JP2007035950A - Solid-state image pickup device, manufacturing method thereof and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。 The present invention particularly relates to a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera.
CCD固体撮像装置の垂直転送部(垂直転送CCD)の取り扱い電荷量を増大し、画素信号の全画素読み出しおよび間引き処理の双方を実現するためには、1画素当たり3つ以上の転送電極を用意し、3相以上の多相駆動を行う必要がある。 In order to increase the amount of charge handled by the vertical transfer unit (vertical transfer CCD) of the CCD solid-state imaging device and realize both pixel readout and thinning processing of pixel signals, three or more transfer electrodes are prepared per pixel. In addition, it is necessary to perform multiphase driving of three or more phases.
上記の転送電極は、従来、3層以上のポリシリコン層を用いて形成していた。この場合には、各転送電極は、互いに端部が重なって配置される。ただし、画素サイズが微細になるにともない、垂直転送部を構成する転送電極同士の重なりや凹凸による影響が顕著となる。すなわち、入射光のけられ(本来受光部に入射すべき光が遮光膜によって遮られてしまうことを称する)がこの凹凸に起因して発生しやすくなる。この結果、受光部への入射光量が低減し、光感度の低下に繋がる。 Conventionally, the transfer electrode has been formed using three or more polysilicon layers. In this case, the transfer electrodes are arranged with their end portions overlapping each other. However, as the pixel size becomes finer, the influence of overlapping and unevenness of transfer electrodes constituting the vertical transfer unit becomes significant. That is, the incident light (referred to as the fact that the light that should be incident on the light receiving portion is blocked by the light shielding film) is likely to occur due to the unevenness. As a result, the amount of light incident on the light receiving portion is reduced, leading to a decrease in photosensitivity.
垂直転送部の凹凸を減らすため、1層のポリシリコン層により単層構造の転送電極を形成する方法が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、横方向(水平方向)に転送電極を繋げる必要があるため、画素間に2本以上の配線が配列することになる。この場合には、垂直方向に隣接する画素間部の幅が大きくなり、受光部面積が減少し、光感度や受光部の取り扱い電荷量が減少するという問題がある。受光部のポテンシャルを深くして取り扱い電荷量を維持する方法もあるが、この場合には読み出し電圧が高くなるという問題がある。
In order to reduce the unevenness of the vertical transfer portion, a method of forming a transfer electrode having a single layer structure with a single polysilicon layer has been proposed (see Patent Document 1). However, in the method described in
単層構造の転送電極を用い、かつ転送電極へ転送パルスを供給するための駆動配線(シャント配線)を転送電極の上層に設ける構造が開示されている(特許文献2参照)。しかしながら、従来、垂直転送部に沿って縦方向に駆動配線を設ける構造がほとんどである。縦方向に駆動配線を配置した場合には、転送モードが制約を受け、画素の間引き転送を実現しにくいという問題がある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, a method for manufacturing the same, and a camera that can cope with various transfer modes and can improve light sensitivity. There is.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、前記転送チャネル上に配置され、かつ前記受光部間を通って行方向に延びた複数の第1転送電極と、前記転送チャネル上において前記第1転送電極と同一の層で配置され、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極と、前記第1転送電極上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線と、前記第1駆動配線上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線とを有する。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of light receiving units arranged in a matrix, a plurality of transfer channels arranged adjacent to the columns of the light receiving units, and the transfer channel. A plurality of first transfer electrodes arranged in the row direction between the light receiving portions, and arranged in the same layer as the first transfer electrodes on the transfer channel, each of which is arranged separately A first drive that connects the second transfer electrodes, the second transfer electrodes, the third transfer electrodes, and the second transfer electrodes that extend in the row direction on the first transfer electrodes through the light receiving portions and are adjacent to each other in the row direction. Wiring and a second drive wiring that extends in the row direction through the light receiving portions on the first drive wiring and connects the third transfer electrodes adjacent to each other in the row direction.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板への不純物の導入により、基板に行列状に配置した複数の受光部と、前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルとを形成する工程と、前記基板上に導電層を堆積する工程と、前記導電層を加工して、前記受光部間を通って行方向に延びる複数の第1転送電極と、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極とを前記転送チャネル上に形成する工程と、前記第1転送電極上に、前記受光部間を通って行方向に延び、行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線を形成する工程と、前記第1駆動配線上に、前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線を形成する工程とを有する。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes introducing a plurality of light receiving units arranged in a matrix on a substrate and introducing adjacent impurities to the substrate, respectively. Forming a plurality of arranged transfer channels, depositing a conductive layer on the substrate, processing the conductive layer, and a plurality of first transfers extending in a row direction between the light receiving portions. Forming a second transfer electrode and a third transfer electrode, which are separately disposed on the transfer channel, on the first transfer electrode in the row direction between the light receiving portions. Forming a first drive wiring extending and connecting the second transfer electrodes adjacent to each other in the row direction; and extending on the first drive wiring in the row direction through the light receiving portions and extending in the row direction. Second drive arrangement for connecting adjacent third transfer electrodes to each other And a step of forming a.
