JP2009064982A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】遮光膜に均等に所定電圧を印加できるようにして撮像素子の信頼性向上を図る。
【解決手段】半導体基板の表面部に二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子2と、前記表面部の上に積層され各光電変換素子2の光入射側に夫々開口が設けられた導電性遮光膜16と、半導体基板に形成され所定電圧が外部から印加される接続パッド20と、接続パッド20と導電性遮光膜16とを接続する配線とを備える固体撮像素子において、前記配線が1本の場合の時定数に対して該時定数を小さくする配線構造、例えば、遮光膜16の周囲に形成された枠形状の第1配線31aと、第1配線31aと接続パッド20―1とを接続する第2配線31bと、遮光膜16の周囲に設けられた複数の接続点と第1配線31aとを夫々接続する複数の第3配線31cとを備える構造とする。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板の表面部に二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子2と、前記表面部の上に積層され各光電変換素子2の光入射側に夫々開口が設けられた導電性遮光膜16と、半導体基板に形成され所定電圧が外部から印加される接続パッド20と、接続パッド20と導電性遮光膜16とを接続する配線とを備える固体撮像素子において、前記配線が1本の場合の時定数に対して該時定数を小さくする配線構造、例えば、遮光膜16の周囲に形成された枠形状の第1配線31aと、第1配線31aと接続パッド20―1とを接続する第2配線31bと、遮光膜16の周囲に設けられた複数の接続点と第1配線31aとを夫々接続する複数の第3配線31cとを備える構造とする。
【選択図】図1
Description
本発明は固体撮像素子に係り、特に、特性の向上を図ることができる固体撮像素子に関する。
図4は、CCD型固体撮像素子の表面模式図である。この固体撮像素子1は、半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の光電変換素子(フォトダイオード:画素)2と、各画素列に沿って形成された垂直電荷転送路(VCCD)3と、各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路(HCCD)4と、水平電荷転送路4の出力端部に設けられ転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像信号として出力するアンプ5とを備える。
図5は、図4のV―V線断面すなわち画素部分の断面模式図である。半導体基板のpウェル層11にn領域12(図1の画素2が該当する。)が形成されることでフォトダイオード(画素)が形成され、n領域12の最表面には、暗電流抑制用の高濃度p層13が形成される。
画素2(n領域12)の両脇には、夫々、垂直電荷転送路3の埋め込みチャネルを構成するn領域3aが形成され、n領域3aの下部には高濃度p層14が設けられる。図示する固体撮像素子では、n領域12の蓄積電荷は左側の垂直電荷転送路3に読み出される構造のため、n領域12と右側のn領域3aとの間にはチャネルストップとなる高濃度p領域15が設けられる。
垂直電荷転送路の埋め込みチャネル3aの上には、絶縁層を介して転送電極膜3bが形成される。そして、半導体基板表面部の受光面には、アルミニウム膜やタングステン膜等の導電性遮光膜16が形成される。この遮光膜16には、各n領域12の上部位置に開口16aが設けられている。遮光膜16の上には平坦化層17が積層され、その上の各n領域12に対応した位置に、カラーフィルタ18とマイクロレンズ19とが設けられている。
この遮光膜16には、各種電圧が印加される。例えば、n領域12の蓄積電荷を隣接の埋め込みチャネル3aに読み出す時にはプラス電圧が印加される。また、読出時以外にはマイナス電圧が印加されることで、ブルーミングやスミア特性の向上が図られる。
この様に遮光膜16に各種電圧を印加するために、図4に示す例では、固体撮像素子1の周辺部に設けられた接続パッド20の1つと遮光膜16とが配線21によって電気的に接続され、この接続パッド20へ外部から電圧が印加されることで、遮光膜16の印加電圧制御が行われる。
尚、遮光膜に読出電圧等の所定電圧を印加する技術に関連するものとして、例えば下記特許文献1,2等がある。
近年の固体撮像素子は多画素化の進展と共に微細化が進み、図4に示す配線21も細線化が進んでいる。しかし、配線21が細くなると、配線21の時定数が大きくなり、遮光膜16に印加される読出パルスはパルス波形が鈍ってしまうという問題が生じる。
