JP2825702B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42396—Gate electrodes for field effect devices for charge coupled devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体撮像素子に関し、
より詳しくは、２層からなる所定パターンの転送電極を
有するＣＣＤ(電荷結合素子)型固体撮像素子に関する。
より詳しくは、２層からなる所定パターンの転送電極を
有するＣＣＤ(電荷結合素子)型固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、小型ビデオカメラの普及により固体
撮像素子、特に、ＣＣＤ型固体撮像素子の需要がおおい
に高まっている。従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、図３
に示すように、半導体基板(シリコン基板)の表面に、水
平方向に延びる転送電極１０１,１０１,…と転送電極１
０２,１０２,…を、垂直方向に所定のピッチで備えてい
る(転送電極１０１,転送電極１０２は半導体基板上に順
に形成されている。)。転送電極１０１のパターンは、
水平に直線状に延びる連結部１１１と、この連結部１１
１の片側に垂直に突出するゲート部１１２とからなって
いる。一方、転送電極１０２のパターンは、転送電極１
１１の連結部１１１と略重なって水平に直線状に延びる
連結部１２１と、この連結部１２１から上記転送電極１
０１のゲート部１１２と対称に垂直に突出するゲート部
１２２とからなっている。隣接した転送電極１０１,１
０２のゲート部１１２,１２２は、先端が重なり合い、
垂直に連続して電荷転送部１０５を構成している(図中
の矢印「⇒」は転送経路を示している。)。そして、両転
送電極１０１,１０２の隙間、すなわち、連結部１１１,
１２１とゲート部１１２,１２２とで四方を囲まれた矩
形領域が光電変換部１０３となる。上記電荷転送部１０
５と光電変換部１０３とで長方格子状の画素を構成して
いる。なお、図中の矢印１０６は、光電変換部１０３か
ら電荷転送部１０５への信号電荷の転送箇所を示してい
る。
撮像素子、特に、ＣＣＤ型固体撮像素子の需要がおおい
に高まっている。従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、図３
に示すように、半導体基板(シリコン基板)の表面に、水
平方向に延びる転送電極１０１,１０１,…と転送電極１
０２,１０２,…を、垂直方向に所定のピッチで備えてい
る(転送電極１０１,転送電極１０２は半導体基板上に順
に形成されている。)。転送電極１０１のパターンは、
水平に直線状に延びる連結部１１１と、この連結部１１
１の片側に垂直に突出するゲート部１１２とからなって
いる。一方、転送電極１０２のパターンは、転送電極１
１１の連結部１１１と略重なって水平に直線状に延びる
連結部１２１と、この連結部１２１から上記転送電極１
０１のゲート部１１２と対称に垂直に突出するゲート部
１２２とからなっている。隣接した転送電極１０１,１
０２のゲート部１１２,１２２は、先端が重なり合い、
垂直に連続して電荷転送部１０５を構成している(図中
の矢印「⇒」は転送経路を示している。)。そして、両転
送電極１０１,１０２の隙間、すなわち、連結部１１１,
１２１とゲート部１１２,１２２とで四方を囲まれた矩
形領域が光電変換部１０３となる。上記電荷転送部１０
５と光電変換部１０３とで長方格子状の画素を構成して
いる。なお、図中の矢印１０６は、光電変換部１０３か
ら電荷転送部１０５への信号電荷の転送箇所を示してい
る。
【０００３】上記光電変換部１０３の上には、図４に示
すように、入射光の集光率を高めるために、マイクロレ
ンズ１０８が設けられる(実際には、透明な平坦化層を
介して設けられる)。知られているように、このマイク
ロレンズ１０８は、電荷転送部１０５および光電変換部
１０３を形成した半導体基板上に熱可塑性樹脂をベース
にしたフォトポリマーを設け、このフォトポリマーをフ
ォトリソグラフィ技術によって各画素毎に矩形状にパタ
ーニングした後、熱溶融により矩形のコーナー部分に丸
みを持たせて形成されている。なお、１点鎖線１０７は
マイクロレンズの基本セルを示している。
すように、入射光の集光率を高めるために、マイクロレ
ンズ１０８が設けられる(実際には、透明な平坦化層を
介して設けられる)。知られているように、このマイク
ロレンズ１０８は、電荷転送部１０５および光電変換部
１０３を形成した半導体基板上に熱可塑性樹脂をベース
にしたフォトポリマーを設け、このフォトポリマーをフ
ォトリソグラフィ技術によって各画素毎に矩形状にパタ
ーニングした後、熱溶融により矩形のコーナー部分に丸
みを持たせて形成されている。なお、１点鎖線１０７は
マイクロレンズの基本セルを示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像素
子の性能改良は、概ね、高集積化、高解像度化および高
感度化の３つの観点から行なわれつつある。しかしなが
ら、上記従来の固体撮像素子では、せいぜいデザイン寸
