JP2009076746A - 固体撮像素子、撮像装置、及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造の容易なラインメモリを有する固体撮像素子を提供する。
【解決手段】光電変換素子1と、光電変換素子1で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路2と、複数本の垂直電荷転送路2の各々を転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路3と、複数本の垂直電荷転送路2の各々と水平電荷転送路3との間に設けられた電荷蓄積部5とを半導体基板内に有する固体撮像素子であって、複数の電荷蓄積部5の各々に対応してその上方に設けられたLM電極6を備え、複数のLM電極6が複数種類の電極に分類されており、複数種類のLM電極6の各々に対応して該LM電極6上方に水平方向に延びて設けられ、対応する種類のLM電極6に電圧を印加するための配線7,8と、少なくとも配線7,8と重なる領域にあるLM電極6によって生じる凹凸面と配線7,8との間に設けられた、該凹凸面を平坦化する平坦化層11とを備える。
【選択図】図3
【解決手段】光電変換素子1と、光電変換素子1で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路2と、複数本の垂直電荷転送路2の各々を転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路3と、複数本の垂直電荷転送路2の各々と水平電荷転送路3との間に設けられた電荷蓄積部5とを半導体基板内に有する固体撮像素子であって、複数の電荷蓄積部5の各々に対応してその上方に設けられたLM電極6を備え、複数のLM電極6が複数種類の電極に分類されており、複数種類のLM電極6の各々に対応して該LM電極6上方に水平方向に延びて設けられ、対応する種類のLM電極6に電圧を印加するための配線7,8と、少なくとも配線7,8と重なる領域にあるLM電極6によって生じる凹凸面と配線7,8との間に設けられた、該凹凸面を平坦化する平坦化層11とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部とを半導体基板内に有する固体撮像素子に関する。
光電変換素子と、光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、複数本の垂直電荷転送路の各々と水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部(ラインメモリ)とを半導体基板内に有する構成の固体撮像素子において、電荷蓄積部上方に2つの電極を設けた構成が提案されている(特許文献1,2参照)。この構成によれば、2つの電極を2相のパルスで駆動することで、水平方向に並ぶ2つの電荷蓄積部おきに水平電荷転送路へ電荷を転送することが可能となり、電荷の水平加算駆動を容易に行うことができる。
しかし、特許文献1,2に開示された固体撮像素子では、電荷蓄積部上方に形成された2つの電極が、垂直電荷転送路の一定の列毎に互い違いに配置されるように形状が決められているため、この2つの電極構造が複雑になっており、電極の形成が容易ではない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、垂直電荷転送路と水平電荷転送路との間に電荷蓄積部を有し、この電荷蓄積部上方に複数種類の電極を備える固体撮像素子であって、複数種類の電極の形成を容易に行うことが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像素子は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部とを半導体基板内に有する固体撮像素子であって、複数の前記電荷蓄積部の各々に対応してその上方に設けられた電極を備え、複数の前記電極が複数種類の電極に分類されており、前記複数種類の電極の各々に対応して前記複数の電極上方に前記水平方向に延びて設けられ、対応する種類の前記電極に電圧を印加するための配線と、前記配線と重なる領域にある前記複数の電極によって生じる凹凸面と前記配線との間に少なくとも設けられた、前記凹凸面を平坦化する平坦化層とを備える。
本発明の固体撮像素子は、前記平坦化層が、前記電極同士の隙間に埋め込まれた導電性材料と、前記電極及び前記導電性材料の周囲に形成された絶縁材料とで構成されている。
本発明の固体撮像素子は、前記導電性材料が、前記垂直電荷転送路上方に設けられた前記垂直電荷転送路にパルスを供給するための電極と同じ材料である。