つまり、読出ゲートとして十分な効果が得られない場合がある。また、配線21を流れる電流量が大きくなってしまうため、撮像素子としての信頼性が低下してしまうという問題が生じる。
更に、面積の広い遮光膜16に印加される電圧が遮光膜内すなわち画素領域内で不均一になることが考えられ、読出電圧やブルーミング,スミア等の特性が面内でばらつく虞がある。
本発明の目的は、素子の信頼性向上や特性向上を図ることができる固体撮像素子を提供することにある。
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子と、前記表面部の上に積層され前記の各光電変換素子の光入射側に夫々開口が設けられた導電性遮光膜と、前記半導体基板に形成され所定電圧が外部から印加される接続パッドと、該接続パッドと前記導電性遮光膜とを接続する配線とを備える固体撮像素子において、前記配線が1本の場合の時定数に対して該時定数を小さくする配線構造を備えることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子の前記配線構造は、前記導電性遮光膜の周囲に形成された枠形状の第1配線と、該第1配線と前記接続パッドとを接続する第2配線と、前記導電性遮光膜の周囲に設けられた複数の接続点と前記第1配線とを夫々接続する複数の第3配線とを備えることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子は、前記複数の接続点が前記導電性遮光膜の周囲に均等に設けられていることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子の前記配線構造は、面状に形成された前記配線が前記導電性遮光膜の一辺に沿って接する構造であることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子は、前記面状の配線が前記導電性遮光膜の1辺の全長と接する構造になっていることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子の前記配線構造は、複数の前記接続パッドと、各接続パッドと前記導電性遮光膜とを夫々接続する複数の配線とを備える構造であることを特徴とする。
本発明の固体撮像素子は、前記複数の接続パッドに接続される前記導電性遮光膜の複数の接続点が該導電性遮光膜の周辺部に離散して設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、導電性遮光膜に均等に所定電圧を印加することができるため、各種特性等が向上し、撮像素子の信頼性が向上する。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るCCD型固体撮像素子の表面模式図である。このCCD型固体撮像素子30の画素部分の断面構成は、図5と同様であるため、説明は省略する。また、このCCD型固体撮像素子30と図4で説明したCCD型固体撮像素子1で同じ構成部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
本実施形態に係るCCD型固体撮像素子30では、撮像素子30の周辺部に設けられている接続パッド20のうちの1つの接続パッド20―1を遮光膜16に接続する構成になっているが、全体で矩形の遮光膜16の各辺において4箇所づつ計16箇所の接続点と、接続パッド20―1とを配線によって接続している。
この配線接続は、遮光膜16を囲む矩形枠形状の配線31aと、配線31aと接続パッド20―1とを接続する配線31bと、配線31aと遮光膜16の上記16箇所の接続点とを結ぶ計16本の短手の配線31cとで為されている。
この様に、遮光膜16に所定電圧を印加する配線を複数にし且つ遮光膜16の周囲に即ち画素領域(受光領域)の周辺にバランス良く均等に各配線31cを配置することで、配線のトータルの時定数が小さくなる。このため、広い面積の遮光膜16であっても均一な電圧を印加することが可能となり、読出電圧,ブルーミング特性,スミア特性の面内バラツキが解消され、撮像素子の信頼性が向上する。
図2は、本発明の第2実施形態に係るCCD型固体撮像素子の表面模式図である。この実施形態のCCD型固体撮像素子40の構成は、図1に示すCCD型固体撮像素子30の構成と殆ど同じであり、異なる点は、遮光膜16に所定電圧を印加する配線接続の構成だけである。
本実施形態のCCD型固体撮像素子40では、1つの接続パッド20―1と、遮光膜16との接続を、1つの配線41によって接続している。しかし、図4で説明した構造と異なるのは、配線41として、「幅W/長さL」の比が大きいパターンを持つ配線つまり面状の配線41を用いている。これにより、配線41の時定数は図4の配線21の時定数より小さくなり、第1実施形態と同様に各種特性等が向上し、撮像素子の信頼性が向上する。