法やプロセス条件の最適化を行い得るに過ぎず、次に述
べるように、性能改良を阻む多くの問題が生じている。
子の性能改良は、概ね、高集積化、高解像度化および高
感度化の３つの観点から行なわれつつある。しかしなが
ら、上記従来の固体撮像素子では、せいぜいデザイン寸
法やプロセス条件の最適化を行い得るに過ぎず、次に述
べるように、性能改良を阻む多くの問題が生じている。
【０００５】まず、第１に、高集積化に伴う素子の耐圧
低下の問題がある。すなわち、図３に示した転送電極１
０１,１０２の形状のままで画素の集積化を進めるとい
うことは、単位画素セルを縮小することに他ならない。
単位画素セルを縮小することは、転送電極１０１,１０
２のゲート部１１２,１２２の線幅(水平方向の)を狭く
することにつながり、結果的に、ゲート部１１２,１２
２先端における電界集中を招くことになる。ゲート部１
１２,１２２先端の重なり部分や、ゲート部１１２,１２
２と下地シリコン活性層との間には、当然ながら層間絶
縁膜を介在させる。しかし、高集積化に伴う高電界発生
によって、層間の絶縁破壊やショートが避けられない事
態になる。なお、集積化に伴って転送パルス電圧を下げ
るということは困難である(むしろ、集積度が上がるに
つれて狭チャネル効果により反転しきい値電圧が高くな
るため、転送パルス電圧を高くしなければならな
い。)。このように、高集積化(チップ縮小)に伴って、
素子の耐圧を確保することが問題となる。
低下の問題がある。すなわち、図３に示した転送電極１
０１,１０２の形状のままで画素の集積化を進めるとい
うことは、単位画素セルを縮小することに他ならない。
単位画素セルを縮小することは、転送電極１０１,１０
２のゲート部１１２,１２２の線幅(水平方向の)を狭く
することにつながり、結果的に、ゲート部１１２,１２
２先端における電界集中を招くことになる。ゲート部１
１２,１２２先端の重なり部分や、ゲート部１１２,１２
２と下地シリコン活性層との間には、当然ながら層間絶
縁膜を介在させる。しかし、高集積化に伴う高電界発生
によって、層間の絶縁破壊やショートが避けられない事
態になる。なお、集積化に伴って転送パルス電圧を下げ
るということは困難である(むしろ、集積度が上がるに
つれて狭チャネル効果により反転しきい値電圧が高くな
るため、転送パルス電圧を高くしなければならな
い。)。このように、高集積化(チップ縮小)に伴って、
素子の耐圧を確保することが問題となる。
【０００６】第２に、高集積化に伴う感度低下の問題が
ある。図３に示した光電変換部１０３の光感度は、開口
面積に略比例すると考えられる。このため、上記従来の
転送電極１０１,１０２の形状のままで単純にパターン
を比例縮小(このこと自体は高解像度化にもつながる)し
た場合、開口面積が減少して、必要な信号電荷量を確保
できなくなる。むしろ、充分な信号電荷を確保するため
には可能な限り開口面積を広げねばならないのが現状で
ある。このように、高集積化に伴って感度が低下すると
いう問題がある。
ある。図３に示した光電変換部１０３の光感度は、開口
面積に略比例すると考えられる。このため、上記従来の
転送電極１０１,１０２の形状のままで単純にパターン
を比例縮小(このこと自体は高解像度化にもつながる)し
た場合、開口面積が減少して、必要な信号電荷量を確保
できなくなる。むしろ、充分な信号電荷を確保するため
には可能な限り開口面積を広げねばならないのが現状で
ある。このように、高集積化に伴って感度が低下すると
いう問題がある。
【０００７】第３に、マイクロレンズによる集光率の問
題がある。図４に示したように、長方格子状にマイクロ
レンズ１０８を配列する場合、熱溶融時に熱可塑性ポリ
マーの矩形のコーナー部分が丸く収縮する。このため、
集光に寄与しない無効領域１０９が多いという問題があ
る。この問題は、高集積化を進めて、単位画素セル１０
７の寸法を縮小した場合、さらに顕著になる。パターン
が微小になるにつれて、材料の熱溶融と表面張力のバラ
ンスが最適条件から逸脱して、マイクロレンズの形状が
限りなく半球に近づくからである。このため、無効領域
１０９を極力抑え込んで、画素上に入射する光を光電変
換部１０３へ効率良く集光させることが課題となる。
題がある。図４に示したように、長方格子状にマイクロ
レンズ１０８を配列する場合、熱溶融時に熱可塑性ポリ
マーの矩形のコーナー部分が丸く収縮する。このため、
集光に寄与しない無効領域１０９が多いという問題があ
る。この問題は、高集積化を進めて、単位画素セル１０
７の寸法を縮小した場合、さらに顕著になる。パターン
が微小になるにつれて、材料の熱溶融と表面張力のバラ
ンスが最適条件から逸脱して、マイクロレンズの形状が
限りなく半球に近づくからである。このため、無効領域
１０９を極力抑え込んで、画素上に入射する光を光電変
換部１０３へ効率良く集光させることが課題となる。
【０００８】そこで、この発明の目的は、かかる課題を
解決して、より性能を向上させた固体撮像素子を提供す
ることにある。
解決して、より性能を向上させた固体撮像素子を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面に、
一方向に延びる第１の転送電極および第２の転送電極
を、上記一方向に垂直な方向に所定のピッチで備えると