本発明の固体撮像素子は、前記配線に対応する種類の電極のうち、前記配線と重なる部分の一部の上の前記平坦化層には開口が形成されており、前記配線は、対応する種類の前記電極と前記開口において電気的に接続されている。
本発明の撮像装置は前記固体撮像素子を備える。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部とを半導体基板内に有する固体撮像素子の製造方法であって、複数の前記電荷蓄積部の各々に対応させてその上方に電極を形成する電極形成工程と、複数の前記電極を複数種類に分類し、前記複数種類の電極の各々に対応した配線であって、前記複数の電極上方で且つ前記水平方向に延びる配線を形成する配線形成工程と、前記配線形成工程に先立ち、前記半導体基板上の少なくとも前記配線を形成すべき領域にある前記複数の電極によって形成される凹凸面を平坦化するための平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを含み、前記配線形成工程は、前記配線に対応する種類の電極のうち前記配線を形成すべき領域と重なる部分の一部の上の前記平坦化層に開口を形成する工程と、前記開口の形成された平坦化層上に導電性材料を成膜し、成膜した導電性材料が前記配線を形成すべき領域に残るように前記導電性材料をパターニングする工程とを含む。
本発明によれば、垂直電荷転送路と水平電荷転送路との間に電荷蓄積部を有し、この電荷蓄積部上方に複数種類の電極を備える固体撮像素子であって、複数種類の電極の形成を容易に行うことが可能な固体撮像素子を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図2は、図1に示す固体撮像素子の垂直電荷転送路と水平電荷転送路との接続部分の拡大図である。図3は、図2のX−X’線断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いられるものである。
図1に示す固体撮像素子は、半導体基板内の垂直方向とこれに直交する水平方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子1と、多数の光電変換素子1の各々で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路2と、複数本の垂直電荷転送路2を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路3と、水平電荷転送路3を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力部4と、複数本の垂直電荷転送路2の各々と水平電荷転送路3との間に設けられ、垂直電荷転送路2から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部5を含むラインメモリLMと、垂直電荷転送路2を駆動する垂直転送路駆動回路9と、水平電荷転送路3を駆動する水平転送路駆動回路10とを備える。複数本の垂直電荷転送路2、水平電荷転送路3、及び電荷蓄積部5は、半導体基板内に形成されている。
図1は、本発明の実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図2は、図1に示す固体撮像素子の垂直電荷転送路と水平電荷転送路との接続部分の拡大図である。図3は、図2のX−X’線断面模式図である。本実施形態の固体撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いられるものである。
図1に示す固体撮像素子は、半導体基板内の垂直方向とこれに直交する水平方向に二次元状に配列された多数の光電変換素子1と、多数の光電変換素子1の各々で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路2と、複数本の垂直電荷転送路2を転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送路3と、水平電荷転送路3を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力部4と、複数本の垂直電荷転送路2の各々と水平電荷転送路3との間に設けられ、垂直電荷転送路2から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部5を含むラインメモリLMと、垂直電荷転送路2を駆動する垂直転送路駆動回路9と、水平電荷転送路3を駆動する水平転送路駆動回路10とを備える。複数本の垂直電荷転送路2、水平電荷転送路3、及び電荷蓄積部5は、半導体基板内に形成されている。
