JP2004128301A

JP2004128301A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2004128301A
Application number: JP2002292038A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Shiiba; 椎葉　智宏; Naoki Nishi; 西　直樹
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】水平転送レジスタにおける水平転送クロック信号の伝搬遅延の影響を有効に抑制することができる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】固体撮像素子の構成として、第１の転送電極対１８，１９と第２の転送電極対２０，２１を有する水平転送レジスタ１５と、水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２が与えられる２つのバスライン１６，１７と、第１の転送電極対１８，１９とこれに対応するバスライン１６とを電気的に接続する第１のシャント配線２４と、第２の転送電極対２０，２１とこれに対応するバスライン１７とを電気的に接続する第２のシャント配線２５とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に係り、特に、水平転送レジスタの転送電極に水平転送クロック信号を供給（印加）するための配線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７はインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子の構成例を示す概略図である。図示した固体撮像素子１においては、光電変換機能を有する複数の受光部（不図示）が撮像領域２に画素単位で二次元配列されている。水平転送レジスタ部３は、撮像領域２内で垂直転送レジスタ部（不図示）により垂直方向に転送された信号電荷を、例えば水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２による２相駆動によって水平方向に転送するものである。水平転送レジスタ部３には、バスライン部４を介して水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２が供給される。また、水平転送レジスタ部３の一端には、例えばＦＤＡ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）構成の出力部５が設けられている。
【０００３】
図８は従来の固体撮像素子の構成例を示す概略図である。図８においては、水平転送レジスタ６（図中の斜線ハッチング部分）と２本のバスライン７，８との間に、第１転送電極９及び第２転送電極１０を対にした引き込み電極部と、第１転送電極１１及び第２転送電極１２を対にした引き込み電極部とが形成されている。第１，第２転送電極９，１０と第１，第２転送電極１１，１２とは、いずれも水平転送レジスタ６から垂直方向に延びるように形成されている。また、第１，第２転送電極９，１０と第１，第２転送電極１１，１２とは、互いに水平方向で隣接するように形成されている。
【０００４】
また、第１転送電極９及び第２転送電極１０はコンタクト部１３でバスライン７に電気的に接続（結線）され、第１転送電極１１及び第２転送電極１２はコンタクト部１４でバスライン８に電気的に接続（結線）されている。バスライン７には水平転送クロック信号Ｈφ１が与えられ、バスライン８には他の水平転送クロック信号Ｈφ２が与えられる。これにより、固体撮像素子１の駆動時には、第１転送電極９と第２転送電極１０に対しバスライン７を介して水平転送クロック信号Ｈφ１が入力されるとともに、第１転送電極１１と第２転送電極１２に対しバスライン８を介して水平転送クロック信号Ｈφ２が入力される。
【０００５】
一般に、水平転送レジスタ６の転送電極（９，１０，１１，１２）には、製造コストを低く抑えるなどの理由から、多結晶シリコンが用いられている（例えば、特許文献１参照）。そうした場合、水平転送レジスタ６からバスライン７，８までは、多結晶シリコンによる電極ラインで引き込まれることになる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１１４５０５号公報（段落番号００１７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多結晶シリコンはシート抵抗が高いため（通常１００〜１５０Ω程度）、水平駆動周波数があるレベル以上に高くなると水平転送クロック信号の伝搬遅延が問題となる。また、伝搬遅延の影響の度合いは、多結晶シリコンによる引き込み電極部の長さによって変わることも問題となる。特に、このような問題は、水平転送クロック信号の相数が多くなると顕著化する。