JP4867226B2

JP4867226B2 - 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ

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Publication number: JP4867226B2
Application number: JP2005217624A
Authority: JP
Inventors: 秀夫神戸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007035950A

Description

本発明は、特に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。

ＣＣＤ固体撮像装置の垂直転送部（垂直転送ＣＣＤ）の取り扱い電荷量を増大し、画素信号の全画素読み出しおよび間引き処理の双方を実現するためには、１画素当たり３つ以上の転送電極を用意し、３相以上の多相駆動を行う必要がある。

上記の転送電極は、従来、３層以上のポリシリコン層を用いて形成していた。この場合には、各転送電極は、互いに端部が重なって配置される。ただし、画素サイズが微細になるにともない、垂直転送部を構成する転送電極同士の重なりや凹凸による影響が顕著となる。すなわち、入射光のけられ（本来受光部に入射すべき光が遮光膜によって遮られてしまうことを称する）がこの凹凸に起因して発生しやすくなる。この結果、受光部への入射光量が低減し、光感度の低下に繋がる。

垂直転送部の凹凸を減らすため、１層のポリシリコン層により単層構造の転送電極を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、横方向（水平方向）に転送電極を繋げる必要があるため、画素間に２本以上の配線が配列することになる。この場合には、垂直方向に隣接する画素間部の幅が大きくなり、受光部面積が減少し、光感度や受光部の取り扱い電荷量が減少するという問題がある。受光部のポテンシャルを深くして取り扱い電荷量を維持する方法もあるが、この場合には読み出し電圧が高くなるという問題がある。

単層構造の転送電極を用い、かつ転送電極へ転送パルスを供給するための駆動配線（シャント配線）を転送電極の上層に設ける構造が開示されている（特許文献２参照）。しかしながら、従来、垂直転送部に沿って縦方向に駆動配線を設ける構造がほとんどである。縦方向に駆動配線を配置した場合には、転送モードが制約を受け、画素の間引き転送を実現しにくいという問題がある。
特開２００３−７９９７号公報特許第３１２３０６８号

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に行列状に配置された複数の受光部と、前記基板において前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極と、前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極と、前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線と、前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線と、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜とを有し、前記第１駆動配線および第２駆動配線は、前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成され、前記第１駆動配線は、前記第２転送電極上において同層に形成される導体部分により、前記第２転送電極と接続され、前記第２駆動配線は、前記第１駆動配線と同層に形成されたバッファ層を介して、当該バッファ層上において同層に形成される導体部分により、前記第３転送電極と接続され、前記遮光膜は、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成される。

上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板への不純物の導入により、基板に行列状に配置した複数の受光部と、前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルとを形成する工程と、前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極を形成する工程と、前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極を形成する工程と、前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線を形成する工程と、前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線を形成する工程と、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜を形成する工程とを有し、前記第１駆動配線および第２駆動配線を、前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成し、前記第１駆動配線とともに、前記第２転送電極上に導体部分を形成して、前記第１駆動配線を前記第２転送電極に接続し、かつ、前記第３転送電極上にバッファ層を形成し、前記第２駆動配線とともに、前記バッファ層上に導体部分を形成して、前記バッファ層を介して前記第２駆動配線を前記第３転送電極に接続し、前記遮光膜を、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成する。

上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、基板に行列状に配置された複数の受光部と、前記基板において前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極と、前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極と、前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線と、前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線と、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜とを有し、前記第１駆動配線および第２駆動配線は、前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成され、前記第１駆動配線は、前記第２転送電極上において同層に形成される導体部分により、前記第２転送電極と接続され、前記第２駆動配線は、前記第１駆動配線と同層に形成されたバッファ層を介して、当該バッファ層上において同層に形成される導体部分により、前記第３転送電極と接続され、前記遮光膜は、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成される。

上記の本発明では、列方向に隣接する受光部間において、第１転送電極、第１駆動配線、第２駆動配線が重なって配置されている。このため、列方向に隣接する受光部間の幅は、１本の配線幅分だけ確保すれば足りる。
また、行方向に伸びる第１駆動配線により同一行の第２転送電極には同位相の転送パルスを供給でき、行方向に伸びる第２駆動配線により同一行の第３転送電極には同位相の転送パルスを供給できる。このため、３相駆動、６相駆動、９相駆動といった様々な転送モードに対応できる。また、全画素読み出し、フレーム読み出し、フィールド読み出しといった各種の転送モードに対応できる。