多数の光電変換素子1は、赤色(R)光を検出するR光電変換素子(図1では“R”の文字を記してある)と、緑色(G)光を検出すG光電変換素子(図1では“G”の文字を記してある)と、青色(B)光を検出するB光電変換素子(図1では“B”の文字を記してある)との3種類の光電変換素子からなる。
多数の光電変換素子1の配列は、R光電変換素子1とB光電変換素子1を正方格子状に配列した光電変換素子群と、G光電変換素子1を正方格子状に配列した光電変換素子群とを、それぞれの光電変換素子配列ピッチの1/2だけ垂直方向及び水平方向にずらした、いわゆるハニカム配列となっている。尚、多数の光電変換素子1を正方格子状に配列した構成であっても良い。
垂直電荷転送路2は、垂直方向に並ぶ複数の光電変換素子1からなる光電変換素子列に対応してその右側部に設けられており、対応する光電変換素子列の各光電変換素子1で発生した電荷を垂直方向に転送する。
垂直電荷転送路2上方には、第一層ポリシリコンからなる転送電極Vaと、第二層ポリシリコンからなる転送電極Vbとが垂直方向に交互に配列して設けられている。この転送電極Vaと転送電極Vbとに例えば8相の転送パルスが垂直転送路駆動回路9から供給されることで、垂直電荷転送路2での電荷転送動作が制御される。
水平電荷転送路3上方には、第一層ポリシリコンからなる長方形の転送電極Haと、第二層ポリシリコンからなる逆L字型の転送電極Hbとをこの順番で水平方向に配列した電極組が水平方向に複数配列されている。この電極組は、転送パルスφH2が印加される電極組D1と、転送パルスφH1が印加される電極組D2とを含み、これらが水平方向に交互に配列されている。転送パルスφH2がハイレベル、転送パルスφH1がローレベルになると、電極組D1下方の水平電荷転送路3は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D2下方の水平電荷転送路3は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。一方、転送パルスφH2がローレベル、転送パルスφH1がハイレベルになると、電極組D2下方の水平電荷転送路3は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D1下方の水平電荷転送路3は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送路3には、電極組D1と電極組D2との重なる部分により、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成される。
ラインメモリLMは、垂直電荷転送路2と同じ数(n個とする)の電荷蓄積部5と、n個の電荷蓄積部5の各々に対応してその上方に設けられたLM電極6とにより構成されている。LM電極6は、駆動パルスφLM1が印加される第一のLM電極と、駆動パルスφLM2が印加される第二のLM電極との2種類に分類されている。第一のLM電極と第二のLM電極は、水平方向に交互に配置されている。n個の電荷蓄積部5のうち、隣接する2つの電荷蓄積部5には、水平電荷転送路3の1つの電荷転送段が接続されている。
n個のLM電極6の上方には、水平方向に延びる配線7と配線8が垂直方向に並んで形成されている。配線7は、n個のLM電極6のうち、出力部4に近い側から数えて奇数番目にあるLM電極6に対応して設けられており、突出部7aが奇数番目のLM電極6と接触することで、奇数番目のLM電極6との電気的接続がなされている。配線8は、n個のLM電極6のうち、出力部4に近い側から数えて偶数番目にあるLM電極6に対応して設けられており、突出部8aが偶数番目のLM電極6と接触することで、偶数番目のLM電極6との電気的接続がなされている。
配線7には、駆動パルスφLM1が印加され、配線8には、駆動パルスφLM2が印加される。駆動パルスφLM1,φLM2は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。配線7及び配線8は、アルミニウム等の導電性材料で構成されている。
このように、n個のLM電極6には、配線7が接続される第一のLM電極と、配線8が接続される第二のLM電極との2種類のLM電極が含まれている。
図3に示すように、n型のシリコン基板15の表面にはpウェル層14が形成され、pウェル層14の表面から内側にn型不純物層からなるn個の電荷蓄積部5が形成されている。n個の電荷蓄積部5同士の間には、これらを分離するためのp型不純物層からなる素子分離層13が形成されている。
