JP3693026B2

JP3693026B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3693026B2
Application number: JP2002055358A
Authority: JP
Inventors: 耕一原田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003258235A; US20040021155A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インタライン転送（ＩＴ）型の固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像入力端末として、ＣＣＤ固体撮像装置が、たとえばデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）をはじめ、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ）、ＰＣカメラ、ＰＤＡ端末用カメラなどに広く用いられている。
【０００３】
ＣＣＤ固体撮像装置の種類としては、従来よりＦＦ（フルフレーム）−ＣＣＤ、ＦＴ（フレーム転送）−ＣＣＤ、ＩＴ（インタライン転送）−ＣＣＤ、ＦＩＴ（フレームインタライン転送）−ＣＣＤなどがあった。
【０００４】
ここでＩＴ−ＣＣＤエリアセンサは、多数のフォトセル（感光部）が２次元マトリクス（行列）状に配され、各垂直列のフォトセルの間にそれぞれ複数の垂直転送ＣＣＤ（Ｖレジスタ）が配列され、最後の行の垂直転送ＣＣＤに隣接して水平転送ＣＣＤが通常１ライン分設けられた構造となっている。
【０００５】
このＩＴ−ＣＣＤエリアセンサにおいて、垂直転送ＣＣＤの転送駆動には、２相、３相、あるいは４相駆動方式が使われており、また蓄積モードとしては、フィールド蓄積モードとフレーム蓄積モードとがある。
【０００６】
たとえば、通常のカメラ用のＩＴ−ＣＣＤでは、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの放送方式の２：１インターレース走査に合わせて、隣り合った垂直２ラインの信号電荷を垂直ＣＣＤ中で混合するフィールド蓄積モードで使用される。このフィールド蓄積モードでは、動解像度が高いという長所がある一方、静止画では、垂直解像度が２４０ＴＶ本しか得られないという問題点がある。
【０００７】
これに対してフレーム蓄積モードでは、各画素を混合せずに読み出すので、４８０ＴＶ本の高垂直解像度を得ることが可能であるが、高速移動被写体を撮像するためには、ストロボや機械式シャッタなどを使用せねばならないという問題点がある。
【０００８】
また近年では、デジタルスチルカメラの小型化・高画質化に伴い、小型・高解像度への要望が高まり、水平方向の画素数（ユニットセル数）を増やすことで高解像度化を図ってきた。しかしこれでは、隣接する２ラインの信号を混合するために、垂直解像度が最大３５０ＴＶ本程度にしかならないという問題がある。
【０００９】
この問題の解決のため、最近では、フィールドごとに全画素の信号電荷を独立に読み出すことで、高動解像度と高垂直解像度を両立することのできる全画素読出し方式（ノンインターレース方式ともいわれる）のＩＴ−ＣＣＤ（Progressive Scan CCD Image Sensor ；以下ＰＳ−ＣＣＤともいう）が提案されている。
【００１０】
たとえば、“テレビジョン学会技術報告；情報入力、情報ディスプレイ１９９４年１１月Ｐ７〜Ｐ１２；「１／２インチ３３万画素正方格子全画素読み出し方式ＣＣＤ撮像素子」”には、３層電極３相駆動を垂直転送部に採用したものが提案されている。
【００１１】
また“１９９５年テレビジョン学会年次大会講演予稿集Ｐ９３〜９４；「１／３インチ３３万正方画素プログレッシブ・スキャンＣＣＤ撮像素子」”には、３層電極４相駆動を垂直転送部に採用したものが提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記２つの文献に記載されているＰＳ−ＣＣＤも含めて、従来のＩＴ−ＣＣＤは、複数ある垂直転送電極の全てを多結晶シリコン薄膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）で形成するとともに、隣接するフォトセルの間で、転送電極の全部もしくは一部を多層に重ねて配線している。
【００１３】
このため、異層間の転送電極同士のオーバーラップ面積が広いために互いの電極間のカップリング容量が大きくなる。そのため、垂直転送ＣＣＤ部での消費電力が大きいという問題がある。
【００１４】
また、電極が積層された構造なので、電極による段差が大きくなっている。段差が大きいと、ユニットセルのアスペクト比（水平方向と垂直方向との比）が大きくなりレンズのＦ値を小さくしたときの感度ＵＰ率の低下が大きくなるため、ユニットセルの微細化が困難である。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、垂直転送ＣＣＤ部での消費電力を小さくすることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。また本発明は、ユニットセルの微細化を可能とする固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るインタライン転送型の固体撮像装置においては、複数の垂直転送電極のうちの少なくとも１つを光透過性の垂直転送電極として、感光部上に配設した。