上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、前記転送チャネル上に配置され、かつ前記受光部間を通って行方向に延びた複数の第1転送電極と、前記転送チャネル上において前記第1転送電極と同一の層で配置され、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極と、前記第1転送電極上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線と、前記第1駆動配線上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線とを有する。 In order to achieve the above object, a camera of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that focuses light on the imaging surface of the solid-state imaging device, and a predetermined signal with respect to an output signal from the solid-state imaging device. A signal processing circuit that performs processing, wherein the solid-state imaging device includes a plurality of light receiving units arranged in a matrix, a plurality of transfer channels arranged adjacent to the columns of the light receiving units, and the transfer A plurality of first transfer electrodes arranged on the channel and extending in a row direction between the light receiving parts, and arranged on the same channel as the first transfer electrode on the transfer channel, and separated from each other. A first transfer electrode that connects the second transfer electrodes that are adjacent to each other in the row direction and that extend in the row direction on the first transfer electrode and between the light receiving portions on the second transfer electrode and the third transfer electrode that are arranged. Drive wiring and the first drive wiring The extending in the row direction through between the light receiving portion, and a second driving wiring for connecting the third transfer electrodes adjacent in the row direction in.
上記の本発明では、列方向に隣接する受光部間において、第1転送電極、第1駆動配線、第2駆動配線が重なって配置されている。このため、列方向に隣接する受光部間の幅は、1本の配線幅分だけ確保すれば足りる。
また、行方向に伸びる第1駆動配線により同一行の第2転送電極には同位相の転送パルスを供給でき、行方向に伸びる第2駆動配線により同一行の第3転送電極には同位相の転送パルスを供給できる。このため、3相駆動、6相駆動、9相駆動といった様々な転送モードに対応できる。また、全画素読み出し、フレーム読み出し、フィールド読み出しといった各種の転送モードに対応できる。
In the present invention described above, the first transfer electrode, the first drive wiring, and the second drive wiring are arranged so as to overlap each other between the light receiving portions adjacent in the column direction. For this reason, it is sufficient to secure the width between the light receiving portions adjacent in the column direction by the width of one wiring.
Further, the first drive wiring extending in the row direction can supply the same transfer pulse to the second transfer electrode in the same row, and the third transfer electrode in the same row can be supplied to the third transfer electrode in the same row by the second drive wire extending in the row direction. Transfer pulses can be supplied. Therefore, various transfer modes such as three-phase driving, six-phase driving, and nine-phase driving can be supported. In addition, various transfer modes such as all pixel readout, frame readout, and field readout can be supported.
本発明によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置およびカメラを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device and a camera that can cope with various transfer modes and can improve light sensitivity.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のCCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device will be described. However, there is no particular limitation on the transfer method.
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置1は、撮像部2と、水平転送部3と、出力部4とを有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging apparatus according to the present embodiment. The solid-
撮像部2には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部5と、受光部5の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部7と、受光部5と垂直転送部7との間に配置された読み出しゲート部6とを有する。