ともに、上記第１の転送電極と第２の転送電極とのパタ
ーンの隙間に入射光を信号電荷に変換する光電変換部を
備える固体撮像素子であって、上記第１の転送電極は、
上記一方向に延びる連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑らかに
交互に連なって上記一方向に蛇行して延びるパターンを
なす一方、上記第２の転送電極は、上記第１の転送電極
の連結部に略重なって上記一方向に延びる連結部と、上
記第１の転送電極のゲート部と対称に斜め方向に延びる
ゲート部とが、交互に連なって上記一方向に蛇行して延
びるパターンをなし、隣接する上記第１の転送電極と第
２の転送電極のゲート部は、上記一方向に垂直な方向に
交互に重なって連なって、上記光電変換部が発生した信
号電荷を上記垂直な方向に蛇行しつつ転送することを特
徴としている。
め、この発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面に、
一方向に延びる第１の転送電極および第２の転送電極
を、上記一方向に垂直な方向に所定のピッチで備えると
ともに、上記第１の転送電極と第２の転送電極とのパタ
ーンの隙間に入射光を信号電荷に変換する光電変換部を
備える固体撮像素子であって、上記第１の転送電極は、
上記一方向に延びる連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑らかに
交互に連なって上記一方向に蛇行して延びるパターンを
なす一方、上記第２の転送電極は、上記第１の転送電極
の連結部に略重なって上記一方向に延びる連結部と、上
記第１の転送電極のゲート部と対称に斜め方向に延びる
ゲート部とが、交互に連なって上記一方向に蛇行して延
びるパターンをなし、隣接する上記第１の転送電極と第
２の転送電極のゲート部は、上記一方向に垂直な方向に
交互に重なって連なって、上記光電変換部が発生した信
号電荷を上記垂直な方向に蛇行しつつ転送することを特
徴としている。
【００１０】また、上記両転送電極の連結部とゲート部
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられているのが望ましい。
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられているのが望ましい。
【００１１】
【作用】第１の転送電極と第２の転送電極とはいずれ
も、一方向に延びる連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑らかに
交互に連なって上記一方向に蛇行して延びているので、
ゲート部のパターンを直角または鋭角にとがらせる場合
に比して、ゲート部での電界集中が緩和される。したが
って、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素子の耐
圧低下が防止される。
も、一方向に延びる連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑らかに
交互に連なって上記一方向に蛇行して延びているので、
ゲート部のパターンを直角または鋭角にとがらせる場合
に比して、ゲート部での電界集中が緩和される。したが
って、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素子の耐
圧低下が防止される。
【００１２】また、従来の画素とこの発明の画素とで、
単位画素セルの面積を同一とし、かつ、単位画素セル内
での電荷転送部の面積を同一としたとき、光電変換部の
面積が増加する(後述)。したがって、高集積化を進める
ときに、素子の感度低下が防止される。
単位画素セルの面積を同一とし、かつ、単位画素セル内
での電荷転送部の面積を同一としたとき、光電変換部の
面積が増加する(後述)。したがって、高集積化を進める
ときに、素子の感度低下が防止される。
【００１３】また、上記両転送電極の連結部とゲート部
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられている場合、熱可塑性樹脂を熱溶融させてマ
イクロレンズを形成するとき、多角形のコーナー部分
で、樹脂の表面張力が見かけ上抑制される。したがっ
て、集光に寄与しない無効領域が少なくなって、素子の
感度が高まる。しかも、この発明によれば、マイクロレ
ンズは、いわゆる球の最密充填方式と同等の配列とな
る。すなわち、水平方向に並ぶマイクロレンズの列と、
この列に隣り合うマイクロレンズの列とが互いに半ピッ
チだけずれた状態となる。したがって、マイクロレンズ
は、隙間(無効領域)が最小になるように配列され、さら
に素子の感度が高まる。この結果、高集積化を進める場
合に、特に感度面で有利となる。
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられている場合、熱可塑性樹脂を熱溶融させてマ
イクロレンズを形成するとき、多角形のコーナー部分
で、樹脂の表面張力が見かけ上抑制される。したがっ
て、集光に寄与しない無効領域が少なくなって、素子の
感度が高まる。しかも、この発明によれば、マイクロレ
ンズは、いわゆる球の最密充填方式と同等の配列とな