【００１７】
なお、光透過性の垂直転送電極は、全体が光透過性を有している必要はなく、少なくとも感光部上における部分が、たとえばＩＴＯを代表とするＩｎ₂Ｏ₃系、またはZnＯ系などの透明導電材料薄膜、多結晶シリコンを光透過性を有するように薄膜化したもの、あるいはそれらを積層して一体的な電極として機能させたものなど、光透過性の電極部材で形成されていればよい。
【００１８】
なお、垂直転送電極のうちの２つ以上を感光部上に配設する場合には、それぞれを所定の空隙（絶縁のためであるのはいうまでもない）を隔てて平面状に配設する。すなわち、感光部上に製膜される全電極は、単層構造にする。
【００１９】
また、光透過性の垂直転送電極は、感光部上における一部に、光に対して遮蔽しないようにする。すなわち、光が直接に感光部に入射するようにする開口窓が設けられたものであるとよい。また、光透過性の垂直転送電極は、感光部上の膜厚が、垂直ＣＣＤ部上の膜厚よりも薄膜化されているとよい。あるいは、感光部の水平方向側の両辺縁近傍に位置し垂直方向に延在する部分の膜厚が、感光部の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分以外の膜厚よりも薄膜化されているとよい。あるいは、感光部の辺縁近傍に位置する部分の膜厚が、感光部の辺縁近傍以外の膜厚よりも薄膜化されているとよい。
【００２０】
また本発明に係るインタライン転送型の固体撮像装置においては、感光部以外の略全体を光に対して遮蔽し、且つ感光部上の所定範囲に対しては光に対して遮蔽しないようにする、すなわち光が直接に感光部に入射するようにする開口部が形成された遮光膜を光透過性垂直転送電極上に製膜する。そして、この遮光膜に対しては、感光部の水平方向側の両辺縁上を覆い垂直方向に延在する部分に、前記光透過性垂直転送電極側に突き出た突出部を形成するのがよい。
【００２１】
あるいは、感光部以外の略全体を光に対して遮蔽し、且つ感光部上の所定範囲に対しては光が直接に感光部に入射するようにする開口部が形成された遮光膜を光透過性垂直転送電極上に成膜するとよい。そして、遮光膜は、感光部の辺縁上を覆う部分に、光透過性垂直転送電極側に突き出た突出部が形成されているものとするとよい。
【００２２】
【作用】
上記構成の固体撮像装置によれば、感光部を横切るように光透過性の垂直転送電極を単層構造で配線したことにより、感光部に入射する光を極力妨げないようにしつつ、垂直転送電極の重なり（オーバーラップ）を無くしてカップリング容量を小さくすることができる。
【００２３】
またオーバーラップのない単層構造としたことで、電極による段差を少なくすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態を示す概略構成図である。固体撮像装置１０は、画素に対応してフォトダイオードからなる感光部（受光部；フォトセル）１１が多数、垂直（行）方向および水平（列）方向において２次元マトリクス状に配列されて、撮像部を構成している。これら感光部１１は、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。
【００２６】
また、感光部１１の垂直列ごとにそれぞれ４相駆動に対応する複数本（本例では１ユニットセル当たり４本）の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を有したＶレジスタ（垂直ＣＣＤ、垂直転送部）ＢＣが配列されている。この垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、光透過性の電極部材で形成されるとともに、感光部１１の上層側において水平方向に横切るように配線されている。
【００２７】
なお、この例では電極全体が光透過性を有するようにされているが、これに限らず、少なくとも感光部１１上における部分が光透過性を有するようにされていればよい。
【００２８】
各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、転送方向の繰返し単位を感光部１１の１画素（すなわちユニットセル）ごととしている。転送方向は図１中縦方向であり、この方向にＶレジスタＢＣが設けられている。
【００２９】
さらに、これらＶレジスタＢＣと各感光部１１との間には読出ゲート部ＲＯＧが介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられている。
【００３０】
さらに、複数本のＶレジスタＢＣの各転送先側端部すなわち、最後の行のＶレジスタＢＣに隣接して、図の左右方向に延在するＨレジスタ（水平ＣＣＤ、水平転送部）が１ライン分設けられている。Ｈレジスタの転送先側端部（図の左側）には、たとえばフローティングディフュージョンアンプ構成の電荷検出部１９が設けられている。この電荷検出部１９は、Ｈレジスタから順に注入される信号電荷を信号電圧に変換して出力する。
【００３１】