この理由は、伝搬遅延の影響を最小限に抑えるうえでバスラインの幅を一定以上に確保する必要があり、この一定幅以上のバスラインの本数が水平転送クロック信号の相数の増加によって増えると、水平転送レジスタに最も近いバスラインと最も遠いバスラインで引き込み電極部の長短差が大きくなるためである。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、水平転送レジスタにおける水平転送クロック信号の伝搬遅延の影響を有効に抑制することができる固体撮像素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、転送電極を有する水平転送レジスタと、水平転送クロック信号が与えられるバスラインと、水平転送レジスタの転送電極とバスラインとを電気的に接続するシャント配線とを備えた構成となっている。
【００１０】
上記構成の固体撮像素子においては、水平転送レジスタの転送電極とバスラインとをシャント配線で電気的に接続することにより、水平転送レジスタの転送電極に対する水平転送クロック信号の供給が、バスラインから低抵抗のシャント配線を通して行われるようになる。
【００１１】
本発明に係る他の固体撮像素子は、転送電極を有する水平転送レジスタと、水平転送クロック信号が与えられるバスラインとを備え、水平転送レジスタ上で転送電極とバスラインとを電気的に接続した構成となっている。
【００１２】
上記構成の固体撮像素子においては、水平転送レジスタ上で転送電極とバスラインとを電気的に接続することにより、水平転送レジスタの転送電極に対する水平転送クロック信号の供給がバスラインから直接行われるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、例えばインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合の本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る固体撮像素子の第１実施形態の構成例を示す概略図である。また、図２は図１に示す固体撮像素子の断面形状を示すもので、（Ａ）は図１のＡ−Ａ部分の断面、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ部分の断面、（Ｃ）は図１のＣ−Ｃ部分の断面、（Ｄ）は図１のＤ−Ｄ部分の断面をそれぞれ示している。
【００１５】
図１及び図２において、水平転送レジスタ１５（図１の斜線ハッチング部分）は、図示しない垂直転送レジスタによって垂直方向に転送された信号電荷を水平方向に転送するもので、垂直転送レジスタと隣接する位置に水平方向に沿って形成されている。一方、２つのバスライン１６，１７は、水平方向に沿って互いに平行に形成されている。一方のバスライン１６には水平転送クロック信号Ｈφ１が与えられ、他方のバスライン１７には他の水平転送クロック信号Ｈφ２が与えられる。
【００１６】
水平転送レジスタ１５には、信号電荷を水平方向に転送するための転送電極として、第１転送電極１８及び第２転送電極１９からなる第１の転送電極対と、第１転送電極２０及び第２転送電極２１からなる第２の転送電極対とが設けられている。第１転送電極１８，２０は半導体基板２２上に形成された第１層目の多結晶シリコンによって構成され、第２転送電極１９，２１は半導体基板２２上に形成された第２層目の多結晶シリコンによって構成されている。これにより、水平転送レジスタ１５の転送電極（１８，１９，２０，２１）は、第１層目の多結晶シリコンと第２層目の多結晶シリコンによる２層構造となっている。
【００１７】
第１転送電極１８及び第２転送電極１９は層間膜（絶縁膜）２３によって電気的に絶縁され、第１転送電極２０及び第２転送電極２１も層間膜（絶縁膜）２３によって電気的に絶縁されている。また、第１の転送電極対（１８，１９）は第１のシャント配線２４（図１のクロスハッチング部分）を介してバスライン１６に電気的に接続（結線）され、第２の転送電極対（２０，２１）は第２のシャント配線２５（図１のクロスハッチング部分）を介してバスライン１７に電気的に接続（結線）されている。
【００１８】
さらに詳述すると、第１転送電極１８及び第２転送電極１９の各一端部は、水平転送レジスタ１５の近傍でコンタクト部２６により第１のシャント配線２４の一端部に電気的に接続され、第１転送電極２０及び第２転送電極２１の各一端部は、水平転送レジスタ１５の近傍でコンタクト部２７により第２のシャント配線２５の一端部に電気的に接続されている。また、第１のシャント配線２４の他端部はコンタクト部２８によってバスライン１６に電気的に接続され、第２のシャント配線２５の他端部はコンタクト部２９によってバスライン１７に電気的に接続されている。
【００１９】