The
受光部5は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光(入射光)をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部6は、受光部5に蓄積された信号電荷を垂直転送部7に読み出す。
The
垂直転送部7は、例えば3相のクロック信号φV1,φV2,φV3によって駆動され、受光部5から読み出された信号電荷を垂直方向(図中、下方向)に転送する。なお、クロック信号としては、3相に限定されるものではなく、6相、9相であってもよい。クロック信号φV1〜φV3は、例えば0Vあるいは−7Vである。
The
水平転送部3は、2相のクロック信号φH1,φH2によって駆動され、垂直転送部7から垂直転送された信号電荷を、水平方向(図中、左方向)に転送する。
The horizontal transfer unit 3 is driven by the two-phase clock signals φH1 and φH2, and transfers the signal charges vertically transferred from the
垂直転送部7および水平転送部3は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
The
出力部4は、水平転送部3により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する。出力部4は、例えばフローティングディフュージョンアンプにより構成される。出力部4は、フローティングディフュージョンFDとリセットゲートRGとリセットドレインRDからなるトランジスタ4aと、アンプ4bと、出力端子4cとを有する。
The output unit 4 converts the signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer unit 3 into an electric signal and outputs it. The output unit 4 is configured by, for example, a floating diffusion amplifier. The output unit 4 includes a
水平転送部により水平転送された信号電荷量に応じてフローティングディフュージョンFDの電圧が変化する。フローティングディフュージョンFDの電圧はアンプ4bにより増幅されて、出力端子4cによりアナログ画像信号として取り出される。その後、リセットゲートRGにリセットパルスが入力されて、トランジスタ4aがオン状態となり、フローティングディフュージョンFDの信号電荷がリセットドレインRDに掃き捨てられる。なお、リセットドレインRDには電源電圧Vddが印加されている。
The voltage of the floating diffusion FD changes according to the amount of signal charges transferred horizontally by the horizontal transfer unit. The voltage of the floating diffusion FD is amplified by the
図2は、撮像部2における要部平面図である。図2では、転送電極のみを図解している。
FIG. 2 is a plan view of the main part of the
受光部5は、水平方向および垂直方向に配置されている。水平方向(横方向)は行方向であり、垂直方向(縦方向)は列方向である。転送チャネル14は、水平方向に並ぶ2つの受光部5間において垂直方向に伸びている。このように転送チャネル14は、受光部5の列に隣接して転送方向に伸びている。
The light receiving
転送チャネル14上には、絶縁膜を介在させた状態で、第1転送電極21、第3転送電極23、第2転送電極22が転送方向に繰り返し並んでいる。第1転送電極21、第2転送電極22および第3転送電極23を区別する必要がない場合には、単に転送電極20と称する。転送チャネル14と転送電極20により垂直転送部7が構成される。転送電極20は単層構造であり、例えば1層のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、各受光部5に対応して3つの転送電極が配置されている。
On the
第1転送電極21は、垂直方向に隣接する受光部5間を通って、水平方向に延びて形成されている。第1転送電極21は、転送チャネル14と交差して配置され、転送チャネル14上において垂直方向に幅広に形成されている。
The
第2転送電極22は、受光部5に隣接して配置されている。水平方向に隣接する第2転送電極22同士は、分離した形状となっている。
The
第3転送電極23は、受光部5に隣接して配置されている。水平方向に隣接する第3転送電極23同士は、分離した形状となっている。
The
上記の転送電極20上には、絶縁膜を介して第1駆動配線が形成される。図3は、第1駆動配線41のレイアウトを示す平面図である。
A first drive wiring is formed on the
第1転送電極21上には、絶縁膜を介して水平方向に伸びる第1駆動配線41が形成されている。第1駆動配線41は、画素間部において第1転送電極21に重なるように配置されている。第1駆動配線41は、転送チャネル14上において垂直方向に伸びており、コンタクトホールCHを介して第2転送電極22に接続されている。垂直方向の画素間部において、第1駆動配線41の垂直方向の幅は、画素間部における第1転送電極21の垂直方向の幅よりも狭い。転送チャネル14上において、第1駆動配線41の水平方向の幅は、転送電極20の水平方向の幅よりも狭い。
On the
本実施形態においては、第3転送電極23上には絶縁膜を介してバッファ層41aが形成されている。バッファ層41aは、第1駆動配線41と同一の層からなる。なお、第3転送電極23上にバッファ層41aを設けなくても良い。
In the present embodiment, a
第1駆動配線41およびバッファ層41aは、ポリシリコン、タングステン等の金属材料、あるいはシリサイド系材料により形成される。第1駆動配線41として金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部5の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。
The
上記の第1駆動配線41の上層に、第2駆動配線が形成される。図4は、第2駆動配線42のレイアウトを示す平面図である。
A second drive wiring is formed above the
第1駆動配線41上には、絶縁膜を介して水平方向に伸びる第2駆動配線42が形成されている。第2駆動配線42は、画素間部において第1駆動配線41に重なるように配置されている。第2駆動配線42は、転送チャネル14上において垂直方向に伸びており、コンタクトホールを介して第3転送電極23に接続されている。垂直方向の画素間部において、第2駆動配線42の垂直方向の幅は第1駆動配線41の幅と同等以下に設定され、画素間部における第1転送電極21の垂直方向の幅よりも狭い。転送チャネル14上において、第2駆動配線42の水平方向の幅は、転送電極20の水平方向の幅よりも狭い。
On the
第2駆動配線42は、ポリシリコン、タングステン等の金属材料、あるいはシリサイド系材料により形成される。第2駆動配線42として金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部5の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。
The
本実施形態においては、第2駆動配線42と第3転送電極23は、バッファ層41aを介して接続される。なお、第2駆動配線42として特にタングステン等の金属材料を採用する場合には、第3転送電極23上にバッファ層41aを設けることが好ましい。これは、タングステン等の金属材料がポリシリコンに拡散することによる転送への影響を抑制するためである。また、第3転送電極23上にバッファ層41aを設けることにより、コンタクトホールのアスペクト比が小さくなるという利点もある。