感光部１１の各々に蓄積された信号電荷は、タイミングジェネレータＴＧから発せられた読出パルスＸＳＧが読出ゲート部ＲＯＧのゲート電極に印加され、そのゲート電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部ＲＯＧを通してＶレジスタＢＣに読み出される。
【００３２】
ＶレジスタＢＣは、たとえば垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に対応するそれぞれ位相の異なる４相の垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４によって全画素読出し方式（ノンインターレース方式）にて転送駆動される。そして、各感光部１１から読み出された信号電荷は、水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送してＨレジスタに送られる。なお、４相に限らず３相で駆動する構成としてもよい。
【００３３】
Ｈレジスタは、タイミングジェネレータＴＧから発せられた２相の水平転送パルスφＨ１，φＨ２に基づいて、複数本のＶレジスタＢＣの各々から垂直転送された１ラインに相当する信号電荷を順次電荷検出部１９側に水平転送する。
【００３４】
電荷検出部１９は、Ｈレジスタから順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介してＣＣＤ出力信号として出力する。
【００３５】
図２は、図１に示した固体撮像装置１０におけるユニットセルの詳細を示した図である。ここで図２（Ａ）はユニットセルの平面構造を示し、図２（Ｂ）はＶレジスタＢＣ用の電極構造を平面パターンにて示し、図２（Ｃ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図（拡大視）を示す。以下この図２に示した垂直転送電極の形態を第１実施形態とする。
【００３６】
図示するように、ユニットセルは、その断面図（Ａ−Ａ’部）を図２（Ｃ）に示すように、たとえばシリコンからなる半導体基板ＮＳＵＢの表面にＰＷｅｌｌ−＃１が形成され、このＰＷｅｌｌ−＃１上にて、たとえばフォトダイオードからなる感光部（Sensor）１１、読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣとＰＷｅｌｌ−＃２、およびチャネルストップＣＳがこの順に水平方向（図の左方向）に形成されており、下地の構造はＩＴ−ＣＣＤのそれと同じである。
【００３７】
一方、これらのさらに上層部には、図示しないゲート絶縁膜を介してＶレジスタＢＣ用の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４が形成（配線）され、さらにその上には、感光部１１上にセンサー開口部（以下単に開口部という）１４を形成するように、図示しない層間絶縁膜を介して遮光膜１３が形成されている。各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４には、それぞれ位相の異なる４相の駆動パルスが供給されて全画素読出し方式のＣＣＤイメージセンサとして機能するようになっている。
【００３８】
なお固体撮像装置１０の略全体を覆うように製膜された遮光膜１３は、図中太線で示した感光部１１上にて、図２（Ａ）中には図示しない開口部１４が形成されており、この開口部１４を介して光が感光部１１側に入射するようになっている。
【００３９】
このように上記実施形態の固体撮像装置１０は、下地の構造は従来のＩＴ−ＣＣＤのそれと同じであるが、上層の電極形状は感光部１１上において、水平方向に延長された長方形となっている。すなわち垂直転送用の電極構造は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４といった４相分の全てが単層電極構造となっており、しかも感光部１１上にまで延長された構造になっている。
【００４０】
本実施形態においては、この垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を、光を透過する膜により形成する。光を透過する膜としては、通常の転送電極の材料である多結晶シリコンを光を透過する程度の膜厚（たとえば１００ｎｍ以下）に薄膜化したもの、あるいはたとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などのＩｎ₂Ｏ₃系、またはZnＯ系のような透明導電性の電極部材からなる膜を用いることができる。また、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を、薄膜化した多結晶シリコン膜とＩＴＯやZnＯ系などの透明導電材料薄膜との積層構造としてもよい。
【００４１】
なお、垂直転送電極を多結晶シリコン膜とＩＴＯなどの透明導電材料薄膜との積層構造とした場合であっても、両者は一体となって電極として機能するので、垂直転送電極自体は単層電極構造であることに相違ない。
【００４２】