本発明によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置およびカメラを実現できる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。

図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置１は、撮像部２と、水平転送部３と、出力部４とを有する。

撮像部２には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部７と、受光部５と垂直転送部７との間に配置された読み出しゲート部６とを有する。

受光部５は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光（入射光）をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部６は、受光部５に蓄積された信号電荷を垂直転送部７に読み出す。

垂直転送部７は、例えば３相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３によって駆動され、受光部５から読み出された信号電荷を垂直方向（図中、下方向）に転送する。なお、クロック信号としては、３相に限定されるものではなく、６相、９相であってもよい。クロック信号φＶ１〜φＶ３は、例えば０Ｖあるいは−７Ｖである。

水平転送部３は、２相のクロック信号φＨ１，φＨ２によって駆動され、垂直転送部７から垂直転送された信号電荷を、水平方向（図中、左方向）に転送する。

垂直転送部７および水平転送部３は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。

出力部４は、水平転送部３により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して出力する。出力部４は、例えばフローティングディフュージョンアンプにより構成される。出力部４は、フローティングディフュージョンＦＤとリセットゲートＲＧとリセットドレインＲＤからなるトランジスタ４ａと、アンプ４ｂと、出力端子４ｃとを有する。

水平転送部により水平転送された信号電荷量に応じてフローティングディフュージョンＦＤの電圧が変化する。フローティングディフュージョンＦＤの電圧はアンプ４ｂにより増幅されて、出力端子４ｃによりアナログ画像信号として取り出される。その後、リセットゲートＲＧにリセットパルスが入力されて、トランジスタ４ａがオン状態となり、フローティングディフュージョンＦＤの信号電荷がリセットドレインＲＤに掃き捨てられる。なお、リセットドレインＲＤには電源電圧Ｖｄｄが印加されている。

図２は、撮像部２における要部平面図である。図２では、転送電極のみを図解している。

受光部５は、水平方向および垂直方向に配置されている。水平方向（横方向）は行方向であり、垂直方向（縦方向）は列方向である。転送チャネル１４は、水平方向に並ぶ２つの受光部５間において垂直方向に伸びている。このように転送チャネル１４は、受光部５の列に隣接して転送方向に伸びている。

転送チャネル１４上には、絶縁膜を介在させた状態で、第１転送電極２１、第３転送電極２３、第２転送電極２２が転送方向に繰り返し並んでいる。第１転送電極２１、第２転送電極２２および第３転送電極２３を区別する必要がない場合には、単に転送電極２０と称する。転送チャネル１４と転送電極２０により垂直転送部７が構成される。転送電極２０は単層構造であり、例えば１層のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、各受光部５に対応して３つの転送電極が配置されている。

第１転送電極２１は、垂直方向に隣接する受光部５間を通って、水平方向に延びて形成されている。第１転送電極２１は、転送チャネル１４と交差して配置され、転送チャネル１４上において垂直方向に幅広に形成されている。

第２転送電極２２は、受光部５に隣接して配置されている。水平方向に隣接する第２転送電極２２同士は、分離した形状となっている。

第３転送電極２３は、受光部５に隣接して配置されている。水平方向に隣接する第３転送電極２３同士は、分離した形状となっている。

上記の転送電極２０上には、絶縁膜を介して第１駆動配線が形成される。図３は、第１駆動配線４１のレイアウトを示す平面図である。

第１転送電極２１上には、絶縁膜を介して水平方向に伸びる第１駆動配線４１が形成されている。第１駆動配線４１は、画素間部において第１転送電極２１に重なるように配置されている。第１駆動配線４１は、転送チャネル１４上において垂直方向に伸びており、コンタクトホールＣＨを介して第２転送電極２２に接続されている。垂直方向の画素間部において、第１駆動配線４１の垂直方向の幅は、画素間部における第１転送電極２１の垂直方向の幅よりも狭い。転送チャネル１４上において、第１駆動配線４１の水平方向の幅は、転送電極２０の水平方向の幅よりも狭い。

本実施形態においては、第３転送電極２３上には絶縁膜を介してバッファ層４１ａが形成されている。バッファ層４１ａは、第１駆動配線４１と同一の層からなる。なお、第３転送電極２３上にバッファ層４１ａを設けなくても良い。