In the present embodiment, the
上記の固体撮像装置では、1つの受光部5に対して3つの転送電極が設けられていることから、全画素読み出しが可能となる。上記の固体撮像装置では、3相駆動、6相駆動、9相駆動が可能となる。
In the solid-state imaging device described above, since three transfer electrodes are provided for one
例えば3相駆動を行う場合には、第1転送電極21に転送パルスφV1、第3転送電極23にφV2、第2転送電極22にφV3が印加される。この場合、読み出し電圧は、第2転送電極22と第3転送電極23の双方あるいはいずれか一方に印加される。
For example, when three-phase driving is performed, a transfer pulse φV1 is applied to the
6相駆動を行う場合には、垂直方向に配列した第1転送電極21、第3転送電極23、第2転送電極22に順にφV1〜φV6が印加される。この場合、読み出し電圧は、第2転送電極22と第3転送電極23の双方あるいはいずれか一方に印加される。
When performing 6-phase driving, φV1 to φV6 are sequentially applied to the
本実施形態では、第1駆動配線41により水平方向の全ての第2転送電極22が接続されており、第2駆動配線42により水平方向の全ての第3転送電極23が接続されている。
In the present embodiment, all the
このため、全画素読み出し以外にも、フィールド読み出しやフレーム読み出しが可能となる。例えば、第1フィールドにおいて奇数番の行の画素(受光部)の信号電荷のみを読み出し、第2フィールドにおいて偶数番の行の画素(受光部)の信号電荷を読み出すフレーム読み出しが可能となる。また、フィールド読み出しも可能となる。 For this reason, field readout and frame readout are possible in addition to all-pixel readout. For example, it is possible to perform frame readout in which only signal charges of pixels (light receiving units) in odd-numbered rows are read in the first field and signal charges of pixels (light receiving units) in even-numbered rows are read in the second field. Also, field reading is possible.
図5は、図4のA−A’線における断面図である。図6は、図4のB−B’線における断面図である。図7は、図4のC−C’線における断面図である。なお、図示の簡略化のため遮光膜の上層については、図5のみに図解している。 FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 4. 6 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 4. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG. 4. For simplification of illustration, the upper layer of the light shielding film is illustrated only in FIG.
例えば、n型のシリコン基板(以下、基板10という)に、p型ウェル11が形成されている。p型ウェル11は、オーバーフローバリアを形成する。
For example, a p-
受光部5は、p型ウェル11に形成されたn型の信号電荷蓄積領域12と、信号電荷蓄積領域12の表層に形成されたp+型の正孔蓄積領域13を有する。正孔蓄積領域13は、信号電荷蓄積領域12の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。
The
受光部5には、信号電荷蓄積領域12、p型ウェル11および基板10により、npn構造が形成されている。このnpn構造は、受光部5に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がp型ウェル11により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板10側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
In the
また、上記の受光部5は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板10に供給される基板電位を高レベル(例えば+12V)にすることにより、p型ウェル11の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域12に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板10に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。
Further, the
垂直転送部7は、信号電荷蓄積領域12と所定間隔を隔ててp型ウェル11に形成されたn型の転送チャネル14と、転送チャネル14上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜30を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極21〜23により構成されている。転送チャネル14の下には、比較的高濃度のp型領域15が形成されている。p型領域15は、転送チャネル14の下に電位障壁を形成する。このため、基板10の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル14へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。
The
読み出しゲート部6は、信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間のp型の読み出しゲート領域16と、読み出しゲート領域16上にゲート絶縁膜30を介して形成された転送電極22,23により構成されている。読み出しゲート領域16は、n型の信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極22,23に正の読み出し電圧(例えば+12〜+15V)が印加されて、読み出しゲート領域16の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域12から転送チャネル14へと移される。
The read
信号電荷蓄積領域12に対して読み出し側とは反対側には、p型のチャネルストップ領域17が形成されている。また、画素間部において第1転送電極21下には、チャネルストップ領域17が形成されている(図7参照)。チャネルストップ領域17は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。
A p-type
転送電極21〜23上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜31が形成されている。第3転送電極23上には、絶縁膜31を介してバッファ層41aが形成されている(図5参照)。第3転送電極23とバッファ層41aとは、絶縁膜31に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。
On the