更に本実施形態の配線41では、配線41と遮光膜16との接触面積の増大を図っている。図示する例では、遮光膜16の一辺全長を配線41に接続している。これにより、更に上記各種特性等が向上し、撮像素子の信頼性も更に向上する。
図3は、本発明の第3実施形態に係るCCD型固体撮像素子の表面模式図である。この実施形態のCCD型固体撮像素子50の構成は、図1に示すCCD型固体撮像素子30の構成と殆ど同じであり、異なる点は、遮光膜16に所定電圧を印加する配線接続の構成だけである。
本実施形態のCCD型固体撮像素子50では、撮像素子50の周辺部に設けられる接続パッド20のうち、距離の離れた3つの接続パッド20を遮光膜16への所定電圧印加用の接続パッドとし、夫々、配線51a,51b,51cで遮光膜16に接続している。
図示する例では、出力アンプ5が設けられている近傍の接続パッド20を遮光膜への所定電圧印加用接続パッドとはしていないが、この接続パッド20と遮光膜16との配線接続が構造上可能であれば、この接続パッドも遮光膜16に接続することで、更に遮光膜16にバランス良く所定電圧を印加することが可能となる。
しかし、図3の構成でも、遮光膜へ印加電圧の均一化を図ることができ、第1,第2実施形態と同様に、各種特性等の向上や撮像素子の信頼性向上を図ることが可能となる。
以上述べた様に上記各実施形態によれば、遮光膜に所定電圧を印加する配線の時定数を、所定電圧印加用接続パッドと遮光膜との接続配線を1本とした場合より小さくすることができ、読出電圧,ブルーミング特性,スミア特性等の各種特性の面内バラツキが解消され、撮像素子の信頼性が向上する。
尚、CCD型の固体撮像素子で説明したが、遮光膜を有しこの遮光膜に所定電圧を印加するものであれば、CMOSイメージセンサ等の他の形式の固体撮像素子にも上記実施形態をそのまま適用可能である。
本発明に係る固体撮像素子は、遮光膜への所定電圧印加を安定して行うことができ、信頼性の高い撮像素子が得られるので、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子に適用すると有用である。
16 導電性遮光膜
20,20―1 接続パッド
30,40,50 CC型固体撮像素子
31,31a,31b,31c,41,51a,51b,51c 遮光膜への所定電圧印加用配線
20,20―1 接続パッド
30,40,50 CC型固体撮像素子
31,31a,31b,31c,41,51a,51b,51c 遮光膜への所定電圧印加用配線
Claims (7)
- 半導体基板の表面部に二次元アレイ状に形成された複数の光電変換素子と、前記表面部の上に積層され前記の各光電変換素子の光入射側に夫々開口が設けられた導電性遮光膜と、前記半導体基板に形成され所定電圧が外部から印加される接続パッドと、該接続パッドと前記導電性遮光膜とを接続する配線とを備える固体撮像素子において、前記配線が1本の場合の時定数に対して該時定数を小さくする配線構造を備えることを特徴とする固体撮像素子。
- 前記配線構造は、前記導電性遮光膜の周囲に形成された枠形状の第1配線と、該第1配線と前記接続パッドとを接続する第2配線と、前記導電性遮光膜の周囲に設けられた複数の接続点と前記第1配線とを夫々接続する複数の第3配線とを備えることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記複数の接続点が前記導電性遮光膜の周囲に均等に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。
- 前記配線構造は、面状に形成された前記配線が前記導電性遮光膜の一辺に沿って接する構造であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記面状の配線が前記導電性遮光膜の1辺の全長と接する構造になっていることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子。
- 前記配線構造は、複数の前記接続パッドと、各接続パッドと前記導電性遮光膜とを夫々接続する複数の配線とを備える構造であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記複数の接続パッドに接続される前記導電性遮光膜の複数の接続点が該導電性遮光膜の周辺部に離散して設けられていることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子。
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