本実施形態の固体撮像装置１０（特に垂直転送電極の第１実施形態）によれば、４相駆動用の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を単層電極構造としたので、電極間のオーバーラップ容量を低減（略ゼロに）することができ、その結果、Ｖレジスタの消費電力を低減することができる。
【００４３】
また、感光部１１を横切る垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４が光透過性の膜からなるため、感光部１１に入射する光を妨げず、充分な感度を得ることができる。
【００４４】
さらに、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を単層電極構造としたことで、ユニットセルの上層部のアスペクト比を小さくでき、全画素読出しＣＣＤのユニットセルの微細化ができる。また、絞りを開いた時の感度ＵＰ率の低下を抑制することもできる。
【００４５】
また、感光部１１を水平方向に横切るように垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を配線することにより、これら４相の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を同一層の多結晶シリコン膜あるいはＩＴＯなどの透明導電材料により形成することができ、同一工程で４相駆動用の垂直転送電極を形成することができるので、製造工程数を削減して簡略化することができる。
【００４６】
図３は、固体撮像装置１０の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の第２実施形態を示す図である。ここで、図３（Ａ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図（拡大視）を示し、図３（Ｂ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を積層構造とする場合の構成例を示す。
【００４７】
この第２実施形態の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とから構成されている。このうち、膜厚の薄い電極部分は、感光部１１上に配され、膜厚の厚い電極部分は、感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの上部に配される。すなわち、各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、感光部１１上の透明導電材料膜や薄い（たとえば膜厚１００ｎｍ以下の）多結晶シリコン膜あるいはこれらの積層構造の膜厚が感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳ部の膜厚よりも薄膜化されている。
【００４８】
また、遮光膜１３の開口部１４側の端縁近傍のうちの少なくとも一部には、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分との境界部分において、基板側に突き出るように突出部１６が形成されている。乱反射した光は、突出部１６により遮断されるので、光がＶレジスタＢＣ側に漏れ込む虞れが極めて少なくなる。
【００４９】
なお、図示した例では、感光部１１上における、開口部１４側の端縁のうちの少なくとも一部にて、電極部材がＬ字状に形成されることで突出部１６が形成されている。この突出部１６の形状は、この例に限らず、たとえば後述する図４に示す第３実施形態と同様に、開口部１４側の端縁よりも少しＶレジスタＢＣ側（垂直方向の画素間における垂直転送電極の膜厚が感光部１１上の垂直転送電極の膜厚よりも厚い場合は垂直方向の画素間側も含む）にて凸状に形成されていてもよい。
【００５０】
第２実施形態の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４によれば、感光部１１上（詳しくは開口部１４および突出部１６）の膜厚を感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳ部の膜厚よりも薄膜化したので、薄膜化による電極のシート抵抗が増加するのを極力防止しつつ、感光部１１に入射する光の妨げ効果を第１実施形態のものよりも少なくすることができ、これにより、第１実施形態のものよりも充分な感度を得ることができるようになる。
【００５１】
また、膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分との境界部分のうちの少なくとも一部すなわち感光部１１の周辺部分のうちの少なくとも一部において、遮光膜１３に基板側に突き出るように突出部１６を形成したので、光の漏れ込みを第１実施形態のものよりも抑制することができ、スミア成分の発生をより抑制することもできる。すなわちＩＴ−ＣＣＤに対するスミアの増加を最小限に抑えることができる。
【００５２】