第1転送電極21および第2転送電極22上には、絶縁膜31を介して第1駆動配線41が形成されている(図6,7参照)。第2転送電極22と第1駆動配線41は、絶縁膜31に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。
A
第1駆動配線41およびバッファ層41aを被覆して、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜32が形成されている。画素間部において第1駆動配線41上には、絶縁膜32を介して第2駆動配線42が形成されている(図7参照)。
An insulating
バッファ層41a上には、絶縁膜32を介して第2駆動配線42が形成されている。第2駆動配線42は、例えばポリシリコン、タングステン等の金属材料、シリサイド系材料からなる。バッファ層41aと第2駆動配線42とは、絶縁膜32に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。これにより、第2駆動配線42と第3転送電極23とが電気的に接続されている。第2駆動配線42として、タングステン等の金属材料を採用する場合には、第2駆動配線42とバッファ層41aとの間にバリアメタルを介在させてもよい。バリアメタルとしては、Tiや、TiWを用いる。
A
第2駆動配線42を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜33が形成されている。上記の転送電極21〜23、第1駆動配線41および第2駆動配線42を被覆するように、遮光膜50が形成されている。遮光膜50は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜50には、受光部5に光を入射させるための開口部50aが形成されている。
An insulating
遮光膜50上には、例えばBPSG(Boro Phospho Silicate glass)からなる層間絶縁膜61が形成されている(図5参照)。層間絶縁膜61上には、例えば窒化シリコンからなるパッシベーション膜62が形成されている。パッシベーション膜62の表面は、平坦化されている。
An interlayer insulating
パッシベーション膜62上には、カラーフィルタ70が形成されている。カラーフィルタ70は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ71と、ブルーカラーフィルタ72と、レッドカラーフィルタ73とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ70はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。
A
カラーフィルタ70上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜80が形成されている。平坦化膜80上には、マイクロレンズ90が形成されている。
On the
上記の固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ90により集光されて各カラーフィルタ71,72,73に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、受光部5に入射する。受光部5に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域12に蓄積される。その後、転送チャネル14に読み出されて、垂直転送部7により垂直方向に転送される。
In the solid-state imaging device described above, incident light is collected by the
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図8〜図14を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図8(a)に示すように、n型のシリコンからなる基板10に、イオン注入法によりp型ウェル11を形成する。このときに出力部4のトランジスタ4aのp型ウェルも形成する。基板10としては、例えばn型CZ基板上に20〜40Ωcm程度の抵抗率のn型エピタキシャル層を数μm〜数十μm程度形成した基板を用いる。
As shown in FIG. 8A, a p-
次に、図8(b)に示すように、基板10にイオン注入法により、n型の信号電荷蓄積領域12、p型の正孔蓄積領域13、n型の転送チャネル14、p型領域15、p型の読み出しゲート領域16、p型のチャネルストップ領域17を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, the n-type signal
次に、図8(c)に示すように、熱酸化法により基板10上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜30を形成する。なお、ゲート絶縁膜30として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の積層膜を形成してもよい。ゲート絶縁膜30の形成後に、上記した各種の領域12〜17を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8C, a
次に、図9(a)に示すように、基板10上にゲート絶縁膜30を介して転送電極20を形成する。転送電極20は、例えば基板10上にポリシリコン層を堆積し、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、単層構造の転送電極20を形成する。ポリシリコン層は、本発明の導電層の一実施形態である。ポリシリコン層の膜厚は、200nm〜500nmである。これにより、第1転送電極21、第2転送電極22および第3転送電極23からなる転送電極20が形成される。転送電極20のパターンは、図2に示した通りである。
Next, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(b)に示すように、転送電極20を被覆するように絶縁膜31を形成する。絶縁膜31は、例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。10数Vの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜31の膜厚は100nm前後に設定する。
Next, as shown in FIG. 9B, an insulating
次に、図10(a)に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第2転送電極22および第3転送電極23上の絶縁膜31にコンタクトホールCHを形成する。なお、バッファ層41aを必要としないときは、第2転送電極22上の絶縁膜31にのみコンタクトホールCHを形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 10A, a contact hole CH is formed in the insulating
次に、図10(b)に示すように、全面にポリシリコン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第1駆動配線41およびバッファ層41aを形成する。第1駆動配線41は、コンタクトホールCHを介して第2転送電極22と接続される。バッファ層41aは、コンタクトホールCHを介して第3転送電極23と接続される。ポリシリコン層の膜厚は、200〜500nmである。
Next, as shown in FIG. 10B, a polysilicon layer is deposited on the entire surface, and the polysilicon layer is processed by a lithography technique and an etching technique, thereby forming a
次に、図11(a)に示すように、第1駆動配線41およびバッファ層41aを被覆する絶縁膜32を形成する。絶縁膜32は、例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。10数Vの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜32の膜厚は100nm前後に設定する。
