摄像装置1B。图案11B是根据掩膜图案21B被曝光的图案。图案12B是根据掩膜图案22B被曝光的图案。边界SB被设置为具有由一个角隔开的两个部分的折线。两个部分分别沿着在交叉于X轴方向与Y轴方向的方向上延伸的两条线段的各个而定位。图4(B)所示的边界SB相对于沿着X轴方向延伸的一条直线LB，在2个部位交叉。边界SB中，Y坐标成为最小的点的Y坐标为y1B，Y坐标成为最大的点的坐标为y2B。
在图4(C)中，表示使均匀的强度的光入射至固体摄像装置1B的情况下的输出信号强度的相对于Y轴的变化。在固体摄像装置1B的情况下，由于图案11B与图案12B的定位的偏差等，输出信号强度在Y坐标y1B与Y坐标y2B之间，与其它部分相比稍微产生差。该差比图3(C)所示的、Y坐标y1A与Y坐标y2A之间的区域与其它区域的输出信号强度的差可以说稍大，并且充分小，在实际应用上，输出信号强度成为充分地均匀的强度。
再者，比较图3所示的固体摄像装置1A的图案11A、12A与图4所示的固体摄像装置1B的图案11B、12B的边界SB的形状，关于它们的特征，以下进行叙述。如图3(B)所示，沿着直线LA的像素列与边界SA在1个部位交叉，相对于此，如图4(B)所示，沿着直线LB的像素列与边界SB在2个部位交叉。因此，固体摄像装置1A与固体摄像装置1B相比，则位于边界上的像素数少，因而在输出信号强度成为更加均匀的强度的方面有利。另一方面，在将边界设为沿着相对于X轴以固定的角度倾斜的1条以上的线段的直线或折线的情况下，在图4(A)所示的光掩膜20B的面积可小于图3(A)所示的光掩膜20A的面积的方面有利。
掩膜图案的数量及固体摄像装置的垂直传输部中的图案的数量并不分别限定于2个。也可将掩膜图案的数量与固体摄像装置的图案的数量设为不同的数量。参照图5，对曝光所使用的光掩膜的掩膜图案的、又一其它的优选的形状进行说明。在图5(A)中，表示光掩膜的形状的一个例子。光掩膜20C具有梯形形状的掩膜图案21C、平行四边形形状的掩膜图案22C、及梯形形状的掩膜图案23C。
在图5(B)中，表示使用光掩膜20C进行曝光的情况下的晶圆W中的图案的配置。在晶圆W中，图案11C、12C、13C、14C、15C分别经由边界SC1、SC2、SC3、SC4而在Y轴方向上被接合。边界SC1～SC4分别沿着相对于X轴方向与Y轴方向的两者分别成固定的角度的线段而配置。边界SC1、SC2、SC3、SC4，各自的一端的Y坐标为y1C、y3C、y5C、y7C，各自的另一端的Y坐标为y2C、y4C、y6C、y8C。边界SC1相对于沿着X轴方向延伸的一条直线LC，在1个部位交叉。边界SC2～SC4也同样地，相对于沿着X轴方向延伸的直线，在1个部位交叉。
图案11C、12C、13C、14C、15C被接合而形成固体摄像装置1C。图案11C根据掩膜图案21C被曝光。图案12C、13C、14C根据掩膜图案22C被曝光。图案15C根据掩膜图案23C被曝光。图案12C、13C、14C的曝光通过一边改变光掩膜20C的相对于晶圆W的位置一边进行反复曝光而进行。
在图5(C)中，表示使均匀的强度的光入射至固体摄像装置1C的情况下的输出信号强度的相对于Y轴的变化。在固体摄像装置1C的情况下，由于图案11C～15C的定位的偏差等，输出信号在Y坐标y1C～y2C、Y坐标y3C～y4C、Y坐标y5C～y6C、Y坐标y7C～y8C的区域上，与其它区域相比产生差。然而，图5(C)所示的输出信号强度的由Y坐标引起的差充分小，在实际应用上，输出信号强度成为充分地均匀的强度。
以下，参照图6及图7，对相对于本发明的实施方式的比较例进行说明。在图6(A)中，表示比较例所涉及的光掩膜的形状的一个例子。光掩膜120D具有长方形形状的掩膜图案121D及掩膜图案122D。
在图6(B)中，表示使用光掩膜120D进行曝光的情况下的晶圆W中的图案的配置。在晶圆W中，图案111D与图案112D经由边界SD而在Y轴方向上被接合。图案111D与图案112D被接合而形成固体摄像装置101D。图案111D是根据掩膜图案121D被曝光的图案。图案112D是根据掩膜图案122D被曝光的图案。边界SD沿着X轴方向定位。图6(B)所示的边界SD与沿着X轴方向延伸的一条直线LD平行地定位。边界SD上的各点的Y坐标为y1D。
在图6(C)中，表示使均匀的强度的光入射至固体摄像装置101D的情况下的输出信号强度的相对于Y轴的变化。在固体摄像装置101D的情况下，由于图案111D与图案112D的定位的偏差等，输出信号强度在Y坐标y1D，与其它部分相比产生大的差。该差明显大于图3所示的Y坐标为y1A～y2A的区间与其它区间的输出信号强度的差。其原因在于，由于构成Y坐标成为y1D的像素列的像素6全部位于边界SD上，因而与其它位置的像素6相比输出信号强度的特性不同。
在图7中表示其它的比较例。在图7(A)中表示比较例所涉及的光掩膜的形状的一个例子。光掩膜120E具有以由交叉于X轴方向及Y轴方向的两者的2条边、与连接这些边且平行于Y轴的1条边构成的折线替换长方形的短边中的一边而成的六边形形状的掩膜图案121E及掩膜图案122E。
