JP2007134431A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】全画素読み出し型であって、感度の向上および取り扱い電荷量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。
【解決手段】本実施形態に係る固体撮像装置は、行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の各列に隣接して配置された転送チャネルと、転送チャネル上に同一の層で繰り返し配置された、４相の転送電極２１〜２４と、転送電極２１〜２４上において転送チャネルに沿って互いに重なって配置され、転送電極に対して駆動電圧を供給する２層構造の３本の駆動配線４１〜４３とを有する。同一列の複数の第２転送電極２２および第３転送電極２３の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線４２，４３が配置されている。隣接する２列の複数の第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４に対して、１本の駆動配線が配置されている。
【選択図】図２

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。

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。

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。

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感度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。

全画素読み出し型の固体撮像装置として、単層電極構造の転送電極を用い、当該転送電極のうち浮島状に分離した転送電極に対して、当該転送電極の上層の金属配線により駆動パルスを供給するようにした固体撮像装置が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００３−７９９７号公報 特許第２８７８５４６号

近年、全画素読み出し型の固体撮像装置において、受光部のさらなる感度の向上、および垂直転送部の取り扱い電荷量の向上が望まれている。垂直転送部の取り扱い電荷量を向上するために４相駆動の転送電極を採用した場合には、駆動配線の数がさらに増えて、受光部の周囲の電極および配線の高さが高くなり、受光部への集光の妨げとなる。また、受光部の面積をできるだけ増大させるためには、隣接する受光部間の間隔をできるだけ短くすることが望まれる。

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、全画素読み出し型であって、感度の向上および取り扱い電荷量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。

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、前記受光部の各列に隣接して配置された転送チャネルと、前記転送チャネル上に同一の層で繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極と、前記転送電極上において前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置され、前記転送電極に対して駆動電圧を供給する２層構造の３本の駆動配線とを有し、前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている。

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、基板に行列状に配置した複数の受光部を形成する工程と、前記受光部の各列にそれぞれ隣接して配置された転送チャネルを形成する工程と、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、前記転送チャネル上に繰り返し配置された第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極を形成する工程と、前記転送電極上に、前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置された２層構造の３本の駆動配線を形成する工程とを有し、前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている。

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、前記受光部の各列に隣接して配置された転送チャネルと、前記転送チャネル上に同一の層で繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極と、前記転送電極上において前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置され、前記転送電極に対して駆動電圧を供給する２層構造の３本の駆動配線とを有し、前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている。

上記の本発明では、転送チャネル上に４相の転送電極が配置されている。そして、転送電極に対して３本の駆動配線を通じて駆動電圧が供給される。１つの受光部に対して４相の転送電極を配置することにより、３相に比べて垂直転送部の取り扱い電荷量が向上する。また、本発明では、駆動配線の数を減らすため、１本の駆動配線により２列の第１転送電極あるいは第４転送電極への駆動電圧の供給を行っている。このため、転送電極上には２層構造で３本の駆動配線が配置されている。

本発明によれば、全画素読み出し型であって、感度の向上および取り扱い電荷量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することができる。

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。

（第１実施形態）
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。

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。

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。

垂直転送部７は、例えば４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４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。クロック信号φＶ１〜φＶ４は、例えば０Ｖあるいは−７Ｖである。

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。

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。

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。

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。

図２は、撮像部２における要部平面図である。

受光部５は、水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に配置されている。図示はしないが、転送チャネルは、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。転送チャネルは、受光部５の列に隣接して転送方向に伸びている。

転送チャネル上には、絶縁膜を介在させた状態で、第１転送電極２１、第２転送電極２２、第３転送電極２３および第４転送電極２４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、第３転送電極２３および第４転送電極２４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４つの転送電極が配置されている。

少なくとも水平方向に隣接する２つの第１転送電極２１は、画素間配線２１ａを介して接続されている。画素間配線２１ａは、第１転送電極２１と同一の層で形成されたものであり、受光部５間を通って配置されている。本例では、例えば、同一行の全ての第１転送電極２１は、画素間配線２１ａを介して接続されている。

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。

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。

少なくとも水平方向に隣接する２つの第４転送電極２４は、画素間配線２４ａを介して接続されている。画素間配線２４ａは、第４転送電極２４と同一の層で形成されたものであり、受光部５間を通って配置されている。本例では、例えば、同一行の全ての第４転送電極２４は、画素間配線２４ａを介して接続されている。

上記の転送電極２０上には、絶縁膜を介して２層構造の駆動配線４１，４２，４３が列方向に沿って配置される。本例では、１層目のタングステン層により駆動配線４１が形成され、２層目のタングステン層により駆動配線４２，４３が形成されている例を示す。