n個の電荷蓄積部5の各々の上方には、ゲート絶縁膜12を介してLM電極6が形成されている。このn個のLM電極6表面と、LM電極6同士の間のゲート絶縁膜12表面とによって、凹凸面が形成されているが、この凹凸面の上には、この凹凸面を平坦化する平坦化層16が形成されている。平坦化層16上には配線8が形成されている。配線8に対応する種類の電極(偶数番目のLM電極6)のうち、配線8と重なる部分の一部の上の平坦化層16には開口が形成されている。この開口に配線8の材料が埋め込まれており、これにより配線8の突出部8aが形成されている。
LM電極6同士の隙間には、垂直電荷転送路2上方に設けられた転送電極Va,Vbのうちの、水平電荷転送路3側に最も近い位置にある転送電極Vbの一部が埋め込まれている。平坦化層16は、この転送電極Vbの一部と、該転送電極Vbの一部及びLM電極6の周囲に形成された絶縁層11とによって構成されている。
尚、配線7下方の断面図は、図3に示した断面模式図において、平坦化層16に設けられる開口の位置が、配線7に対応する種類の電極(奇数番目のLM電極6)のうち、配線7と重なる部分の一部の上になり、この開口に配線材料が埋め込まれて配線7の突出部7aが形成されたものとなっている。
以上のように構成された固体撮像素子の動作について説明する。
n個の電荷蓄積部5に光電変換素子1から読み出した電荷を転送するまでの動作は従来と同じである。n個の電荷蓄積部5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子1から得られた電荷を蓄積した状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積部5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路3の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。
n個の電荷蓄積部5に光電変換素子1から読み出した電荷を転送するまでの動作は従来と同じである。n個の電荷蓄積部5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子1から得られた電荷を蓄積した状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積部5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路3の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。
次に、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するLM電極6のうちの配線8に接続されたLM電極6下方の電荷蓄積部5にある電荷を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、該電荷に応じた信号が出力部4から出力される。
次に、φH1,φH2をローレベル、φLM1,φLM2をハイレベルにした後、φLM1をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するLM電極6のうちの配線7に接続されたLM電極6下方の電荷蓄積部5にある電荷を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、該電荷に応じた信号が出力部5から出力される。
次に、φH1,φH2をローレベル、φLM1,φLM2をハイレベルにした後、φLM2をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するLM電極6のうちの配線8に接続されたLM電極6下方の電荷蓄積部5にある電荷を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、該電荷に応じた信号が出力部5から出力される。
次に、φH1,φH2をローレベル、φLM1,φLM2をハイレベルにした後、φLM1をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するLM電極6のうちの配線7に接続されたLM電極6下方の電荷蓄積部5にある電荷を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、該電荷に応じた信号が出力部5から出力される。
このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。
次に、以上のように構成された固体撮像素子の製造方法について説明する。
図4及び図5は、図1に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための図であり、各製造工程における図2のX−X’線の断面模式図である。