なお、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とを単一の電極部材（単一膜）により形成する方法としては、たとえば、膜厚の薄い部分を含まない膜厚の厚い部分用の第１のマスクと膜厚の薄い部分も含む第２のマスクとを用意して、最初に厚い膜厚の電極部材を製膜した後、第１のマスクを用いてエッチングを行い、次に薄い膜厚の電極部材を製膜した後第２のマスクを用いてエッチングを行う様にすればよい。又、厚い膜厚の電極部材を製膜した後、第２のマスクを用いてエッチングを行い、その後続けて第１のマスクを用いて膜厚の薄い部分を所定の厚さだけエッチングする様にしてもよい。この場合はエッチングの終点検出が出来ないので、エッチングレートから算出したエッチング時間で薄い部分の膜厚を制御する様にすればよい。
【００５３】
また垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とを構成する場合、ＩＴＯなどの透明導電材料膜や薄い（たとえば膜厚１００ｎｍ以下の）多結晶シリコン膜のみの単一膜構造としてもよいが、図３（Ｂ）の各図（Ｂ１）〜（Ｂ５）に示すように、それらを任意に組み合わせた積層構造としてもよい。
【００５４】
たとえば図３（Ｂ１）に示す構成例では、透明導電材料薄膜（ＩＴＯ，ZnＯなど）を水平方向（図の左右方向）全体に形成し、その上における感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの上部の領域（所用部分）に多結晶シリコン膜を形成している。この構成例では、透明導電材料薄膜を製膜した後に多結晶シリコン膜を全面に製膜し、その後所定のマスクを用いて下地の透明導電材料薄膜をエッチングストッパーとして所用部分のみを除去すればよいので、電極形成が容易である。
【００５５】
また図３（Ｂ１）に示す構成例で、下地の透明導電材料薄膜が多結晶シリコン膜のエッチングストッパーにならないときは図３（Ｂ２）に示したように少なくとも感光部１１の領域に薄く多結晶シリコン薄膜を残すようにしてもよい。
【００５６】
この構成例によれば、感光部１１を透明導電材料薄膜と多結晶シリコン膜の２層電極構造とした分だけ感光部１１に入射する光の妨げ効果が単一膜構造のものよりも大きくなり感度の点では不利になる。しかし、多結晶シリコン薄膜の方が透明導電材料薄膜よりも微細加工が簡単なので、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とを単一の電極部材（単一膜）により形成する必要はあるものの、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とを単一の透明導電材料薄膜により形成するときよりも電極形成が容易である。
【００５７】
また図３（Ｂ３）に示す構成例では、薄い多結晶シリコン膜を水平方向（図の左右方向）全体に製膜し、その上に透明導電材料薄膜を、感光部１１上の膜厚が感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳ部の膜厚よりも薄膜化するように形成している。この構成例は、多結晶シリコン膜と膜厚が前述のように部分的に異なる透明導電材料薄膜の２層構造となっている。
【００５８】
この構成例によれば、感光部１１を透明導電材料薄膜と多結晶シリコン膜の２層電極構造とした分だけ感光部１１に入射する光の妨げ効果が単一膜構造のものよりも大きくなり感度の点では不利になる。しかし、ＶレジスタＢＣの電極を構成する２層構造の導電性膜のうち１番下側の層を多結晶シリコン膜とすることで、ＶレジスタＢＣを構成するＭＯＳキャパシタのＶｔｈを従来の多結晶シリコンのＶｔｈと同じにできるとともに、導電性膜を多結晶シリコン膜から透明導電材料薄膜にしたことによるＭＯＳキャパシタの表面準位などの増加を抑えることができ、ひいてはＶレジスタＢＣの暗電流の増加を抑えることができる。
【００５９】
また図３（Ｂ４）に示す構成例では、膜厚が前述のように部分的に異なる透明導電材料膜に対して、膜厚が厚い方である感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの領域についてのみ、２層構造とし、２層構造のうち１番下側の層を多結晶シリコン膜としている。
【００６０】
この構成例によれば、感光部１１側は単一膜構造にすることで感光部１１に入射する光の妨げ効果を抑え充分な感度を得ることができるとともに、膜厚が厚い方である感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの領域についてのみ、２層構造とし、２層構造のうち１番下側の層を多結晶シリコン膜とした。これにより、ＶレジスタＢＣを構成するＭＯＳキャパシタのＶｔｈを従来の多結晶シリコンのＶｔｈと同じにできるとともに、導電性膜を多結晶シリコン膜から透明導電材料膜にしたことによるＭＯＳキャパシタの表面準位などの増加を抑えることができ、ひいてはＶレジスタＢＣの暗電流の増加を抑えることができる。
【００６１】
また図３（Ｂ５）に示す構成例では、感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの領域についてのみ多結晶シリコン膜を形成し、その上に膜厚の薄くてかつ均一な透明導電材料膜を水平方向（図の左右方向）全体に形成している。
【００６２】
したがって、この構成例は図３（Ｂ４）に示す構成例のものと略同様の効果を享受することができる一方、透明導電材料薄膜に膜厚の薄い電極部分と膜厚の厚い電極部分とを形成する必要がないので、図３（Ｂ４）に示す構成例のものと比較して電極形成が容易である。