転送電極２０上には、絶縁膜を介して垂直方向に伸びる駆動配線４１が形成されている。駆動配線４１は、たとえばタングステンからなる。駆動配線４１は、第１コンタクト部Ｃ１を介して第３転送電極２３と接続されている。これにより、同一列の全ての第３転送電極２３は、駆動配線４１により接続される。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。駆動配線４１は、後述する第２コンタクト部Ｃ２を避けるようなパターンで形成されている。

駆動配線４１としてタングステン等の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。

駆動配線４１上には、絶縁膜を介して垂直方向に伸びる２本の駆動配線４２，４３が形成されている。駆動配線４２は、第２コンタクト部Ｃ２を介して第２転送電極２２に接続されている。これにより、同一列の全ての第２転送電極２２は、駆動配線４２により接続される。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。

駆動配線４３は、第２コンタクト部Ｃ２を介して第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４に接続されている。駆動配線４３は、第１転送電極２１に接続される駆動配線４３ａと、第４転送電極２４に接続される駆動配線４３ｂの２種類がある。駆動配線４３ａおよび駆動配線４３ｂは、交互に配置されている。

駆動配線４３ａは、第２コンタクト部Ｃ２を介して同一列の全ての第１転送電極２１に接続されている。少なくとも行方向に隣接する２つの第１転送電極２１は画素間配線２１ａにより接続されていることから、１本の駆動配線４３ａにより２列の第１転送電極２１に駆動電圧が供給される。

駆動配線４３ｂは、第２コンタクト部Ｃ２を介して同一列の全ての第４転送電極２４に接続されている。少なくとも行方向に隣接する２つの第４転送電極２４は画素間配線２４ａにより接続されていることから、１本の駆動配線４３ｂにより２列の第４転送電極２４に駆動電圧が供給される。

駆動配線４２，４３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。

上記の固体撮像装置では、１つの受光部５に対して４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。

全画素読み出しを行う場合には、第２転送電極２２、第３転送電極２３および第４転送電極２４の３つの転送電極に読み出し電圧が印加される。あるいは、第２転送電極２２および第３転送電極２３の２つの転送電極２０に読み出し電圧が印加される。

受光部５の信号電荷を読み出した後、垂直方向に配列した第１転送電極２１、第２転送電極２２、第３転送電極２３および第４転送電極２４に順にφＶ１〜φＶ４が印加されて、信号電荷は垂直方向に転送される。

図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図である。

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。

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。

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。

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。

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２０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。

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２０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２２〜２４あるいは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。

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、画素間部の画素間配線２１ａ，２４ｂ下には、チャネルストップ領域１７が形成されている。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。

転送電極２０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。転送電極２０上には、絶縁膜３１を介して駆動配線４１が形成されている。駆動配線４１と第３転送電極２３との間の絶縁膜３１に第１コンタクト部Ｃ１が形成されている。

駆動配線４１上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３２を介して駆動配線４２，４３が形成されている。駆動配線４２，４３は、駆動配線４１の上部および側部を被覆するように形成されている。これにより駆動配線４２，４３の断面積を増やすことができ、駆動配線４２，４３の抵抗を下げることができる。図示はしないが、絶縁膜３２には、駆動配線４２，４３と所定の転送電極２０とを接続するための第２コンタクト部Ｃ２が形成されている。

駆動配線４２，４３上には、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２０、駆動配線４１〜４３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。

遮光膜５０上には、例えばＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate glass）からなる層間絶縁膜６１が形成されている。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。

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。

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。

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。

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４〜図９を参照して説明する。

図４（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。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。

次に、図４（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、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。

次に、図４（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。

次に、図５（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、第３転送電極２３および第４転送電極２４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。続いて、転送電極２０をマスクとしたイオン注入により基板１０にｐ型の正孔蓄積領域１３を形成する。

次に、図５（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。

次に、図６（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１コンタクト部Ｃ１における絶縁膜３１を除去する。

次に、図６（ｂ）に示すように、全面にタングステン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりタングステン層を加工することにより、駆動配線４１を形成する。駆動配線４１は、第１コンタクト部Ｃ１において第３転送電極２３と接続される。

次に、図７（ａ）に示すように、駆動配線４１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。続いて、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第２コンタクト部Ｃ２における絶縁膜３２を除去する。

次に、図７（ｂ）に示すように、全面にタングステン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりタングステン層を加工することにより、駆動配線４２，４３を形成する。駆動配線４２は、第２コンタクト部Ｃ２において第２転送電極２２と接続される。駆動配線４３は、第２コンタクト部Ｃ２において第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４と接続される。

