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

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。
特開２００３―２５８２３４号公報 特開２００５―１０９０２１号公報
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。
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。 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。 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。 本発明の課題を説明するＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。 図４のＶ―Ｖ線断面模式図である。
符号の説明
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

Claims (7)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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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