【００６３】
図４は、固体撮像装置１０の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の第３実施形態を示す図である。ここで、図４（Ａ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図（拡大視）を示し、図４（Ｂ）は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４を積層構造とする場合の構成例を示す。また、図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、固体撮像装置１０の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４のうち、他の部分よりも薄膜化されている領域の一例を示すユニットセルの平面図である。
【００６４】
この第３実施形態の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４は、たとえば図５（Ａ）に示す構成例では、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の膜厚が、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分以外の膜厚よりも薄膜化されている。つまり、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲（所定部分）のみが局部的に薄膜化されている。あるいは、図５（Ｂ）に示す構成例では、感光部１１とこの感光部１１を除く部分との境界近傍、すなわち感光部１１の周辺部分の膜厚のみが、他の部分の膜厚よりも薄膜化されている。つまり、感光部１１上におけるその周辺部分の一定範囲（所定部分）のみが局部的に薄膜化されている。
【００６５】
また、図５（Ａ）に示す構成例では、遮光膜１３の感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分には、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の膜厚の薄い部分に対応して、基板側に突き出るように突出部１７が形成されている。あるいは図５（Ｂ）に示す構成例では、開口部１４側の端縁近傍には、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の膜厚の薄い部分に対応して、基板側に突き出るように突出部１７が形成されている。第２実施形態と同様に、乱反射した光は、突出部１７により遮断されるので、光がＶレジスタＢＣ側に漏れ込む虞れが極めて少なくなる。
【００６６】
なお図示した例では、感光部１１上における、開口部１４側の端縁よりも少しＶレジスタＢＣ側（垂直方向では画素間側）にて、突出部１７が凸状に形成されている。この突出部１７の形状は、この例に限らず、たとえば図３に示した第２実施形態と同様に、開口部１４側の端縁のうちの少なくとも一部にて、電極部材がＬ字状に形成されることで形成されていてもよい。
【００６７】
第３実施形態の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４によれば、図５（Ａ）に示す構成例では、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲すなわち突出部１７に対応する部分のみの膜厚をそれ以外の膜厚よりも薄膜化したので、あるいは、図５（Ｂ）に示す構成例では、感光部１１の周辺部分の一定範囲すなわち突出部１７に対応する部分のみの膜厚をそれ以外の膜厚よりも薄膜化したので、感光部１１に入射する光の妨げ効果が第２実施形態のものよりも大きくなり感度の点で不利になるが、薄膜化による電極のシート抵抗が増加するのを、第２実施形態よりもより良好に防止することができる。このため、第２実施形態のものよりも、高速転送が可能となる。
【００６８】
また、図５（Ａ）に示す構成例では、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲において遮光膜１３に突出部１７を形成したので、あるいは、図５（Ｂ）に示す構成例では感光部１１の周辺部分において遮光膜１３に突出部１７を形成したので、光の漏れ込みを第１実施形態のものよりも抑制することができ、第２実施形態と同様に、スミア成分の発生をより抑制することもできる。すなわちＩＴ−ＣＣＤに対するスミアの増加を最小限に抑えることができる。
【００６９】
なお、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に局部的に膜厚の薄い電極部分を単一の電極部材（単一膜）により形成する方法としては、たとえば、膜厚の薄い部分を含まない膜厚の厚い部分用の第１のマスクと膜厚の薄い部分も含む第２のマスクとを用意して、最初に厚い膜厚の電極部材を製膜した後、第１のマスクを用いてエッチングし、次に薄い膜厚の電極部材を製膜した後第２のマスクを用いてエッチングすればよい。また、厚い膜厚の電極部材を製膜した後、第２のマスクを用いてエッチングし、その後続けて第１のマスクを用いて膜厚の薄い部分を所定の厚さだけエッチングしてもよい。この場合はエッチングの終点検出ができないので、エッチングレートから算出したエッチング時間で薄い部分の膜厚を制御するようにすればよい。