次に、図８（ａ）に示すように、駆動配線４２，４３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。

次に、図８（ｂ）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および駆動配線４１〜４３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。

次に、図９（ａ）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。続いて、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。

次に、図９（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。

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３参照）。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。

次に、平坦化膜８０上にマイクロレンズ９０を形成する（図３参照）。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。

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を備えたカメラは、例えばＨＤＴＶ（High Definition Television）用に用いられる。

図１０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。

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。

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。

駆動回路１０３は、上述した４相のクロック信号φＶ１〜φＶ４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。

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。

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。

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上に４相の転送電極２０が配置されている。そして、転送電極２０に対して低抵抗の３本の駆動配線４１〜４３を通じて駆動電圧が供給されることから、高速転送を実現することができる。また、１つの受光部５に対して４相の転送電極２１〜２４を配置することにより、３相に比べて垂直転送部の取り扱い電荷量を向上させることができる。

また、本実施形態では、１本の駆動配線４３により２列の第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４への駆動電圧の供給を行っている。このため、駆動配線の数を１本減らすことができ、３本の駆動配線であれば２層で形成することができることから、受光部５の周縁に発生する段差を軽減することができる。この結果、受光部５への入射光量を増大させることができ、光感度の向上に寄与することができる。

本実施形態では、垂直方向における受光部５間の幅は、１本の画素間配線２１ａ，２４ａの幅だけ確保すれば足りる。また、駆動配線４１〜４３を介して駆動電圧が供給されるため、画素間配線２１ａ，２４ａの幅は狭くてもよい。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の感度を向上させることができる。したがって、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。

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、少なくともこの第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。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、全画素読み出しに適用することができる電極構成をもち、かつ、感度の向上および取り扱い電荷朗の向上を図った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、画素数が多く、かつ高速転送が要求されるＨＤＴＶ用のカメラに適用可能となる。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、全画素読み出し型であって、感度の向上および取り扱い電荷量の向上を図った固体撮像装置を製造することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態では、駆動配線４１〜４３の積層構造が第１実施形態とは異なる。

図１１は、第２実施形態に係る固体撮像装置における撮像部２の要部平面図である。図１２は、図１１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

上記の転送電極２０上には、絶縁膜を介して２層構造の駆動配線４４，４５，４６が列方向に沿って配置される。本例では、１層目のタングステン層により駆動配線４４，４５が形成され、２層目のタングステン層により駆動配線４６が形成されている例を示す。

転送電極２０上には、絶縁膜を介して垂直方向に伸びる駆動配線４４，４５が形成されている。駆動配線４４，４５は、たとえばタングステンからなる。

駆動配線４４は、第１コンタクト部Ｃ１を介して第２転送電極２２と接続されている。これにより、同一列の全ての第２転送電極２２は、駆動配線４４により接続される。駆動配線４４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。

駆動配線４５は、第１コンタクト部Ｃ１を介して第３転送電極２３と接続されている。これにより、同一列の全ての第３転送電極２３は、駆動配線４５により接続される。駆動配線４５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。

駆動配線４４，４５としてタングステン等の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。

駆動配線４４，４５上には、絶縁膜を介して垂直方向に伸びる１本の駆動配線４６が形成されている。駆動配線４６は、受光部５間の領域において行方向に延長された部位を有し、当該部位において第２コンタクト部Ｃ２を介して第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４と接続されている。

駆動配線４６は、第１転送電極２１に接続される駆動配線４６ａと、第４転送電極２４に接続される駆動配線４６ｂの２種類がある。駆動配線４６ａおよび駆動配線４６ｂは、交互に配置されている。

駆動配線４６ａは、第２コンタクト部Ｃ２を介して同一列の全ての第１転送電極２１に接続されている。少なくとも行方向に隣接する２つの第１転送電極２１は画素間配線２１ａにより接続されていることから、１本の駆動配線４６ａにより２列の第１転送電極２１に駆動電圧が供給される。

駆動配線４６ｂは、第２コンタクト部Ｃ２を介して同一列の全ての第４転送電極２４に接続されている。少なくとも行方向に隣接する２つの第４転送電極２４は画素間配線２４ａにより接続されていることから、１本の駆動配線４６ｂにより２列の第４転送電極２４に駆動電圧が供給される。

駆動配線４６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。

上記したように、１層目のタングステン層により２本の駆動配線４４，４５を形成し、２層目のタングステン層により１本の駆動配線４６を形成してもよい。この場合の上層の駆動配線４６と転送電極２０との接続は、画素間部において行うことができる。なお、第２コンタクト部Ｃ２を第１転送電極２１あるいは第４転送電極２４上に配置し、１層目の駆動配線４４，４５を第２コンタクト部Ｃ２を避けるパターンで形成してもよい。第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