第１駆動配線４１およびバッファ層４１ａは、ポリシリコン、タングステン等の金属材料、あるいはシリサイド系材料により形成される。第１駆動配線４１として金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部５の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。

上記の第１駆動配線４１の上層に、第２駆動配線が形成される。図４は、第２駆動配線４２のレイアウトを示す平面図である。

第１駆動配線４１上には、絶縁膜を介して水平方向に伸びる第２駆動配線４２が形成されている。第２駆動配線４２は、画素間部において第１駆動配線４１に重なるように配置されている。第２駆動配線４２は、転送チャネル１４上において垂直方向に伸びており、コンタクトホールを介して第３転送電極２３に接続されている。垂直方向の画素間部において、第２駆動配線４２の垂直方向の幅は第１駆動配線４１の幅と同等以下に設定され、画素間部における第１転送電極２１の垂直方向の幅よりも狭い。転送チャネル１４上において、第２駆動配線４２の水平方向の幅は、転送電極２０の水平方向の幅よりも狭い。

第２駆動配線４２は、ポリシリコン、タングステン等の金属材料、あるいはシリサイド系材料により形成される。第２駆動配線４２として金属材料を用いる場合には、ポリシリコンを用いる場合に比べて、膜厚や幅を小さくしても同等の抵抗値が得られるため、受光部５の周縁に発生する段差を緩和できるという利点がある。

本実施形態においては、第２駆動配線４２と第３転送電極２３は、バッファ層４１ａを介して接続される。なお、第２駆動配線４２として特にタングステン等の金属材料を採用する場合には、第３転送電極２３上にバッファ層４１ａを設けることが好ましい。これは、タングステン等の金属材料がポリシリコンに拡散することによる転送への影響を抑制するためである。また、第３転送電極２３上にバッファ層４１ａを設けることにより、コンタクトホールのアスペクト比が小さくなるという利点もある。

上記の固体撮像装置では、１つの受光部５に対して３つの転送電極が設けられていることから、全画素読み出しが可能となる。上記の固体撮像装置では、３相駆動、６相駆動、９相駆動が可能となる。

例えば３相駆動を行う場合には、第１転送電極２１に転送パルスφＶ１、第３転送電極２３にφＶ２、第２転送電極２２にφＶ３が印加される。この場合、読み出し電圧は、第２転送電極２２と第３転送電極２３の双方あるいはいずれか一方に印加される。

６相駆動を行う場合には、垂直方向に配列した第１転送電極２１、第３転送電極２３、第２転送電極２２に順にφＶ１〜φＶ６が印加される。この場合、読み出し電圧は、第２転送電極２２と第３転送電極２３の双方あるいはいずれか一方に印加される。

本実施形態では、第１駆動配線４１により水平方向の全ての第２転送電極２２が接続されており、第２駆動配線４２により水平方向の全ての第３転送電極２３が接続されている。

このため、全画素読み出し以外にも、フィールド読み出しやフレーム読み出しが可能となる。例えば、第１フィールドにおいて奇数番の行の画素（受光部）の信号電荷のみを読み出し、第２フィールドにおいて偶数番の行の画素（受光部）の信号電荷を読み出すフレーム読み出しが可能となる。また、フィールド読み出しも可能となる。

図５は、図４のＡ−Ａ’線における断面図である。図６は、図４のＢ−Ｂ’線における断面図である。図７は、図４のＣ−Ｃ’線における断面図である。なお、図示の簡略化のため遮光膜の上層については、図５のみに図解している。

例えば、ｎ型のシリコン基板（以下、基板１０という）に、ｐ型ウェル１１が形成されている。ｐ型ウェル１１は、オーバーフローバリアを形成する。

受光部５は、ｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の信号電荷蓄積領域１２と、信号電荷蓄積領域１２の表層に形成されたｐ^＋型の正孔蓄積領域１３を有する。正孔蓄積領域１３は、信号電荷蓄積領域１２の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。

受光部５には、信号電荷蓄積領域１２、ｐ型ウェル１１および基板１０により、ｎｐｎ構造が形成されている。このｎｐｎ構造は、受光部５に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がｐ型ウェル１１により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板１０側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。

また、上記の受光部５は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板１０に供給される基板電位を高レベル（例えば＋１２Ｖ）にすることにより、ｐ型ウェル１１の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板１０に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。