まず、公知のプロセスにより、半導体基板上にゲート絶縁膜12を形成し、半導体基板内の構成要素(光電変換素子1、垂直電荷転送路2、水平電荷転送路3、pウェル層14、電荷蓄積部5、及び素子分離層13等)を形成する(図4(a))。次に、ゲート絶縁膜12上に導電性材料(例えばポリシリコン)を成膜し、これをパターニングして、転送電極Va、LM電極6、及び転送電極Haを形成する(図4(b))。図4(b)に示す状態で、LM電極6により、半導体基板表面には凹凸面が形成される。
図4及び図5は、図1に示す固体撮像素子の製造方法を説明するための図であり、各製造工程における図2のX−X’線の断面模式図である。
まず、公知のプロセスにより、半導体基板上にゲート絶縁膜12を形成し、半導体基板内の構成要素(光電変換素子1、垂直電荷転送路2、水平電荷転送路3、pウェル層14、電荷蓄積部5、及び素子分離層13等)を形成する(図4(a))。次に、ゲート絶縁膜12上に導電性材料(例えばポリシリコン)を成膜し、これをパターニングして、転送電極Va、LM電極6、及び転送電極Haを形成する(図4(b))。図4(b)に示す状態で、LM電極6により、半導体基板表面には凹凸面が形成される。
次に、転送電極Va、LM電極6、及び転送電極Haの周囲に熱酸化やCVD等によって絶縁膜11aを形成する(図4(c))。次に、絶縁膜11a上に導電性材料21(例えばポリシリコン)を成膜し(図4(d))、転送電極Vb,Hbの形成位置(垂直電荷転送路2上方とLM電極6同士の間と水平電荷転送路3上方)に導電性材料21が残るようにこれをパターニングし、パターニングされた導電性材料21を平坦化して絶縁膜11aを露出させる。この平坦化工程によって残った導電性材料21が転送電極Vb,Hbとなる(図5(e))。
次に、LM電極6同士の間の転送電極Vbを絶縁するために、絶縁膜11a及び転送電極Vbの上に熱酸化やCVD等によって絶縁膜11bを形成する(図5(f))。絶縁膜11bは、平坦面上に形成されるため、それ自体も平坦なものとなっている。このため、絶縁膜11bと絶縁膜11aとLM電極6同士の間の転送電極Vbとは、図4(b)に示した凹凸面を平坦化する平坦化層16を構成する。
次に、配線7に対応する種類の電極(奇数番目のLM電極6)のうちの配線7を形成すべき領域と重なる部分の一部の上の平坦化層16と、配線8に対応する種類の電極(偶数番目のLM電極6)のうちの配線8を形成すべき領域と重なる部分の一部の上の平坦化層16とに開口Kをエッチングによって形成する(図5(g))。次に、平坦化層11上に導電性材料(例えばアルミニウム)を成膜し、成膜した導電性材料が配線7,8を形成すべき領域に残るように、該導電性材料をパターニングして配線7,8を形成する(図5(h))。
以上のように、本実施形態の固体撮像素子は、平坦化層11上に配線7,8が形成されているため、配線7,8の配線長が長くなるのを防ぐことができる。この配線長短縮という効果について詳細に説明する。
図6は、本実施形態の固体撮像素子を上記製造方法とは別の方法で作る場合の工程図である。
図6(a)と図6(b)は、図4(b)と図4(c)と同じ図面である。上述した方法で図6(b)に示す状態の素子を形成した後、導電性材料を成膜してこれをパターニングして転送電極Vb及び転送電極Hbを形成し、転送電極Vb及び転送電極Hbの周囲に熱酸化やCVDによって絶縁膜を形成する。次に、図6(c)に示すように、配線7を形成すべき領域にあるLM電極6のうち、配線7に対応する種類のLM電極6(奇数番目のLM電極6)の一部と、配線8を形成すべき領域にあるLM電極6のうち、配線8に対応する種類のLM電極6(偶数番目のLM電極6)の一部とを、これらの一部の上の絶縁膜11aにエッチングによって開口を形成することで露出させる。次に、導電性材料を成膜し、これをパターニングして配線7,8を形成する(図6(d))。
図6(a)と図6(b)は、図4(b)と図4(c)と同じ図面である。上述した方法で図6(b)に示す状態の素子を形成した後、導電性材料を成膜してこれをパターニングして転送電極Vb及び転送電極Hbを形成し、転送電極Vb及び転送電極Hbの周囲に熱酸化やCVDによって絶縁膜を形成する。次に、図6(c)に示すように、配線7を形成すべき領域にあるLM電極6のうち、配線7に対応する種類のLM電極6(奇数番目のLM電極6)の一部と、配線8を形成すべき領域にあるLM電極6のうち、配線8に対応する種類のLM電極6(偶数番目のLM電極6)の一部とを、これらの一部の上の絶縁膜11aにエッチングによって開口を形成することで露出させる。次に、導電性材料を成膜し、これをパターニングして配線7,8を形成する(図6(d))。