第２実施形態に係る固体撮像装置は、１層目のタングステン層のパターニング工程（図６（ｂ）参照）において２本の駆動配線４４，４５を形成し、２層目のタングステン層のパターニング工程（図７（ｂ））において駆動配線４６を形成することにより、製造できる。

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、駆動配線として、タングステン以外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。

第１および第２実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置における転送電極および駆動配線のレイアウトを示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１および第２実施形態に係る固体撮像装置を備えたカメラの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る固体撮像装置における転送電極および駆動配線のレイアウトを示す平面図である。 図１１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

符号の説明

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、２４…第４転送電極、３０…ゲート絶縁膜、３１…絶縁膜、３２…絶縁膜、３３…絶縁膜、４１…駆動配線、４２…駆動配線、４３…駆動配線、４３ａ…駆動配線、４３ｂ…駆動配線、４４…駆動配線、４５…駆動配線、４６…駆動配線、４６ａ…駆動配線、４６ｂ…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、Ｃ１…第１コンタクト部、Ｃ２…第２コンタクト部、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

Claims (12)

1. 行列状に配置された複数の受光部と、
   前記受光部の各列に隣接して配置された転送チャネルと、
   前記転送チャネル上に同一の層で繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極と、
   前記転送電極上において前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置され、前記転送電極に対して駆動電圧を供給する２層構造の３本の駆動配線と
   を有し、
   前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、
   前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、
   同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、
   隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている
   固体撮像装置。
2. 隣接する２列の複数の前記第１転送電極に接続する駆動配線と、隣接する２列の複数の前記第４転送電極に接続する駆動配線が１列おきに交互に配置されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 同一行の全ての前記第１転送電極は接続されており、
   同一行の全ての前記第４転送電極は接続されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
4. ２層構造の３本の前記駆動配線のうちの下層の駆動配線は、上層の駆動配線と前記転送電極との接続部を避けて形成されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
5. 前記第１転送電極あるいは前記第４転送電極に接続される前記駆動配線は、前記受光部間の領域において行方向に延長された部位を有し、当該部位において前記第１転送電極あるいは前記第４転送電極と接続されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
6. 基板に行列状に配置した複数の受光部を形成する工程と、
   前記受光部の各列にそれぞれ隣接して配置された転送チャネルを形成する工程と、
   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、前記転送チャネル上に繰り返し配置された第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極を形成する工程と、
   前記転送電極上に、前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置された２層構造の３本の駆動配線を形成する工程と
   を有し、
   前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、
   前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、
   同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、
   隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている
   固体撮像装置の製造方法。
7. ２層構造の３本の駆動配線を形成する工程は、
   前記転送電極上に、前記転送チャネルに沿った１本の駆動配線を形成する工程と、
   前記１本の駆動配線上に２本の駆動配線を形成する工程とを有する
   請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
8. ２層構造の３本の駆動配線のうちの下層の１本の駆動配線を形成する工程において、上層の駆動配線と前記転送電極との接続部を避けたパターンで形成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記２層構造の３本の駆動配線のうちの上層の２本の駆動配線を形成する工程において、下層の駆動配線の上面および側面を覆うように上層の駆動配線を形成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
10. ２層構造の３本の駆動配線を形成する工程は、
    前記転送電極上に、前記転送チャネルに沿った２本の駆動配線を形成する工程と、
    前記２本の駆動配線上に１本の駆動配線を形成する工程とを有する
    請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記２層構造の３本の駆動配線のうちの上層の１本の駆動配線を形成する工程において、前記受光部間の領域において行方向に延長された部位を有するパターンで形成し、当該部位において前記第１転送電極あるいは前記第４転送電極と接続させる
    請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 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、
    前記受光部の各列に隣接して配置された転送チャネルと、
    前記転送チャネル上に同一の層で繰り返し配置された、第１転送電極、第２転送電極、第３転送電極および第４転送電極と、
    前記転送電極上において前記転送チャネルに沿って互いに重なって配置され、前記転送電極に対して駆動電圧を供給する２層構造の３本の駆動配線と
    を有し、
    前記第２転送電極および前記第３転送電極は、前記受光部に対して隣接して配置され、かつ、行方向において分離されており、
    前記第１転送電極および第４転送電極は、行方向に隣接する電極と接続されており、
    同一列の複数の第２転送電極および第３転送電極の接続に対して、それぞれ１本ずつ駆動配線が配置され、
    隣接する２列の複数の第１転送電極あるいは第４転送電極に対して、１本の駆動配線が配置されている
    カメラ。
    

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