る。すなわち、水平方向に並ぶマイクロレンズの列と、
この列に隣り合うマイクロレンズの列とが互いに半ピッ
チだけずれた状態となる。したがって、マイクロレンズ
は、隙間(無効領域)が最小になるように配列され、さら
に素子の感度が高まる。この結果、高集積化を進める場
合に、特に感度面で有利となる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の固体撮像素子を実施例によ
り詳細に説明する。
り詳細に説明する。
【００１５】図１(a)は一実施例の固体撮像素子の電極
レイアウトを示し、同図(b)は上記電極に設けたマイク
ロレンズの配列を示している。なお、図１(a)と図３と
は、固体撮像素子の空間サンプリング密度が同等になる
ように、基本画素セルの面積が等しい状態に描かれてい
る。
レイアウトを示し、同図(b)は上記電極に設けたマイク
ロレンズの配列を示している。なお、図１(a)と図３と
は、固体撮像素子の空間サンプリング密度が同等になる
ように、基本画素セルの面積が等しい状態に描かれてい
る。
【００１６】この固体撮像素子は、半導体基板(シリコ
ン基板)の表面に、水平方向に延びる第１の転送電極１,
１,…と第２の転送電極２,２,…を、それぞれ垂直方向
に所定のピッチで備えている。また、第１の転送電極１
と第２の転送電極２とのパターンの隙間に、入射光を信
号電荷に変換する光電変換部３を備えている。さらに、
光電変換部３上に、図１(b)に示すように、熱可塑性樹
脂からなり６角形を単位セル７とするマイクロレンズ８
が設けられている。なお、第１の転送電極１,１,…と第
２の転送電極２,２,…とは、半導体基板上にこの順に形
成されている。簡単のため図では省略しているが、従来
と同様に、第１の転送電極１と第２の転送電極２との間
には層間絶縁膜が設けられ、また、下地シリコン基板と
マイクロレンズ８との間には平坦化絶縁層(カラー素子
の場合はさらにカラーフィルタ)が設けられている。
ン基板)の表面に、水平方向に延びる第１の転送電極１,
１,…と第２の転送電極２,２,…を、それぞれ垂直方向
に所定のピッチで備えている。また、第１の転送電極１
と第２の転送電極２とのパターンの隙間に、入射光を信
号電荷に変換する光電変換部３を備えている。さらに、
光電変換部３上に、図１(b)に示すように、熱可塑性樹
脂からなり６角形を単位セル７とするマイクロレンズ８
が設けられている。なお、第１の転送電極１,１,…と第
２の転送電極２,２,…とは、半導体基板上にこの順に形
成されている。簡単のため図では省略しているが、従来
と同様に、第１の転送電極１と第２の転送電極２との間
には層間絶縁膜が設けられ、また、下地シリコン基板と
マイクロレンズ８との間には平坦化絶縁層(カラー素子
の場合はさらにカラーフィルタ)が設けられている。
【００１７】上記第１の転送電極１は、水平方向に延び
る連結部１１と、この連結部１１に対して斜め方向に延
びるゲート部１２とからなっている。これらの連結部１
１とゲート部１２とは、鈍角をなして交互に連なって水
平方向に蛇行して延びている。一方、上記第２の転送電
極２は、第１の転送電極１の連結部１１に略重なって水
平方向に延びる連結部２１と、上記第１の転送電極１の
ゲート部１２と対称に斜め方向に延びるゲート部２２と
からなっている。これらの連結部２１とゲート部２２と
は、上記連結部１１,ゲート部１２と同様に、鈍角をな
して交互に連なって水平方向に蛇行して延びている。隣
接する第１の転送電極１と第２の転送電極２のゲート部
１２,２２は、垂直方向に交互に重なって連なって電荷
転送部５を構成している。この電荷転送部５は、光電変
換部３が発生した信号電荷を垂直方向に蛇行しつつ転送
することができる(図中の矢印「⇒」は転送経路を示して
いる。)。なお、矢印６は、光電変換部３から電荷転送
部５への信号電荷の転送箇所を示している。また、上記
両転送電極１,２の連結部１１,２１とゲート部１２,２
２とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である６角形を
なしており、上記光電変換部３はこの隙間に設けられて
いる。
る連結部１１と、この連結部１１に対して斜め方向に延
びるゲート部１２とからなっている。これらの連結部１
１とゲート部１２とは、鈍角をなして交互に連なって水
平方向に蛇行して延びている。一方、上記第２の転送電
極２は、第１の転送電極１の連結部１１に略重なって水
平方向に延びる連結部２１と、上記第１の転送電極１の
ゲート部１２と対称に斜め方向に延びるゲート部２２と
からなっている。これらの連結部２１とゲート部２２と
は、上記連結部１１,ゲート部１２と同様に、鈍角をな
して交互に連なって水平方向に蛇行して延びている。隣
接する第１の転送電極１と第２の転送電極２のゲート部
１２,２２は、垂直方向に交互に重なって連なって電荷
転送部５を構成している。この電荷転送部５は、光電変
換部３が発生した信号電荷を垂直方向に蛇行しつつ転送
することができる(図中の矢印「⇒」は転送経路を示して
いる。)。なお、矢印６は、光電変換部３から電荷転送
部５への信号電荷の転送箇所を示している。また、上記
両転送電極１,２の連結部１１,２１とゲート部１２,２
２とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である６角形を
なしており、上記光電変換部３はこの隙間に設けられて
いる。
【００１８】ここで、第１の転送電極１と第２の転送電
極２とはいずれも、連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして交互に連なっ
て水平方向に蛇行して延びているので、ゲート部１２,
２２のパターンを直角または鋭角にとがらせる場合に比
して、ゲート部１２,２２での電界集中を緩和すること
ができ、素子の耐圧を高めることができる。したがっ
て、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素子の耐圧
低下を防止することができる。なお、第１の転送電極
１，第２の転送電極２において、連結部とゲート部との
交差箇所を湾曲させて滑らかに接続しても良い。そのよ
うにした場合、ゲート部１２，２２での電界集中をさら
に緩和でき、素子の耐圧をさらに高めることができる。
極２とはいずれも、連結部と、この連結部に対して斜め
方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして交互に連なっ
て水平方向に蛇行して延びているので、ゲート部１２,
２２のパターンを直角または鋭角にとがらせる場合に比
して、ゲート部１２,２２での電界集中を緩和すること
ができ、素子の耐圧を高めることができる。したがっ
て、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素子の耐圧
低下を防止することができる。なお、第１の転送電極
１，第２の転送電極２において、連結部とゲート部との
交差箇所を湾曲させて滑らかに接続しても良い。そのよ
うにした場合、ゲート部１２，２２での電界集中をさら
に緩和でき、素子の耐圧をさらに高めることができる。
【００１９】また、従来の画素とこの発明の画素とで、
単位画素セルの面積を同一とし、かつ、単位画素セル内
での電荷転送部１０５,５の面積を同一としたとき、光
電変換部の面積を増加でき、したがって、高集積化を進
めるときに、素子の感度低下を防止することができる。
例えば、図２(a),(b)は、それぞれ従来およびこの実施
例の単位画素セルを比較できる状態で示している。図
中、Ｘは従来セルの水平方向の寸法、Ｙは従来および実
施例のセルの垂直方向の寸法、Ｘ1は従来および実施例
のセルの電荷転送部分の水平方向の寸法、Ｘ2は従来セ
ルの光電変換部開口部分の水平方向の寸法、Ｄは垂直方
向画素分離部分の垂直方向の寸法をそれぞれ示してい
る。また、θは実施例セルの水平方向両端の内角を示し
ている。この例では、単位画素セルの面積は同一であ
り、かつ、セル内で占める電荷転送部分の面積も同一と
なっている。この場合、実施例セルでは、従来の垂直画
素分離部分より面積を[Ｄ(Ｙ−Ｄ)／２tan(θ／２)〕だ
けカットし、その面積分、開口部分の面積を増やすこと
ができる。すなわち、この分だけ光電変換部３の面積を
増やすことができる。したがって、高集積化を進めると
きに、感度の低下を防止することができる。実際に、こ
の実施例の電極構成を１／３インチ光学系２７万画素Ｃ
ＣＤ撮像素子にθ＝１２０゜で適用した場合、光電変換
部分３の面積を従来に比して約３０％増加させることが
できる。なお、転送可能な最大電荷量は転送ゲートの面
積とほぼ比例関係にあることから、転送電荷容量が低下
することはない。
単位画素セルの面積を同一とし、かつ、単位画素セル内
での電荷転送部１０５,５の面積を同一としたとき、光
電変換部の面積を増加でき、したがって、高集積化を進
めるときに、素子の感度低下を防止することができる。
例えば、図２(a),(b)は、それぞれ従来およびこの実施
例の単位画素セルを比較できる状態で示している。図
中、Ｘは従来セルの水平方向の寸法、Ｙは従来および実
施例のセルの垂直方向の寸法、Ｘ1は従来および実施例
のセルの電荷転送部分の水平方向の寸法、Ｘ2は従来セ
ルの光電変換部開口部分の水平方向の寸法、Ｄは垂直方
向画素分離部分の垂直方向の寸法をそれぞれ示してい
る。また、θは実施例セルの水平方向両端の内角を示し
ている。この例では、単位画素セルの面積は同一であ
り、かつ、セル内で占める電荷転送部分の面積も同一と
なっている。この場合、実施例セルでは、従来の垂直画
素分離部分より面積を[Ｄ(Ｙ−Ｄ)／２tan(θ／２)〕だ
けカットし、その面積分、開口部分の面積を増やすこと
ができる。すなわち、この分だけ光電変換部３の面積を
増やすことができる。したがって、高集積化を進めると
きに、感度の低下を防止することができる。実際に、こ
の実施例の電極構成を１／３インチ光学系２７万画素Ｃ
ＣＤ撮像素子にθ＝１２０゜で適用した場合、光電変換
部分３の面積を従来に比して約３０％増加させることが
できる。なお、転送可能な最大電荷量は転送ゲートの面
積とほぼ比例関係にあることから、転送電荷容量が低下
することはない。
【００２０】また、図１(a)に示した６角形の隙間に形
成された光電変換部３上に、同図(b)に示した６角形を
単位セルとするマイクロレンズ８を設けているので、熱
可塑性樹脂を熱溶融させてマイクロレンズ８を形成する
とき、多角形のコーナー部分で、表面張力による樹脂表