垂直転送部７は、信号電荷蓄積領域１２と所定間隔を隔ててｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の転送チャネル１４と、転送チャネル１４上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３０を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極２１〜２３により構成されている。転送チャネル１４の下には、比較的高濃度のｐ型領域１５が形成されている。ｐ型領域１５は、転送チャネル１４の下に電位障壁を形成する。このため、基板１０の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル１４へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。

読み出しゲート部６は、信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間のｐ型の読み出しゲート領域１６と、読み出しゲート領域１６上にゲート絶縁膜３０を介して形成された転送電極２２，２３により構成されている。読み出しゲート領域１６は、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極２２，２３に正の読み出し電圧（例えば＋１２〜＋１５Ｖ）が印加されて、読み出しゲート領域１６の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域１２から転送チャネル１４へと移される。

信号電荷蓄積領域１２に対して読み出し側とは反対側には、ｐ型のチャネルストップ領域１７が形成されている。また、画素間部において第１転送電極２１下には、チャネルストップ領域１７が形成されている（図７参照）。チャネルストップ領域１７は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。

転送電極２１〜２３上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３１が形成されている。第３転送電極２３上には、絶縁膜３１を介してバッファ層４１ａが形成されている（図５参照）。第３転送電極２３とバッファ層４１ａとは、絶縁膜３１に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。

第１転送電極２１および第２転送電極２２上には、絶縁膜３１を介して第１駆動配線４１が形成されている（図６，７参照）。第２転送電極２２と第１駆動配線４１は、絶縁膜３１に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。

第１駆動配線４１およびバッファ層４１ａを被覆して、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３２が形成されている。画素間部において第１駆動配線４１上には、絶縁膜３２を介して第２駆動配線４２が形成されている（図７参照）。

バッファ層４１ａ上には、絶縁膜３２を介して第２駆動配線４２が形成されている。第２駆動配線４２は、例えばポリシリコン、タングステン等の金属材料、シリサイド系材料からなる。バッファ層４１ａと第２駆動配線４２とは、絶縁膜３２に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。これにより、第２駆動配線４２と第３転送電極２３とが電気的に接続されている。第２駆動配線４２として、タングステン等の金属材料を採用する場合には、第２駆動配線４２とバッファ層４１ａとの間にバリアメタルを介在させてもよい。バリアメタルとしては、Ｔｉや、ＴｉＷを用いる。

第２駆動配線４２を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３３が形成されている。上記の転送電極２１〜２３、第１駆動配線４１および第２駆動配線４２を被覆するように、遮光膜５０が形成されている。遮光膜５０は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜５０には、受光部５に光を入射させるための開口部５０ａが形成されている。

遮光膜５０上には、例えばＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate glass）からなる層間絶縁膜６１が形成されている（図５参照）。層間絶縁膜６１上には、例えば窒化シリコンからなるパッシベーション膜６２が形成されている。パッシベーション膜６２の表面は、平坦化されている。

パッシベーション膜６２上には、カラーフィルタ７０が形成されている。カラーフィルタ７０は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ７１と、ブルーカラーフィルタ７２と、レッドカラーフィルタ７３とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ７０はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。

カラーフィルタ７０上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜８０が形成されている。平坦化膜８０上には、マイクロレンズ９０が形成されている。

上記の固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ９０により集光されて各カラーフィルタ７１，７２，７３に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、受光部５に入射する。受光部５に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域１２に蓄積される。その後、転送チャネル１４に読み出されて、垂直転送部７により垂直方向に転送される。

次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図８〜図１４を参照して説明する。

図８（ａ）に示すように、ｎ型のシリコンからなる基板１０に、イオン注入法によりｐ型ウェル１１を形成する。このときに出力部４のトランジスタ４ａのｐ型ウェルも形成する。基板１０としては、例えばｎ型ＣＺ基板上に２０〜４０Ωｃｍ程度の抵抗率のｎ型エピタキシャル層を数μｍ〜数十μｍ程度形成した基板を用いる。

次に、図８（ｂ）に示すように、基板１０にイオン注入法により、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２、ｐ型の正孔蓄積領域１３、ｎ型の転送チャネル１４、ｐ型領域１５、ｐ型の読み出しゲート領域１６、ｐ型のチャネルストップ領域１７を形成する。

次に、図８（ｃ）に示すように、熱酸化法により基板１０上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３０を形成する。なお、ゲート絶縁膜３０として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の積層膜を形成してもよい。ゲート絶縁膜３０の形成後に、上記した各種の領域１２〜１７を形成してもよい。