【００７０】
また、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分あるいは、感光部１１の周辺部分において、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に膜厚の薄い電極部分を局部的に形成する場合、透明導電材料膜や薄い（たとえば膜厚１００ｎｍ以下の）多結晶シリコン膜のみの単一膜構造としてもよいが、図４（Ｂ）の各図（Ｂ１），（Ｂ２）に示すように、それらを任意に組み合わせた積層構造としてもよい。
【００７１】
たとえば図４（Ｂ１）に示す構成例では、薄い多結晶シリコン膜を水平方向（図の左右方向）全体に形成し、その上に透明導電材料膜を、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲（所定部分）の膜厚のみがそれ以外の膜厚よりも薄膜化するように形成している。あるいは、感光部１１の周辺部分の一定範囲（所定部分）の膜厚のみがそれ以外の膜厚よりも薄膜化するように形成している。この構成例は、多結晶シリコン膜と膜厚が前述のように局部的に薄膜化された透明導電材料膜の２層電極構造となっている。
【００７２】
この構成例によれば、感光部１１を透明導電材料薄膜と多結晶シリコン膜の２層電極構造とした分だけ感光部１１に入射する光の妨げ効果が単一膜構造のものよりも大きくなり感度の点で不利になるが、ＶレジスタＢＣの電極を構成する２層構造の導電性膜のうち１番下側の層を多結晶シリコン膜とすることで、ＶレジスタＢＣを構成するＭＯＳキャパシタのＶｔｈを従来の多結晶シリコンのＶｔｈと同じにできるとともに、導電性膜を多結晶シリコン膜から透明導電材料膜にしたことによるＭＯＳキャパシタの表面準位などの増加を抑えることができ、ひいてはＶレジスタＢＣの暗電流の増加を抑えることができる。また、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲（所定部分）のみの膜厚がそれ以外の膜厚よりも薄膜化されているか、あるいは、感光部１１の周辺部分の一定範囲（所定部分）のみの膜厚がそれ以外の膜厚よりも薄膜化されているだけなので、薄膜化により電極のシート抵抗が増加する問題を低減することができ、より一層の高速転送が可能となる。
【００７３】
また図４（Ｂ２）に示す構成例では、透明導電材料膜を、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲（所定部分）の膜厚のみをそれ以外の膜厚よりも薄膜化するように形成するか、あるいは、感光部１１の周辺部分の一定範囲（所定部分）の膜厚のみをそれ以外の膜厚よりも薄膜化するように形成し、感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの領域についてのみ、２層構造とし、２層構造のうち１番下側の層を薄い多結晶シリコン膜としている。
【００７４】
この構成例によれば、感光部１１側は単一膜構造にすることで感光部１１に入射する光の妨げ効果を抑え充分な感度を得ることができるとともに、感光部１１を除く部分のうち少なくとも読出ゲート部ＲＯＧ、ＶレジスタＢＣ、およびチャネルストップＣＳの領域についてのみ２層構造とし、２層構造のうち１番下側の層を薄い多結晶シリコン膜としたので、ＶレジスタＢＣを構成するＭＯＳキャパシタのＶｔｈを従来の多結晶シリコンのＶｔｈと同じに出来ると共に、導電性膜を多結晶シリコン膜から透明導電材料薄膜にした事によるＭＯＳキャパシタの表面準位等の増加を抑える事が可能となり、ひいてはＶレジスタＢＣの暗電流の増加を抑える事が可能となる。また、透明導電材料薄膜の、感光部１１の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分の一定範囲（所定部分）のみの膜厚がそれ以外の膜厚よりも薄膜化されているか、あるいは、感光部１１の周辺部分の一定範囲（所定部分）のみの膜厚がそれ以外の膜厚よりも薄膜化されているだけなので、薄膜化により電極のシート抵抗が増加する問題を低減する事が出来、より一層の高速転送が可能となる。
【００７５】
図６は、図１に示した固体撮像装置１０におけるユニットセルの他の詳細例を示した図である。ここで図６（Ａ）はユニットセルの平面構造を示し、図６（Ｂ）はＶレジスタＢＣ用の電極構造を平面パターンにて示している。以下この図６に示した垂直転送電極の形態を第４実施形態とする。
【００７６】
垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の電極材として特に多結晶シリコン膜を用いると、青やそれよりも短波長側の透過率が低いので、青感度が低下する。そこで、この第４実施形態では、青感度を向上させるために、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の一部に開口窓１８を設けた構造にしている。
【００７７】