面積の減少が抑制される。したがって、集光に寄与しな
い無効領域(図中、斜線で示す)９を減少でき、素子の感
度を高めることができる。しかも、この発明によれば、
マイクロレンズは、いわゆる球の最密充填方式と同等の
配列となる。すなわち、水平方向に並ぶマイクロレンズ
の列と、この列に隣り合うマイクロレンズの列とが互い
に半ピッチだけずれた状態となる。したがって、マイク
ロレンズ８を、隙間(無効領域)９が最小になるように配
列でき、さらに素子の感度を高めることができる。この
結果、高集積化を進める場合に、特に感度面で有利とな
る。
成された光電変換部３上に、同図(b)に示した６角形を
単位セルとするマイクロレンズ８を設けているので、熱
可塑性樹脂を熱溶融させてマイクロレンズ８を形成する
とき、多角形のコーナー部分で、表面張力による樹脂表
面積の減少が抑制される。したがって、集光に寄与しな
い無効領域(図中、斜線で示す)９を減少でき、素子の感
度を高めることができる。しかも、この発明によれば、
マイクロレンズは、いわゆる球の最密充填方式と同等の
配列となる。すなわち、水平方向に並ぶマイクロレンズ
の列と、この列に隣り合うマイクロレンズの列とが互い
に半ピッチだけずれた状態となる。したがって、マイク
ロレンズ８を、隙間(無効領域)９が最小になるように配
列でき、さらに素子の感度を高めることができる。この
結果、高集積化を進める場合に、特に感度面で有利とな
る。
【００２１】なお、実際には、上記マイクロレンズ８
は、平坦化された表面に熱可塑性樹脂等をベースにした
フォトポリマーを設け、このフォトポリマーをフォトリ
ソグラフィー技術などによって６角形(基本セルと相似
形状)にパターン化した後、このパターンを熱溶融・硬
化させて形成する。ただし、かかるマイクロレンズ形成
方法は一つの例に過ぎず、表面張力の発生を伴う材料の
熱溶融を応用した方法によって基本画素セル上に相似形
状のものを形成できれば良い。
は、平坦化された表面に熱可塑性樹脂等をベースにした
フォトポリマーを設け、このフォトポリマーをフォトリ
ソグラフィー技術などによって６角形(基本セルと相似
形状)にパターン化した後、このパターンを熱溶融・硬
化させて形成する。ただし、かかるマイクロレンズ形成
方法は一つの例に過ぎず、表面張力の発生を伴う材料の
熱溶融を応用した方法によって基本画素セル上に相似形
状のものを形成できれば良い。
【００２２】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の固
体撮像素子では、第１の転送電極と第２の転送電極とは
いずれも、一方向に延びる連結部と、この連結部に対し
て斜め方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑
らかに交互に連なって上記一方向に蛇行して延びている
ので、ゲート部のパターンを直角または鋭角にとがらせ
る場合に比して、ゲート部での電界集中を緩和できる。
したがって、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素
子の耐圧低下を防止できる。また、従来の画素とこの発
明の画素とで、単位画素セルの面積を同一とし、かつ、
単位画素セル内での電荷転送部の面積を同一としたと
き、光電変換部の面積を増加できる。したがって、高集
積化を進めるときに、素子の感度低下が防止される。
体撮像素子では、第１の転送電極と第２の転送電極とは
いずれも、一方向に延びる連結部と、この連結部に対し
て斜め方向に延びるゲート部とが、鈍角をなして又は滑
らかに交互に連なって上記一方向に蛇行して延びている
ので、ゲート部のパターンを直角または鋭角にとがらせ
る場合に比して、ゲート部での電界集中を緩和できる。
したがって、高集積化(チップ縮小)を進めるときに、素
子の耐圧低下を防止できる。また、従来の画素とこの発
明の画素とで、単位画素セルの面積を同一とし、かつ、
単位画素セル内での電荷転送部の面積を同一としたと
き、光電変換部の面積を増加できる。したがって、高集
積化を進めるときに、素子の感度低下が防止される。
【００２３】また、上記両転送電極の連結部とゲート部
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられている場合、熱可塑性樹脂を熱溶融させてマ
イクロレンズを形成するとき、多角形のコーナー部分
で、表面張力による樹脂表面積の減少を抑制できる。し
たがって、集光に寄与しない無効領域を少なくして、素
子の感度を高めることができる。しかも、マイクロレン
ズを、いわゆる球の最密充填方式と同等の配列にでき、
隙間(無効領域)が最小になるように配列できる。したが
って、さらに素子の感度を高めることができる。この結
果、高集積化を進める場合に、特に感度面で有利な固体
撮像素子を構成することができる。
とで囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をな
し、この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹
脂からなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズ
が設けられている場合、熱可塑性樹脂を熱溶融させてマ
イクロレンズを形成するとき、多角形のコーナー部分
で、表面張力による樹脂表面積の減少を抑制できる。し
たがって、集光に寄与しない無効領域を少なくして、素
子の感度を高めることができる。しかも、マイクロレン
ズを、いわゆる球の最密充填方式と同等の配列にでき、
隙間(無効領域)が最小になるように配列できる。したが
って、さらに素子の感度を高めることができる。この結
果、高集積化を進める場合に、特に感度面で有利な固体
撮像素子を構成することができる。
【図１】 この発明の一実施例の固体撮像素子の転送電
極とマイクロレンズのパターンを示す図である。
極とマイクロレンズのパターンを示す図である。
【図２】 従来の固体撮像素子と上記固体撮像素子の単
位画素セルの構成を比較する図である。
位画素セルの構成を比較する図である。
【図３】 従来の固体撮像素子の転送電極のパターンを
示す図である。
示す図である。
【図４】 従来の固体撮像素子のマイクロレンズのパタ
ーンを示す図である。
ーンを示す図である。
１,２ 転送電極 ３ 光電変換部 ５ 電荷転送部 ７ マイクロレンズの基本セル ８ マイクロレンズ ９ 無効領域 １１,２１ 連結部 ２１,２２ ゲート部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−187187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−89363（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−162766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−111578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768 H04N 5/335
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板の表面に、一方向に延びる第
１の転送電極および第２の転送電極を、上記一方向に垂
直な方向に所定のピッチで備えるとともに、上記第１の
転送電極と第２の転送電極とのパターンの隙間に入射光
を信号電荷に変換する光電変換部を備える固体撮像素子
であって、 上記第１の転送電極は、上記一方向に延びる連結部と、
この連結部に対して斜め方向に延びるゲート部とが、鈍
角をなして又は滑らかに交互に連なって上記一方向に蛇
行して延びるパターンをなす一方、 上記第２の転送電極は、上記第１の転送電極の連結部に
略重なって上記一方向に延びる連結部と、上記第１の転
送電極のゲート部と対称に斜め方向に延びるゲート部と
が、交互に連なって上記一方向に蛇行して延びるパター
ンをなし、 隣接する上記第１の転送電極と第２の転送電極のゲート
部は、上記一方向に垂直な方向に交互に重なって連なっ
て、上記光電変換部が発生した信号電荷を上記垂直な方
向に蛇行しつつ転送することを特徴とする固体撮像素
子。 - 【請求項２】 上記両転送電極の連結部とゲート部とで
囲まれた隙間は、内角が全て鈍角である多角形をなし、 この隙間に形成された光電変換部上に、熱可塑性樹脂か
らなり上記多角形を単位セルとするマイクロレンズが設
けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮
像素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4127250A JP2825702B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 固体撮像素子 |
| US08/065,166 US5306906A (en) | 1992-05-20 | 1993-05-20 | Solid-state imaging device having a plurality of charge transfer electrodes formed in a serpentine pattern |
| KR1019930008707A KR940006391A (ko) | 1992-05-20 | 1993-05-20 | 고체촬상장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4127250A JP2825702B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326913A JPH05326913A (ja) | 1993-12-10 |
| JP2825702B2 true JP2825702B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=14955408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4127250A Expired - Fee Related JP2825702B2 (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 固体撮像素子 |