次に、図９（ａ）に示すように、基板１０上にゲート絶縁膜３０を介して転送電極２０を形成する。転送電極２０は、例えば基板１０上にポリシリコン層を堆積し、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、単層構造の転送電極２０を形成する。ポリシリコン層は、本発明の導電層の一実施形態である。ポリシリコン層の膜厚は、２００ｎｍ〜５００ｎｍである。これにより、第１転送電極２１、第２転送電極２２および第３転送電極２３からなる転送電極２０が形成される。転送電極２０のパターンは、図２に示した通りである。

次に、図９（ｂ）に示すように、転送電極２０を被覆するように絶縁膜３１を形成する。絶縁膜３１は、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。１０数Ｖの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜３１の膜厚は１００ｎｍ前後に設定する。

次に、図１０（ａ）に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第２転送電極２２および第３転送電極２３上の絶縁膜３１にコンタクトホールＣＨを形成する。なお、バッファ層４１ａを必要としないときは、第２転送電極２２上の絶縁膜３１にのみコンタクトホールＣＨを形成してもよい。

次に、図１０（ｂ）に示すように、全面にポリシリコン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第１駆動配線４１およびバッファ層４１ａを形成する。第１駆動配線４１は、コンタクトホールＣＨを介して第２転送電極２２と接続される。バッファ層４１ａは、コンタクトホールＣＨを介して第３転送電極２３と接続される。ポリシリコン層の膜厚は、２００〜５００ｎｍである。

次に、図１１（ａ）に示すように、第１駆動配線４１およびバッファ層４１ａを被覆する絶縁膜３２を形成する。絶縁膜３２は、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。１０数Ｖの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜３２の膜厚は１００ｎｍ前後に設定する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、リソグラフィ技術およびエッチング技術により、第３転送電極２３上の絶縁膜３２にコンタクトホールＣＨを形成する。

次に、図１２（ａ）に示すように、全面にポリシリコン層を堆積して、リソグラフィ技術およびエッチング技術によりポリシリコン層を加工することにより、第２駆動配線４２を形成する。第２駆動配線４２は、コンタクトホールＣＨを介してバッファ層４１ａおよび第３転送電極２３に接続される。第２駆動配線４２としてポリシリコン層を用いる場合には、ポリシリコン層の膜厚は２００〜５００ｎｍである。なお、第２駆動配線４２としてタングステン等の低抵抗の金属材料を用いる場合には、ポリシリコン層の場合よりも膜厚を薄くすることができる。

なお、図示しないが、出力部４のトランジスタ４ａのリセットゲートＲＧは、上記の転送電極２０、第１駆動配線４１あるいは第２駆動配線４２の形成工程を利用して形成される。また、トランジスタ４ａのリセットドレインＲＤやフローティングディフュージョンＦＤの形成のためのイオン注入を行う。

次に、図１２（ｂ）に示すように、第２駆動配線４２を被覆する絶縁膜３３を形成する。絶縁膜３３は、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を堆積して形成される。１０数Ｖの駆動電圧に耐えられるように、絶縁膜３３の膜厚は１００ｎｍ前後に設定する。

次に、図１３（ａ）に示すように、受光部５の位置に開口部５０ａをもち、転送電極２０、駆動配線４１，４２を被覆する遮光膜５０を形成する。遮光膜５０は、例えば全面にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。

次に、図１３（ｂ）に示すように、基板１０上に、例えばＢＰＳＧを堆積させて、リフロー処理を行うことにより層間絶縁膜６１を形成する。続いて、層間絶縁膜６１に、図示しない出力部４のトランジスタ４ａのフローティングディフュージョンＦＤやリセットドレインＲＤに接続するためのコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜６１上に配線を形成する。

次に、図１４（ａ）に示すように、層間絶縁膜６１上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することによりパッシベーション膜６２を形成する。

次に、図１４（ｂ）に示すように、パッシベーション膜６２上にカラーフィルタ７０を形成する。カラーフィルタ７０は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えばパッシベーション膜６２上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ７１のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ７２およびレッドカラーフィルタ７３を形成する。なお、カラーフィルタ７０の形成順序に限定はない。

次に、カラーフィルタ７０の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ７０上に透明な平坦化膜８０を形成する（図５参照）。平坦化膜８０としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。