Next, as shown in FIG. 11A, an insulating
次に、図11(b)に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第3転送電極23上の絶縁膜32にコンタクトホールCHを形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, a contact hole CH is formed in the insulating
次に、図12(a)に示すように、全面にポリシリコン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第2駆動配線42を形成する。第2駆動配線42は、コンタクトホールCHを介してバッファ層41aおよび第3転送電極23に接続される。第2駆動配線42としてポリシリコン層を用いる場合には、ポリシリコン層の膜厚は200〜500nmである。なお、第2駆動配線42としてタングステン等の低抵抗の金属材料を用いる場合には、ポリシリコン層の場合よりも膜厚を薄くすることができる。
Next, as shown in FIG. 12A, a polysilicon layer is deposited on the entire surface, and the
なお、図示しないが、出力部4のトランジスタ4aのリセットゲートRGは、上記の転送電極20、第1駆動配線41あるいは第2駆動配線42の形成工程を利用して形成される。また、トランジスタ4aのリセットドレインRDやフローティングディフュージョンFDの形成のためのイオン注入を行う。
Although not shown, the reset gate RG of the
次に、図12(b)に示すように、第2駆動配線42を被覆する絶縁膜33を形成する。絶縁膜33は、例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。10数Vの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜33の膜厚は100nm前後に設定する。
Next, as shown in FIG. 12B, an insulating
次に、図13(a)に示すように、受光部5の位置に開口部50aをもち、転送電極20、駆動配線41,42を被覆する遮光膜50を形成する。遮光膜50は、例えば全面にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。
Next, as shown in FIG. 13A, a
次に、図13(b)に示すように、基板10上に、例えばBPSGを堆積させて、リフロー処理を行うことにより層間絶縁膜61を形成する。続いて、層間絶縁膜61に、図示しない出力部4のトランジスタ4aのフローティングディフュージョンFDやリセットドレインRDに接続するためのコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜61上に配線を形成する。
Next, as shown in FIG. 13B, for example, BPSG is deposited on the
次に、図14(a)に示すように、層間絶縁膜61上にプラズマCVD法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することによりパッシベーション膜62を形成する。
Next, as shown in FIG. 14A, a silicon nitride film is deposited on the
次に、図14(b)に示すように、パッシベーション膜62上にカラーフィルタ70を形成する。カラーフィルタ70は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えばパッシベーション膜62上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ71のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ72およびレッドカラーフィルタ73を形成する。なお、カラーフィルタ70の形成順序に限定はない。
Next, as shown in FIG. 14B, a
次に、カラーフィルタ70の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ70上に透明な平坦化膜80を形成する(図5参照)。平坦化膜80としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。
Next, for the purpose of flattening the surface unevenness of the
次に、平坦化膜80上にマイクロレンズ90を形成する(図5参照)。例えばレンズ材料を塗布した後に、レンズ形状のレジストマスクを形成し、レジストマスクとレンズ材料のエッチング選択比が1となるような条件でエッチングすることにより、マイクロレンズ90が形成される。
Next, a
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。 As described above, the solid-state imaging device according to this embodiment is manufactured. The solid-state imaging device is used for a camera such as a video camera, a digital still camera, or an electronic endoscope camera, for example.
図15は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。 FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a camera in which the above-described solid-state imaging device is used.
カメラ100は、上記した固体撮像装置1と、光学系102と、駆動回路103と、信号処理回路104とを有する。
The
光学系102は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置1の各受光部5において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部5の信号電荷蓄積領域12において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。
The
駆動回路103は、上述した3相のクロック信号φV1,φV2,φV3および2相のクロック信号φH1,φH2などの各種のタイミング信号を固体撮像装置1に与える。これにより、固体撮像装置1の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置1の出力部4からアナログ画像信号が出力される。
The
信号処理回路104は、固体撮像装置1から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去や、ディジタル信号への変換等の各種の信号処理を行う。信号処理回路104による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。
The
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について説明する。 Next, the solid-state imaging device according to the present embodiment, the manufacturing method thereof, and the effects of the camera will be described.