このような製造方法を採用した場合、配線7,8は、図6(d)に示したように、LM電極6によって形成される凹凸面を反映した形状となってしまう。この結果、図3に示した構成と比べて、配線7,8の配線長は、LM電極6同士の間に入り込んだ分長くなってしまう。長い配線長では、信号伝播遅延が大きくなるため、図6に示すように、LM駆動パルスφLM1,φLM2が画素エリア中心部で鈍り、LM駆動パルスφLM1,φLM2の実効的なロー期間が短くなってしまう。上述したように、ラインメモリLMから水平電荷転送路3への電荷転送は、LM駆動パルスφLM1,φLM2をローレベルにすることで行うため、LM駆動パルスφLM1,φLM2がローレベルになる期間が短くなってしまうと、ラインメモリLMから水平電荷転送路3への電荷転送不良を招く可能性がある。
これに対し、本実施形態の固体撮像素子によれば、LM電極6によって形成される凹凸面を平坦化する平坦化層16を形成後、この平坦化層16の上に配線7,8を形成しているため、配線7,8がLM電極6同士の隙間に入り込むことがなく、配線7,8の配線長を図5に示した方法で製造した素子よりも短くすることができる。したがって、LM駆動パルスφLM1,φLM2の信号伝播遅延を減らすことができ、電荷転送不良の発生可能性を低くすることができる。
又、本実施形態の固体撮像素子では、平坦化層16が、LM電極6、転送電極Va、及び転送電極Haを絶縁するための絶縁膜11aと、転送電極Vb及び転送電極Hbを絶縁するための絶縁膜11bと、転送電極Vbとで構成されている。これらは従来から存在するものであり、転送電極として単層電極構造を採用した場合には、転送電極Vb及び転送電極Hbを平坦化する工程も行われる。このため、本実施形態の固体撮像素子は、従来の製造方法に対して特に新しい工程を追加することなく、転送電極Vbのパターニングのためのマスクパターンを変更するのみで製造することができる。したがって、信頼性の高い固体撮像素子を低コストで製造することができる。
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、1つの電荷転送段に2つの垂直電荷転送路2が接続されているため、1つの電荷転送段に1つの垂直電荷転送路2が接続されている従来構成に比べて、電荷転送段の水平方向幅を拡大することができる。この結果、消費電力を増加させることなく、水平電荷転送路3の電荷転送容量を増加することができる。又、電荷転送段数を減少させることができるため、転送効率の劣化を防ぐこともできる。
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、n個のLM電極6が、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のLM電極と第二のLM電極との2種類からなるため、駆動パルスφLM1,φLM2を制御することで、ラインメモリLMから水平電荷転送路3への電荷の振り分けを行うことができる。n個のLM電極6に全て同じ電圧しか印加できない構成では、多フィールド読みを行う場合、垂直電荷転送路2の駆動が複雑になってしまう。しかし、図1に示した構成によれば、垂直電荷転送路2の駆動を複雑にすることなく、駆動パルスφLM1,φLM2の制御のみで多フィールド読みを実現することができる。又、駆動パルスφLM1,φLM2を制御することで、間引き駆動等を容易に実現することもできる。このように、LM電極6を複数種類設けることで、様々な駆動方法を容易に実現することができる。
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、n個の電荷蓄積部5の各々の上方に形成されるLM電極6が、ラインメモリを有する一般的な素子のラインメモリ電極を単にn個に分割した形状となっているため、LM電極6の形成工程が複雑になることはない。したがって、様々な駆動方法を容易に実現することができる固体撮像素子を、製造コストを抑えながら提供することができる。
尚、以上の説明では、n個のLM電極6に含まれるLM電極の種類は2種類としたが、これは3種類以上であっても良い。この場合は、各種類のLM電極に対応する配線をLM電極6上方に設けておき、この配線と、それに対応する種類のLM電極6とを電気的に接続しておけば良い。
又、図1の例では、第一のLM電極と第二のLM電極とが水平方向に交互に配置されるように、配線7,8をLM電極6に接続しているが、接続形態はこれに限らない。例えば、第一のLM電極と第二のLM電極が水平方向に2つおきに交互に配置されるように配線7,8をLM電極6に接続しても良い。
又、図1の例では、水平電荷転送路3の1電荷転送段に2つの垂直電荷転送路2を接続する構成としたが、水平電荷転送路3の1電荷転送段に1つの垂直電荷転送路2を接続する従来構成としても良い。