コンタクト部２６は、垂直方向で第１転送電極１９と第２転送電極２０に跨るように当該電極上で層間膜２３に開口部（コンタクトホール）を形成し、この開口部を埋め込むように第１のシャント配線２４をパターニングすることにより形成されるものである。同様に、コンタクト部２７は、垂直方向で第１転送電極２０と第２転送電極２１に跨るように当該電極上で層間膜２３に開口部（コンタクトホール）を形成し、この開口部を埋め込むように第２のシャント配線２５をパターニングすることにより形成されるものである。
【００２０】
一方、コンタクト部２８は、第１のシャント配線２４上で層間膜２３に開口部（コンタクトホール）を形成し、この開口部を埋め込むようにバスライン１６をパターニングすることにより形成されるものである。同様に、コンタクト部２９は、第２のシャント配線２５上で層間膜２３に開口部（コンタクトホール）を形成し、この開口部を埋め込むようにバスライン１７をパターニングすることにより形成されるものである。
【００２１】
第１のシャント配線２４及び第２のシャント配線２５は、水平方向で隣り合う位置関係を保ちつつ、互いに垂直方向に延びるように平行に形成されている。これら第１のシャント配線２４及び第２のシャント配線２５は、多結晶シリコンよりも格段にシート抵抗の低い金属材料（例えば、アルミニウム、タングステンなど）によって形成されている。
【００２２】
上記構成からなる固体撮像素子においては、水平転送レジスタ１５の転送電極（１８，１９，２０，２１）とバスライン１６，１７とをシャント配線２４，２５で接続することにより、各々の転送電極（１８，１９，２０，２１）に対する水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２の供給が、それぞれに対応するバスライン１６，１７から低抵抗のシャント配線２４，２５を通じて行われるようになる。
【００２３】
これにより、従来のように多結晶シリコンで引き込み電極部を形成する場合に比較して、水平転送レジスタ１５とバスライン１６，１７との間の引き込み電極部が大幅に低抵抗化される。そのため、水平転送レジスタ１５における水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２の伝搬遅延の影響を有効に抑えることができる。
【００２４】
図３は本発明に係る固体撮像素子の第１実施形態の他の構成例を示す概略図である。図示した固体撮像素子においては、第１のシャント配線２４の幅Ｗ１と第２のシャント配線２５の幅Ｗ２の寸法関係がＷ１＜Ｗ２となっている。また、第１のシャント配線２４の一端部に形成されたコンタクト部２６の幅Ｗ３と第２のシャント配線２５の一端部に形成されたコンタクト部２７の幅Ｗ４の寸法関係がＷ３＜Ｗ４となっている。さらに、第１のシャント配線２４の他端部に形成されたコンタクト部２８の幅Ｗ５と第２のシャント配線２５の他端部に形成されたコンタクト部２９の幅Ｗ６の寸法関係がＷ５＜Ｗ６となっている。
【００２５】
ちなみに、シャント配線の幅とは、当該シャント配線の長さ方向と直交する方向（水平方向）のシャント配線の寸法をいい、コンタクト部の幅とは、シャント配線の長さ方向と直交する方向（水平方向）のコンタクト部の寸法をいう。
【００２６】
上記シャント配線２４，２５の幅Ｗ１，Ｗ２の寸法関係は、当該シャント配線２４，２５の配線長（長さ）に応じて設定されている。すなわち、第１のシャント配線２４は第２のシャント配線２５よりも配線長が短いことから、配線長が短い第１のシャント配線２４の幅Ｗ１が、配線長が長い第２のシャント配線２５の幅Ｗ２よりも小さい条件で、それらの寸法関係が設定されている。
【００２７】
また、上記コンタクト部２６，２７の幅Ｗ３，Ｗ４の寸法関係は、それぞれに対応するシャント配線２４，２５の配線長に応じて設定されている。すなわち、第１のシャント配線２４は第２のシャント配線２５よりも配線長が短いことから、配線長が短い第１のシャント配線２４に対応するコンタクト部２６の幅Ｗ３が、配線長が長い第２のシャント配線２５に対応するコンタクト部２７の幅Ｗ４よりも小さい条件で、それらの寸法関係が設定されている。
【００２８】
同様に、上記コンタクト部２５，２７の幅Ｗ５，Ｗ６の寸法関係についても、配線長が短い第１のシャント配線２４に対応するコンタクト部２８の幅Ｗ５が、配線長が長い第２のシャント配線２５に対応するコンタクト部２９の幅Ｗ６よりも小さい条件で、それらの寸法関係が設定されている。
【００２９】
このように第１のシャント配線２４と第２のシャント配線２５の配線長に応じて、それらのシャント配線２４，２５の幅Ｗ１，Ｗ２の寸法関係や、コンタクト部２６，２７の幅Ｗ３，Ｗ４の寸法関係、さらにはコンタクト部２８，２９の幅Ｗ５，Ｗ６の寸法関係を設定することにより、第１の転送電極対（１８，１９）とバスライン１６との間の電気的な抵抗値と、第２の転送電極対（２０，２１）とバスライン１７との間の電気的な抵抗値とを均一化することができる。
【００３０】