在图7(B)中，表示使用光掩膜120E进行曝光的情况下的晶圆W中的图案的配置。在晶圆W中，图案111E与图案112E经由边界SE而在Y轴方向上被接合。图案111E与图案112E被接合而形成固体摄像装置101E。图案111E是根据掩膜图案121E被曝光的图案。图案112E是根据掩膜图案122E被曝光的图案。边界SE由交叉于X轴方向及Y轴方向的两者的部分SE1、SE3、及平行于Y轴方向的部分SE2 构成。图6(B)所示的边界SE与沿着X轴方向延伸的一条直线LE在3个部位交叉。边界SE上的各点的Y坐标为y1D。
在图7(C)中，表示使均匀的强度的光入射至固体摄像装置101E的情况下的输出信号强度的相对于Y轴的变化。在固体摄像装置101E的情况下，由于图案111E与图案112E的定位的偏差等，输出信号强度在Y坐标y1E～y2E，与其它部分相比产生大的差。该差大于图4所示的Y坐标为y1B～y2B的区间与其它区间的输出信号强度的差。其原因在于，在边界SE，存在平行于Y轴方向的部分SE2，从而存在构成位于Y坐标为y1E～y2E的区间的像素列的像素6中的位于部分SE2上的像素，从而位于边界SE上的像素6的数量增加。这样，在图案的边界上，设置平行于Y轴方向的部分，使输出信号强度的特性不均匀而不优选。
在本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置1中，垂直传输部2通过以多个图案11、12在第一方向上被接合的方式被曝光而形成。该垂直传输部2具有2维状地排列于X轴方向与正交于X轴方向的Y轴方向的多个像素6。在由多个像素6中的、排列于X轴方向的多个像素构成的每个像素列，电荷在X轴方向上被传输。另一方面，多个图案被接合的边界沿着在交叉于X轴方向与Y轴方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。因此，上述边界延伸的方向与构成像素列的多个像素6的排列方向不同。因此，多个图案的边界的影响未仅集中于像素6的特定的列，而是被分散于多个像素列。其结果，在多个图案的边界的部分，来自像素列的输出信号的不均匀性被缓和，可使输出信号充分地均匀。
在多个图案11、12被接合的边界相对于在X轴方向上延伸的一条直线仅在1个部位交叉的情况下，沿着X轴方向进行电荷的传输的像素列与多个图案11、12的边界交叉的部位为1个部位。因此，可进一步缓和由多个图案的边界引起的输出信号的不均匀性，使输出信号更加均匀。
在固体摄像装置1能够进行TDI驱动的情况下，在对以固定速度移动的物体进行摄影时，通过将物体的移动方向设为X轴方向，并且TDI驱动固体摄像装置，从而将输出信号作为充分地均匀的状态，从而可进行该移动的物体的摄影。
本实施方式为一种固体摄像装置的制造方法，是包括具有2维状地排列于第一方向与正交于第一方向的第二方向的多个像素，且在由多个像素中的排列于第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷的受光部的固体摄像装置的制造方法；包括在半导体基板上以在第一方向上接合多个图案的方式进行曝光而形成受光部的步骤；在形成受光部的上述步骤中，使多个图案被接合的边界沿着在交叉于第一方向与第二方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限于上述的实施方式。图案的边界的形状，如果图案的边界沿着在交叉于上述第一方向与上述第二方向的方向上延伸的一条以上的线段上而定位，则并不限定于图3～5所示的形状，也可为任意的形状。另外，本发明的固体摄像装置也可通过传输电荷而进行合并而将邻接的多个像素作为单位像素进行处理。
产业上的可利用性
本发明可利用于固体摄像装置及固体摄像装置的制造方法。
符号的说明
1…固体摄像装置、2…垂直传输部(受光部)、2A、2B、11A、12A、11B、12B、11C～15C…图案、3…水平传输部、6…像素、W…晶圆(半导体基板)。

Claims (4)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，
包括在半导体基板上以多个图案在第一方向上被接合的方式被曝光而形成的受光部，
所述受光部具有2维状地排列于所述第一方向与正交于所述第一方向的第二方向的多个像素，在由所述多个像素中的、排列于所述第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷，
在所述受光部中，所述多个图案被接合的边界仅沿着在与所述第一方向与所述第二方向交叉的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
所述多个图案被接合的所述边界相对于在所述第二方向上延伸的一条直线，仅在一个部位交叉。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，
能够进行TDI驱动。
4.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，
是包括在半导体基板上以在第一方向上接合多个图案的方式进行曝光而形成受光部的步骤的固体摄像装置的制造方法，
所述受光部具有2维状地排列于所述第一方向与正交于所述第一方向的第二方向的多个像素，在由所述多个像素中的、排列于所述第二方向的多个像素构成的每个像素列，沿第二方向传输电荷，
在所述受光部中，所述多个图案被接合的边界仅沿着在与所述第一方向与所述第二方向交叉的方向上延伸的一条以上的线段上而定位。
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