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|---|---|
| US (1) | US5306906A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2601148B2 (ja) * | 1993-07-23 | 1997-04-16 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| US5492852A (en) * | 1993-10-07 | 1996-02-20 | Nec Corporation | Method for fabricating a solid imaging device having improved smear and breakdown voltage characteristics |
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| US5760431A (en) * | 1995-11-29 | 1998-06-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Multidirectional transfer charge-coupled device |
| JP3830590B2 (ja) | 1996-10-30 | 2006-10-04 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
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| JP4497688B2 (ja) | 1999-09-27 | 2010-07-07 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP4199387B2 (ja) * | 1999-10-07 | 2008-12-17 | 富士フイルム株式会社 | 電荷転送路およびそれを用いた固体撮像装置 |
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| WO2006117725A1 (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-09 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Semiconductor device with an image sensor and method for the manufacture of such a device |
| WO2007007467A1 (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-18 | Nikon Corporation | 固体撮像素子 |
| KR102554417B1 (ko) * | 2018-06-18 | 2023-07-11 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| JP2022083194A (ja) * | 2020-11-24 | 2022-06-03 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | センサデバイス |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS61111578A (ja) * | 1984-11-05 | 1986-05-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光受信ｉｃ |
| JPS61133782A (ja) * | 1984-12-03 | 1986-06-21 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 固体撮像装置 |
| JPH06105560B2 (ja) * | 1985-09-17 | 1994-12-21 | 沖電気工業株式会社 | 電荷移送装置 |
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-
1992
- 1992-05-20 JP JP4127250A patent/JP2825702B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-05-20 KR KR1019930008707A patent/KR940006391A/ko not_active Application Discontinuation
- 1993-05-20 US US08/065,166 patent/US5306906A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US5306906A (en) | 1994-04-26 |
| JPH05326913A (ja) | 1993-12-10 |
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