具体的には、シャント配線２４，２５の幅Ｗ１，Ｗ２の寸法関係をＷ１＜Ｗ２に設定することにより、第１のシャント配線２４の単位長さ当たりの抵抗値が第２のシャント配線２５のそれよりも高くなるため、配線長が長い第２のシャント配線２５の抵抗値に対して第１のシャント配線２４の抵抗値を相対的に高めて両者の抵抗差を縮めることができる。また、コンタクト部２６，２７の幅Ｗ３，Ｗ４の寸法関係をＷ３＜Ｗ４に設定することにより、コンタクト部２６のコンタクト抵抗がコンタクト部２７のそれよりも高くなるため、配線長が長い第２のシャント配線２５の抵抗値に対して第１のシャント配線２４の抵抗値を相対的に高めて両者の抵抗差を縮めることができる。同様に、コンタクト部２８，２９の幅Ｗ５，Ｗ６の寸法関係をＷ５＜Ｗ６に設定することにより、コンタクト部２８のコンタクト抵抗がコンタクト部２９のそれよりも高くなるため、配線長が長い第２のシャント配線２５の抵抗値に対して第１のシャント配線２４の抵抗値を相対的に高めて両者の抵抗差を縮めることができる。その結果、シャント配線２４，２５を用いた引き込み電極部の長さに違いがあっても、伝搬遅延の影響を均一化することができる。
【００３１】
なお、図３においては、第１のシャント配線２４と第２のシャント配線２５の配線長に応じて、第１，第２のシャント配線２４，２５の幅Ｗ１，Ｗ２の寸法関係や、コンタクト部２６，２７の幅Ｗ３，Ｗ４の寸法関係、及びコンタクト部２８，２９の幅Ｗ５，Ｗ６の寸法関係をそれぞれ設定した例を示したが、これ以外にも、上記３つの寸法関係のうちのいずれか１つの寸法関係、又はいずれか２つの寸法関係のみを、第１のシャント配線２４と第２のシャント配線２５の配線長に応じて設定することも可能である。
【００３２】
図４は本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態の構成例を示す概略図である。また、図５は図４のＥ−Ｅ部分の断面図である。図４及び図５において、水平転送レジスタ３０（図４の斜線ハッチング部分）は、図示しない垂直転送レジスタによって垂直方向に転送された信号電荷を水平方向に転送するもので、垂直転送レジスタと隣接する位置に水平方向に沿って形成されている。一方、２つのバスライン３１，３２は、水平方向に沿って互いに平行に形成されている。一方のバスライン３１には水平転送クロック信号Ｈφ１が与えられ、他方のバスライン３２には他の水平転送クロック信号Ｈφ２が与えられる。
【００３３】
水平転送レジスタ３０には、信号電荷を水平方向に転送するための転送電極として、第１転送電極３３及び第２転送電極３４からなる第１の転送電極対と、第１転送電極３５及び第２転送電極３６からなる第２の転送電極対とが設けられている。第１転送電極３３，３５は半導体基板３７上に形成された第１層目の多結晶シリコンによって構成され、第２転送電極３４，３６は半導体基板３７上に形成された第２層目の多結晶シリコンによって構成されている。
【００３４】
第１転送電極３３及び第２転送電極３４は層間膜（絶縁膜）３８によって電気的に絶縁され、第１転送電極３５及び第２転送電極３６も層間膜（絶縁膜）３８によって電気的に絶縁されている。また、第１の転送電極対（３３，３４）は水平転送レジスタ３０上でコンタクト部３９によりバスライン３１に電気的に接続（結線）され、第２の転送電極対（３５，３６）も水平転送レジスタ３０上でコンタクト部４０によりバスライン３２に電気的に接続（結線）されている。
【００３５】
このように水平転送レジスタ３０上において、第１の転送電極対（３３，３４）とバスライン３１とを電気的に接続するとともに、第２の転送電極対（３５，３６）とバスライン３２とを電気的に接続することにより、実質的に引き込み電極部が介在することなく、各々の転送電極３３，３４，３５，３６とこれに対応するバスライン３１，３２とが直に接続された状態となる。
【００３６】
これにより、水平転送レジスタ３０の転送電極（３３，３４，３５，３６）に対する水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２の供給が、それぞれに対応するバスライン３１，３２から直接行われるようになるため、上記第１実施形態の構成と比較して、水平転送レジスタ３０とバスライン３１，３２との間の電気的な抵抗値がより一層小さくなる。したがって、水平転送レジスタ３０における水平転送クロック信号Ｈφ１，Ｈφ２の伝搬遅延の影響が皆無となる。
【００３７】
図６は本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態の他の構成例を示す断面図である。この固体撮像素子においては、第２の転送電極対（３５，３６）とこれに対応するバスライン３２との間に、例えば転送電極の形成材料と同じ多結晶シリコンからなる緩衝層４１を設けた構成を採用している。また、図示はしないが、第１の転送電極対（３３，３４）とこれに対応するバスライン３１との間にも上記緩衝層４１を設けた構成を採用している。
【００３８】