上記の本実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル14上の転送電極20は、単層構造の第1転送電極21、第2転送電極22、第3転送電極23により形成される。第1転送電極21は、水平方向に延びており、第2転送電極22および第3転送電極23はそれぞれ分離して配置されている。同一行の第2転送電極22に転送パルスを供給するための第1駆動配線41が、受光部5間において第1転送電極21に重なるように配置されている。また、同一行の第3転送電極23に転送パルスを供給するための第2駆動配線42が、受光部5間において第1駆動配線41に重なるように配置されている。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the
本実施形態では、垂直方向における受光部5間において、第1転送電極21、第1駆動配線41、第2駆動配線42が重なって配置されている(図4参照)。このため、垂直方向における受光部5間の幅は、1本の配線幅分だけ確保すれば足りる。この結果、受光部5の面積を大きくすることができ、受光部5の取り扱い電荷量を大きくすることができる。したがって、光感度が向上し、ダイナミックレンジの大きな固体撮像装置を実現することができる。受光部5の面積を大きくできることから、受光部5のポテンシャルを比較的浅く形成でき、読み出し電圧を低減することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、水平方向に伸びる第1駆動配線41により同一行の第2転送電極22に同位相の転送パルスを供給でき、水平方向に伸びる第2駆動配線42により同一行の第3転送電極23に同位相の転送パルスを供給できる。このため、3相駆動、6相駆動、9相駆動といった様々な転送モードに対応できる。また、全画素読み出し、フレーム読み出し、フィールド読み出しといった各種の転送モードに対応できる。
In this embodiment, the
また、読み出し電圧は、第1駆動配線41と第2駆動配線42の双方あるいはいずれか一方に供給される。この第1駆動配線41および第2駆動配線42の下層には、第1転送電極21が形成されていることから、第1転送電極21の遮蔽効果により、読み出し電圧が画素間部のチャネルストップ領域17の電位に与える影響を抑えることができる。このため、垂直方向の受光部5間における信号電荷の流出入を抑制することができる。
The read voltage is supplied to both or one of the
転送チャネル14上において、第1駆動配線41および第2駆動配線42の水平方向の幅は、転送電極20の水平方向の幅よりも狭く形成されている。このため、多層の転送電極を採用する場合に比べて、受光部5の左右における段差を小さくすることができる。これにより、入射光のけられを低減することができ、受光部5への入射光量を増大させることができることから、光感度の向上に寄与することができる。
On the
垂直方向の画素間部において、第1駆動配線41および第2駆動配線42の垂直方向の幅は、転送電極20の垂直方向の幅よりも狭く形成されている。このため、受光部5の垂直方向における周縁部に発生する段差を小さくすることができる。これにより、入射光のけられを低減することができ、受光部5への入射光量を増大させることができることから、光感度の向上に寄与することができる。
In the vertical inter-pixel portion, the vertical width of the
受光部5に隣接して、すなわち受光部5の真横に第2転送電極22および第3転送電極23を配置し、この第2転送電極22および第3転送電極23に読み出し電圧を印加することにより、読み出しゲートの幅を広くすることができる。これにより、読み出し電圧を低電圧化しても、読み出し効率を維持することができる。
By arranging the
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置を実現することができる。当該固体撮像装置をカメラに適用することにより、様々な転送モードに対応でき、光感度を向上させたカメラを実現することができる。 As described above, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to realize a solid-state imaging device that can cope with various transfer modes and can improve light sensitivity. By applying the solid-state imaging device to a camera, it is possible to realize a camera that can cope with various transfer modes and has improved light sensitivity.
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to manufacture a solid-state imaging device that can cope with various transfer modes and can improve light sensitivity.
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、転送電極20および第1駆動配線41として、ポリシリコン以外にも、タングステン等の金属材料やシリサイド材料を用いることもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
The present invention can be applied to a solid-state imaging device of a frame transfer system or a frame interline transfer system in addition to the interline transfer system. In addition to polysilicon, a metal material such as tungsten or a silicide material can be used for the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…固体撮像装置、2…撮像部、3…水平転送部、4…出力部、4a…トランジスタ、4b…アンプ、4c…出力端子、5…受光部、6…読み出しゲート部、7…垂直転送部、10…基板、11…p型ウェル、12…信号電荷蓄積領域、13…正孔蓄積領域、14…転送チャネル、15…p型領域、16…読み出しゲート領域、17…チャネルストップ領域、20…転送電極、21…第1転送電極、22…第2転送電極、23…第3転送電極、30…ゲート絶縁膜、31…絶縁膜、32…絶縁膜、33…絶縁膜、41…第1駆動配線、41a…バッファ層、42…第2駆動配線、50…遮光膜、50a…開口部、61…層間絶縁膜、62…パッシベーション膜、70…カラーフィルタ、71…グリーンカラーフィルタ、72…ブルーカラーフィルタ、73…レッドカラーフィルタ、80…平坦化膜、90…マイクロレンズ、100…カメラ、102…光学系、103…駆動回路、104…信号処理回路、CH…コンタクトホール、FD…フローティングディフュージョン、RG…リセットゲート、RD…リセットドレイン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、
前記転送チャネル上に配置され、かつ前記受光部間を通って行方向に延びた複数の第1転送電極と、
前記転送チャネル上において前記第1転送電極と同一の層で配置され、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極と、
前記第1転送電極上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線と、
前記第1駆動配線上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線と
を有する固体撮像装置。 A plurality of light receiving units arranged in a matrix;
A plurality of transfer channels respectively disposed adjacent to the rows of the light receiving portions;
A plurality of first transfer electrodes disposed on the transfer channel and extending in a row direction between the light receiving portions;
A second transfer electrode and a third transfer electrode, which are arranged in the same layer as the first transfer electrode on the transfer channel, and are arranged separately from each other;
A first drive wiring that extends in the row direction over the first transfer electrodes in the row direction and connects the second transfer electrodes adjacent to each other in the row direction;