又、上述した製造方法では、LM電極6上方とLM電極6同士の隙間の上方を併せた領域に平坦化層16が形成されてしまうが、配線7,8の配線長を短縮するという効果を得るためには、平坦化層16が、上記領域のうちの配線7,8を形成すべき領域に少なくとも存在していれば良い。つまり、転送電極Vbのパターニングを行う際に、LM電極6同士の隙間全てに導電性材料を残すのではなく、LM電極6同士の隙間のうち配線7,8を形成すべき領域のみに導電性材料を残すようにしても良い。
又、上述した製造方法では、LM電極6同士の隙間を埋める部材として、転送電極Vbを利用しているが、この部材は、LM電極6同士の隙間を埋めることができれば何でも良い。例えば、この部材は絶縁材料であっても良い。絶縁材料にした場合には、LM電極6及び転送電極Ha,Hb,Va,Vbを形成した後に、LM電極6同士の間の領域のうち、少なくとも配線7,8を形成すべき領域に絶縁材料を埋め込み、この上に絶縁膜11bを形成して平坦化層16を形成すれば良い。
1 光電変換素子
2 垂直電荷転送路
3 水平電荷転送路
5 電荷蓄積部
6 LM電極
7,8 配線
11 平坦化層
Va,Vb,Ha,Hb 転送電極
2 垂直電荷転送路
3 水平電荷転送路
5 電荷蓄積部
6 LM電極
7,8 配線
11 平坦化層
Va,Vb,Ha,Hb 転送電極
Claims (6)
- 光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部とを半導体基板内に有する固体撮像素子であって、
複数の前記電荷蓄積部の各々に対応してその上方に設けられた電極を備え、
複数の前記電極が複数種類の電極に分類されており、
前記複数種類の電極の各々に対応して前記複数の電極上方に前記水平方向に延びて設けられ、対応する種類の前記電極に電圧を印加するための配線と、
前記配線と重なる領域にある前記複数の電極によって生じる凹凸面と前記配線との間に少なくとも設けられた、前記凹凸面を平坦化する平坦化層とを備える固体撮像素子。 - 請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記平坦化層が、前記電極同士の隙間に埋め込まれた導電性材料と、前記電極及び前記導電性材料の周囲に形成された絶縁材料とで構成されている固体撮像素子。 - 請求項2記載の固体撮像素子であって、
前記導電性材料が、前記垂直電荷転送路上方に設けられた前記垂直電荷転送路にパルスを供給するための電極と同じ材料である固体撮像素子。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の固体撮像素子であって、
前記配線に対応する種類の電極のうち、前記配線と重なる部分の一部の上の前記平坦化層には開口が形成されており、
前記配線は、対応する種類の前記電極と前記開口において電気的に接続されている固体撮像素子。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
- 光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送するための複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々を転送されてきた電荷を前記垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路との間に設けられた電荷蓄積部とを半導体基板内に有する固体撮像素子の製造方法であって、
複数の前記電荷蓄積部の各々に対応させてその上方に電極を形成する電極形成工程と、
複数の前記電極を複数種類に分類し、前記複数種類の電極の各々に対応した配線であって、前記複数の電極上方で且つ前記水平方向に延びる配線を形成する配線形成工程と、
前記配線形成工程に先立ち、前記半導体基板上の少なくとも前記配線を形成すべき領域にある前記複数の電極によって形成される凹凸面を平坦化するための平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを含み、
前記配線形成工程は、前記配線に対応する種類の電極のうち前記配線を形成すべき領域と重なる部分の一部の上の前記平坦化層に開口を形成する工程と、前記開口の形成された平坦化層上に導電性材料を成膜し、成膜した導電性材料が前記配線を形成すべき領域に残るように前記導電性材料をパターニングする工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
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