次に、平坦化膜８０上にマイクロレンズ９０を形成する（図５参照）。例えばレンズ材料を塗布した後に、レンズ形状のレジストマスクを形成し、レジストマスクとレンズ材料のエッチング選択比が１となるような条件でエッチングすることにより、マイクロレンズ９０が形成される。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。

図１５は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。

カメラ１００は、上記した固体撮像装置１と、光学系１０２と、駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを有する。

光学系１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１の各受光部５において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部５の信号電荷蓄積領域１２において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。

駆動回路１０３は、上述した３相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３および２相のクロック信号φＨ１，φＨ２などの各種のタイミング信号を固体撮像装置１に与える。これにより、固体撮像装置１の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置１の出力部４からアナログ画像信号が出力される。

信号処理回路１０４は、固体撮像装置１から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去や、ディジタル信号への変換等の各種の信号処理を行う。信号処理回路１０４による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。

次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について説明する。

上記の本実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル１４上の転送電極２０は、単層構造の第１転送電極２１、第２転送電極２２、第３転送電極２３により形成される。第１転送電極２１は、水平方向に延びており、第２転送電極２２および第３転送電極２３はそれぞれ分離して配置されている。同一行の第２転送電極２２に転送パルスを供給するための第１駆動配線４１が、受光部５間において第１転送電極２１に重なるように配置されている。また、同一行の第３転送電極２３に転送パルスを供給するための第２駆動配線４２が、受光部５間において第１駆動配線４１に重なるように配置されている。

本実施形態では、垂直方向における受光部５間において、第１転送電極２１、第１駆動配線４１、第２駆動配線４２が重なって配置されている（図４参照）。このため、垂直方向における受光部５間の幅は、１本の配線幅分だけ確保すれば足りる。この結果、受光部５の面積を大きくすることができ、受光部５の取り扱い電荷量を大きくすることができる。したがって、光感度が向上し、ダイナミックレンジの大きな固体撮像装置を実現することができる。受光部５の面積を大きくできることから、受光部５のポテンシャルを比較的浅く形成でき、読み出し電圧を低減することができる。

また、本実施形態では、水平方向に伸びる第１駆動配線４１により同一行の第２転送電極２２に同位相の転送パルスを供給でき、水平方向に伸びる第２駆動配線４２により同一行の第３転送電極２３に同位相の転送パルスを供給できる。このため、３相駆動、６相駆動、９相駆動といった様々な転送モードに対応できる。また、全画素読み出し、フレーム読み出し、フィールド読み出しといった各種の転送モードに対応できる。

また、読み出し電圧は、第１駆動配線４１と第２駆動配線４２の双方あるいはいずれか一方に供給される。この第１駆動配線４１および第２駆動配線４２の下層には、第１転送電極２１が形成されていることから、第１転送電極２１の遮蔽効果により、読み出し電圧が画素間部のチャネルストップ領域１７の電位に与える影響を抑えることができる。このため、垂直方向の受光部５間における信号電荷の流出入を抑制することができる。

転送チャネル１４上において、第１駆動配線４１および第２駆動配線４２の水平方向の幅は、転送電極２０の水平方向の幅よりも狭く形成されている。このため、多層の転送電極を採用する場合に比べて、受光部５の左右における段差を小さくすることができる。これにより、入射光のけられを低減することができ、受光部５への入射光量を増大させることができることから、光感度の向上に寄与することができる。

垂直方向の画素間部において、第１駆動配線４１および第２駆動配線４２の垂直方向の幅は、転送電極２０の垂直方向の幅よりも狭く形成されている。このため、受光部５の垂直方向における周縁部に発生する段差を小さくすることができる。これにより、入射光のけられを低減することができ、受光部５への入射光量を増大させることができることから、光感度の向上に寄与することができる。