A solid-state imaging device comprising: a second drive wiring that extends in the row direction through the light receiving portions on the first drive wiring and connects the third transfer electrodes adjacent to each other in the row direction.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second transfer electrode and the third transfer electrode are disposed adjacent to the light receiving unit.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a light-shielding film that shields a region other than the light-receiving portion on an upper layer of the second drive wiring.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first drive wiring and the second drive wiring are narrower than a width of the first transfer electrode between the light receiving portions.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second drive wiring and the third transfer electrode are directly connected on the transfer channel.
前記第2駆動配線は前記転送チャネル上において前記バッファ層に接続されており、前記バッファ層を介して前記第2駆動配線と前記第3転送電極とが接続された
請求項1記載の固体撮像装置。 A buffer layer formed on the same layer as the first drive wiring and connected to the third transfer electrode on the transfer channel;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second drive wiring is connected to the buffer layer on the transfer channel, and the second drive wiring and the third transfer electrode are connected via the buffer layer. .
前記基板上に導電層を堆積する工程と、
前記導電層を加工して、前記受光部間を通って行方向に延びる複数の第1転送電極と、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極とを前記転送チャネル上に形成する工程と、
前記第1転送電極上に、前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線を形成する工程と、
前記第1駆動配線上に、前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線を形成する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。 Forming a plurality of light receiving portions arranged in a matrix on the substrate by introducing impurities into the substrate, and a plurality of transfer channels respectively arranged adjacent to the columns of the light receiving portions;
Depositing a conductive layer on the substrate;
A plurality of first transfer electrodes that are processed in the conductive layer and extend in the row direction through the light receiving portions, and second transfer electrodes and third transfer electrodes that are separately disposed on the transfer channel. Forming the step,
Forming on the first transfer electrode a first drive wiring that extends in the row direction between the light receiving portions and connects the second transfer electrodes adjacent to each other in the row direction;
Forming a second drive wiring on the first drive wiring that extends in the row direction through the light receiving portions and connects the third transfer electrodes adjacent to each other in the row direction. Production method.
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, further comprising a step of forming a light-shielding film that shields a region other than the light-receiving portion in an upper layer of the second drive wiring after the step of forming the second drive wiring. .
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, further comprising a step of forming a buffer layer above the third transfer electrode simultaneously with the step of forming the first drive wiring.
前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
行列状に配置された複数の受光部と、
前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、
前記転送チャネル上に配置され、かつ前記受光部間を通って行方向に延びた複数の第1転送電極と、
前記転送チャネル上において前記第1転送電極と同一の層で配置され、それぞれが分離して配置された第2転送電極および第3転送電極と、
前記第1転送電極上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第2転送電極同士を接続する第1駆動配線と、
前記第1駆動配線上において前記受光部間を通って行方向に延び、前記行方向に隣接する前記第3転送電極同士を接続する第2駆動配線と
を有するカメラ。
A solid-state imaging device;
An optical system for imaging light on the imaging surface of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit that performs predetermined signal processing on an output signal from the solid-state imaging device;
The solid-state imaging device
A plurality of light receiving units arranged in a matrix;
A plurality of transfer channels respectively disposed adjacent to the rows of the light receiving portions;
A plurality of first transfer electrodes disposed on the transfer channel and extending in a row direction between the light receiving portions;
A second transfer electrode and a third transfer electrode, which are arranged in the same layer as the first transfer electrode on the transfer channel, and are arranged separately from each other;
A first drive wiring that extends in the row direction over the first transfer electrodes in the row direction and connects the second transfer electrodes adjacent to each other in the row direction;
And a second drive line that extends in the row direction through the light receiving portions on the first drive line and connects the third transfer electrodes adjacent to each other in the row direction.
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