上記第１〜第３実施形態の電極構造でＶ１〜Ｖ４の電極材として特に多結晶シリコン膜を用いた場合は、平行配置した電極間のギャップが一応は開口窓として働くため、ある程度は青感度が向上する。しかしながらギャップ面積は少なく、青色光に対しては十分な開口率とはいえない。また、第２実施形態のように、感光部１１上を薄膜化することで青感度を改善することもできるが、青色光の感度がより長波長側の他の色成分（たとえば緑や赤の成分）よりも相対的に低減することに変わりがない。
【００７８】
これに対して、上記第４実施形態のように、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４の一部に開口窓１８を設けた構造にすれば、この開口窓１８の部分では感光部１１に入射する光の妨げ効果が完全になくなる、つまり青色成分も開口窓１８を介して直接に感光部１１に入射するようになるので、青色光の感度が上記第１〜第３実施形態の電極構造のものよりも向上する。
【００７９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記の実施形態は、クレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００８０】
たとえば、上記各実施形態では、複数ある垂直転送電極の全てについて、感光部上に配設するとともに、少なくとも感光部上における部分を、光透過性の電極部材で形成していたが、光透過性を有するものは必ずしも全ての電極である必要はない。すなわち、複数ある垂直転送電極のうちの少なくとも１つが、感光部上に配設され、しかも少なくとも感光部上における部分が光透過性の電極部材で形成されていればよい。
【００８１】
また上記各実施形態では、透明導電材料薄膜としてＩＴＯを代表とするＩｎ₂Ｏ₃系、またはZnＯ系の透明電極部材を用いていたが、透明導電材料薄膜は、必ずしもこれらには限らない。たとえば可視光検出用の固体撮像装置であれば、ＳｎＯ₂系やＣｄ₂ＳｎＯ₄などの可視光の光透過率が比較的高い（８５〜９０％程度以上）透明導電材料薄膜を用いるとよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るインタライン転送型の固体撮像装置によれば、感光部を横切るように光透過性の垂直転送電極を単層構造で配線したので、感光部に入射する光を妨げないようにしつつ、垂直転送電極のオーバーラップを無くすことで、カップリング容量を小さくすることができる。これにより、垂直転送ＣＣＤ部での消費電力を小さくすることができる。
【００８３】
またオーバーラップを無くす単層構造としたことで、電極による段差を少なくすることができ、これによりレンズのＦ値を小さくしたときの感度ＵＰ率の低下を小さくすることができる。換言すれば、感度低下を防止しつつ、ユニットセルを微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置におけるユニットセルの詳細を示した図である。
【図３】固体撮像装置の垂直転送電極の第２実施形態を示す図である。
【図４】固体撮像装置の垂直転送電極の第３実施形態を示す図である。
【図５】固体撮像装置の垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４のうち、他の部分よりも薄膜化されている領域の一例を示すユニットセルの平面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置におけるユニットセルの他の詳細例を示した図である。
【符号の説明】
１０…固体撮像装置、１１…感光部、１３…遮光膜、１４…開口部、１６，１７…突出部、１８…開口窓、１９…電荷検出部、ＲＯＧ…読出ゲート部、ＢＣ…Ｖレジスタ（垂直転送ＣＣＤ）、ＣＳ…チャネルストップ、Ｖ１〜Ｖ４…垂直転送電極、φＶ１〜φＶ４…垂直転送パルス

Claims

感光部が２次元マトリクス状に多数配列され、各感光部の垂直列ごとにそれぞれ複数の垂直転送電極を有した垂直ＣＣＤ部が配列されてなるＩＴ方式もしくはＦＩＴ方式の電荷転送型の固体撮像装置であって、
前記複数の垂直転送電極のうちの少なくとも１つは、前記感光部上に配設され且つ少なくとも当該感光部上における部分が光透過性の電極部材で形成された光透過性垂直転送電極であり、
当該光透過性垂直転送電極と前記感光部の上には前記感光部上に開口部を形成するように遮光膜が形成されており、
且つ、当該遮光膜の前記感光部の水平方向の両辺縁近傍を含み垂直方向に延在する部分には、前記光透過性垂直転送電極を薄膜化する突出部が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
感光部が２次元マトリクス状に多数配列され、各感光部の垂直列ごとにそれぞれ複数の垂直転送電極を有した垂直ＣＣＤ部が配列されてなるＩＴ方式もしくはＦＩＴ方式の電荷転送型の固体撮像装置であって、
前記複数の垂直転送電極のうちの少なくとも１つは、前記感光部上に配設され且つ少なくとも当該感光部上における部分が光透過性の電極部材で形成された光透過性垂直転送電極であり、
当該光透過性垂直転送電極と前記感光部の上には、前記感光部上に開口部を形成するように遮光膜が形成されており、
且つ、当該遮光膜の前記感光部の周辺部には、前記光透過性垂直転送電極を薄膜化する突出部が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。