受光部５に隣接して、すなわち受光部５の真横に第２転送電極２２および第３転送電極２３を配置し、この第２転送電極２２および第３転送電極２３に読み出し電圧を印加することにより、読み出しゲートの幅を広くすることができる。これにより、読み出し電圧を低電圧化しても、読み出し効率を維持することができる。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置を実現することができる。当該固体撮像装置をカメラに適用することにより、様々な転送モードに対応でき、光感度を向上させたカメラを実現することができる。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、様々な転送モードに対応でき、かつ光感度の向上を図ることができる固体撮像装置を製造することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、転送電極２０および第１駆動配線４１として、ポリシリコン以外にも、タングステン等の金属材料やシリサイド材料を用いることもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。転送電極を示す平面図である。転送電極および第１駆動配線を示す平面図である。転送電極および第１〜第２駆動配線を示す平面図である。図４のＡ−Ａ’線における断面図である。図４のＢ−Ｂ’線における断面図である。図４のＣ−Ｃ’線における断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…固体撮像装置、２…撮像部、３…水平転送部、４…出力部、４ａ…トランジスタ、４ｂ…アンプ、４ｃ…出力端子、５…受光部、６…読み出しゲート部、７…垂直転送部、１０…基板、１１…ｐ型ウェル、１２…信号電荷蓄積領域、１３…正孔蓄積領域、１４…転送チャネル、１５…ｐ型領域、１６…読み出しゲート領域、１７…チャネルストップ領域、２０…転送電極、２１…第１転送電極、２２…第２転送電極、２３…第３転送電極、３０…ゲート絶縁膜、３１…絶縁膜、３２…絶縁膜、３３…絶縁膜、４１…第１駆動配線、４１ａ…バッファ層、４２…第２駆動配線、５０…遮光膜、５０ａ…開口部、６１…層間絶縁膜、６２…パッシベーション膜、７０…カラーフィルタ、７１…グリーンカラーフィルタ、７２…ブルーカラーフィルタ、７３…レッドカラーフィルタ、８０…平坦化膜、９０…マイクロレンズ、１００…カメラ、１０２…光学系、１０３…駆動回路、１０４…信号処理回路、ＣＨ…コンタクトホール、ＦＤ…フローティングディフュージョン、ＲＧ…リセットゲート、ＲＤ…リセットドレイン

Claims

基板に行列状に配置された複数の受光部と、
前記基板において前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、
前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極と、
前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極と、
前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線と、
前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線と、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜と
を有し、
前記第１駆動配線および第２駆動配線は、
前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成され、
前記第１駆動配線は、
前記第２転送電極上において同層に形成される導体部分により、前記第２転送電極と接続され、
前記第２駆動配線は、
前記第１駆動配線と同層に形成されたバッファ層を介して、当該バッファ層上において同層に形成される導体部分により、前記第３転送電極と接続され、
前記遮光膜は、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成される
固体撮像装置。
基板への不純物の導入により、基板に行列状に配置した複数の受光部と、前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルとを形成する工程と、
前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極を形成する工程と、
前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極を形成する工程と、
前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線を形成する工程と、
前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線を形成する工程と、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜を形成する工程と
を有し、
前記第１駆動配線および第２駆動配線を、
前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成し、
前記第１駆動配線とともに、
前記第２転送電極上に導体部分を形成して、前記第１駆動配線を前記第２転送電極に接続し、かつ、前記第３転送電極上にバッファ層を形成し、
前記第２駆動配線とともに、
前記バッファ層上に導体部分を形成して、前記バッファ層を介して前記第２駆動配線を前記第３転送電極に接続し、
前記遮光膜を、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成する
固体撮像装置の製造方法。
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
基板に行列状に配置された複数の受光部と、
前記基板において前記受光部の列にそれぞれ隣接して配置された複数の転送チャネルと、
前記基板の前記転送チャネル上において前記受光部の列方向の間の位置に対応して配列され、前記受光部の行方向において互いに連結された複数の第１転送電極と、
前記基板の前記転送チャネル上において前記第１転送電極の間に配置され、前記第１転送電極と同一の層で形成される第２転送電極および第３転送電極と、
前記第１転送電極上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第２転送電極と接続される第１駆動配線と、
前記第１転送電極および前記第１駆動配線上において前記受光部の行方向に延在して形成され、前記転送チャネル上において前記第３転送電極と接続される第２駆動配線と、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線の上層として形成され、前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線を覆って前記基板の前記受光部以外の領域を遮光する遮光膜と
を有し、
前記第１駆動配線および第２駆動配線は、
前記受光部間における前記第１転送電極の幅より狭い幅に形成され、
前記第１駆動配線は、
前記第２転送電極上において同層に形成される導体部分により、前記第２転送電極と接続され、
前記第２駆動配線は、
前記第１駆動配線と同層に形成されたバッファ層を介して、当該バッファ層上において同層に形成される導体部分により、前記第３転送電極と接続され、
前記遮光膜は、
前記第１転送電極、前記第１駆動配線および前記第２駆動配線による斜面を有する山形断面の上に積層して形成される
カメラ。