さらに、転送電極３５，３６と緩衝層４１とを電気的に接続するコンタクト部分の直上位置では、緩衝層４１とシャント配線３２との電気的な接続が行われないよう、緩衝層４１とシャント配線３２との間に層間膜４２が形成され、この層間膜４２を避けた位置で緩衝層４１とシャント配線３２とが電気的に接続されている。また、図示はしないが、転送電極３３，３４と緩衝層４１とを電気的に接続するコンタクト部分の直上位置でも、緩衝層４１とシャント配線３１との電気的な接続が行われないよう、緩衝層４１とシャント配線３１との間に上記層間膜４２が形成され、この層間膜４２を避けた位置で緩衝層４１とシャント配線３１とが電気的に接続されている。
【００３９】
上記構成の固体撮像素子においては、各々の転送電極３３，３４，３５，３６とこれに対応するシャント配線３２，３３との間に緩衝層４１を設けることにより、転送電極の仕事関数の変動を抑制し、コンタクト部直下のポテンシャルの変化（シフト）を抑制することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態においては、いずれも水平転送レジスタの転送電極を２層とし、水平転送クロック信号を２相とした場合について説明したが、本発明はこれに限らず、転送電極を３層以上とし、水平転送クロック信号の相数を３相以上の多相としたものでも適用可能である。また、水平転送レジスタで積層構造をなす第１転送電極と第２転送電極に異なるクロック信号を入力するものであってもよい。さらに、信号電荷の転送方式として、インターライン転送方式を採用したものに限らず、フレームインターライン転送方式を採用したものでも適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子によれば、水平転送レジスタにおける水平転送クロック信号の伝搬遅延の影響を有効に抑制し、水平駆動周波数の高周波数化や水平転送クロック信号の相数の増加などに適切に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の第１実施形態の構成例を示す概略図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の断面形状を示す図である。
【図３】本発明に係る固体撮像素子の第１実施形態の他の構成例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態の構成例を示す概略図である。
【図５】図４のＥ−Ｅ部分の断面図である。
【図６】本発明に係る固体撮像素子の第２実施形態の他の構成例を示す断面図である。
【図７】インターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像素子の構成例を示す概略図である。
【図８】従来の固体撮像素子の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１５，３０…水平転送レジスタ、１６，１７，３１，３２…バスライン、１８，１９，２０，２１，３３，３４，３５，３６…転送電極、２４，２５…シャント配線、２６，２７，２８，２９，３９，４０…コンタクト部、４１…緩衝層

Claims

転送電極を有する水平転送レジスタと、
水平転送クロック信号が与えられるバスラインと、
前記水平転送レジスタの転送電極と前記バスラインとを電気的に接続するシャント配線と
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
前記シャント配線は、互いに配線長が異なる第１のシャント配線と第２のシャント配線を有し、
前記第１のシャント配線の幅と前記第２のシャント配線の幅の寸法関係を、当該第１のシャント配線と第２のシャント配線の配線長に応じて設定してなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記シャント配線は、互いに配線長が異なる第１のシャント配線と第２のシャント配線を有し、
前記第１のシャント配線と前記転送電極とを接続するコンタクト部の幅と前記第２のシャント配線と前記転送電極とを接続するコンタクト部の幅の寸法関係を、当該第１のシャント配線と第２のシャント配線の配線長に応じて設定してなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
前記シャント配線は、互いに配線長が異なる第１のシャント配線と第２のシャント配線を有し、
前記第１のシャント配線と前記バスラインとを接続するコンタクト部の幅と前記第２のシャント配線と前記バスラインとを接続するコンタクト部の幅の寸法関係を、当該第１のシャント配線と第２のシャント配線の配線長に応じて設定してなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
転送電極を有する水平転送レジスタと、
水平転送クロック信号が与えられるバスラインとを備え、
前記水平転送レジスタ上で前記転送電極と前記バスラインとを電気的に接続してなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
前記転送電極と前記バスラインとの間に緩衝層を設けてなる
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。