JP5176453B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び撮像装置 - Google Patents
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Description
CCD型の固体撮像装置では、行列状に配列された複数の受光部が設けられる。水平方向に隣接する受光部間には、受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送するための転送チャネルと複数の転送電極が設けられる。転送電極は、垂直方向の受光部間上を水平方向に通る配線により連結される。転送電極は、受光部への入射光をそれ自体が遮ってしまい、これにより画素の感度低下が起こることから、転送電極の厚みや凸部を少なくする構造が提案されている。
凸部を減らす構造としては、従来の2層あるいは3層のポリシリコンにより転送電極を形成するといった垂直CCD構造ではなく、すべての転送電極を1回のポリシリコン成膜により形成する、いわゆる単層型転送電極構造が提案されている(例えば特許文献1参照)。
図26は従来の固体撮像装置の一例を示す図であり、図26(A)は平面図、図26(B)は図26(A)のA−A’断面図、図26(C)は図26(A)の転送電極の部分の説明図である。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、水平方向および垂直方向に行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送するための複数列の転送チャネルとを半導体基板に形成する工程と、前記受光部の垂直方向の中央部に隣接した前記転送チャネル上に前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送するための第1の転送電極を形成し、同時に、前記第1の転送電極と同一の層の前記転送チャネル上に前記第1の転送電極により転送された信号電荷を垂直方向に転送するための第2の転送電極を形成する転送電極形成工程と、前記行列の同行の前記第1の転送電極を水平方向に連結する第1の配線と、前記行列の同行の前記第2の転送電極を水平方向に連結する第2の配線とを同時に形成する配線形成工程とを含み、前記転送電極形成工程は、前記第1および第2の転送電極の膜厚を前記第1および第2の配線をポリシリコンで構成した場合の前記第1および第2の配線の膜厚より薄く形成し、前記配線形成工程は、前記第2の配線を前記第2の転送電極上に形成し、同時に、前記第1の配線を、前記第2の配線に近接して水平方向に延びる水平部と、前記水平部から延長して枝状に垂直方向に延びて前記第1の転送電極上に延びる枝葉部とで形成し、前記枝葉部を、第1の転送電極上に延びる前記枝葉部の上方に透明な層間絶縁膜の空間を作るように前記水平部から前記第1の転送電極に向かって折れ曲がり、コンタクトを介して前記第1の転送電極に接続し、前記第1の転送電極および前記第2の転送電極は、ポリシリコンからなり、前記第1の配線および前記第2の配線は、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrもしくはRuの金属、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrおよびRuの少なくとも2つ以上の合金、珪化物、窒化物または珪化物もしくは窒化物の積層物からなり、前記第1の配線および前記第2の配線は、前記第1の転送電極および前記第2の転送電極を覆うように形成され、前記受光部の開口を形成する遮光膜を兼ねることを特徴とする。
このため、第1の配線の水平部と同じ高さにある部分で第1の配線の枝葉部の第1の転送電極上にある部分に透明な層間絶縁膜の空間を作ることができる。このため、受光部への水平方向の斜めからの入射光の遮りを低減することができる。したがって、受光部の感度を向上させることができる。一般にCCDの受光部は垂直方向に長い矩形状に形成されるので、垂直方向の広角から光が入射しても感度低下は少ない。これに対し、水平方向の広角からの光は感度低下の影響が大きく、本発明のように、水平方向の入射光の遮りを低減することは、受光部の感度の向上に大きく貢献する。
また、第1および第2の転送電極が第1および第2の配線をポリシリコンで構成した場合に比べ薄い膜厚で形成される。第1および第2の転送電極の膜厚が薄いため、これらの間を層間絶縁膜で埋めるのが容易になり、第1の転送電極と第2の転送電極との間の間隔をできるだけ短くすることができ、これにより第1および第2の転送電極の面積をそれぞれ大きくすることができる。したがって、第1および第2の転送電極のキャパシタ容量を向上させ、より多くの電子の転送が可能になる。
また、第1および第2の転送電極の膜厚が薄いため、これらの対向する面積が小さくなる。したがって、第1および第2の転送電極間の容量を低減することができるので、RC時定数が低減され、高速駆動が可能となる。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1の固体撮像装置を示す図であり、図1(A)は平面図、図1(B)は図1(A)のA−A’断面図、図1(C)は図1(A)の転送電極の部分の説明図、図1(D)は図1(A)の第2の配線部分の説明図である。
図2(A)は図1に示される実施の形態1の固体撮像装置を示す平面図であり、図2(B)は図2(A)のB−B’断面図である。図2(C)は図26に示される従来の固体撮像装置を示す平面図であり、図2(D)は図2(C)のB−B’断面図である。
ここでは、半導体基板10に受光部1や転送チャネル2を形成する工程や、半導体基板10上にゲート酸化膜3を形成する工程は、省略する。
次に、図3に示すように、フォトレジストにより受光部1、第1の転送電極11および第2の転送電極12をパターニングし、ドライエッチング法でポリシリコンを除去した後、フォトレジストを除去して第1の転送電極11および第2の転送電極12を形成する。
これに対し、実施の形態1によれば、第1の転送電極11および第2の転送電極12の膜厚を40nm程度に薄くできるので、受光部1の4隅の部分のゲート酸化膜3のダメージが軽減され、受光部1の欠陥を有効に防止することができる。
図12は実施の形態2の固体撮像装置を示す図であり、図12(A)は平面図、図12(B)は図12(A)のA−A’断面図である。
図12に示すように、実施の形態2の固体撮像装置は、図1および図2に示される実施の形態1の固体撮像装置の第1の配線21を金属からなる第1の配線23に置き換えたものである。他の部分は、実施の形態1の固体撮像装置と同様の構成であり、同一符号を付し、その説明を省略する。
図13は実施の形態3の固体撮像装置を示す図であり、図13(A)は平面図、図13(B)は図13(A)のA−A’断面図、図13(C)は図13(A)のB−B’断面図、図13(D)は図13(A)の第2の配線の部分の説明図、図13(E)は図13(A)の第1の配線の部分の説明図である。
図13に示すように、実施の形態3の固体撮像装置は、図12に示される実施の形態2の固体撮像装置の第2の配線22を金属からなる第2の配線24に置き換えたものであり、第1の配線23および第2の配線24の両方を金属配線にしたものである。他の部分は、実施の形態1の固体撮像装置と同様の構成であり、同一符号を付し、その説明を省略する。
図14に示すように、この固体撮像装置は、図13に示される第1の配線23および第2の配線24をそれぞれ第1の配線71および第2の配線72に置き換えたものである。第1の配線71および第2の配線72の配線幅は、第1の転送電極11および第2の転送電極12を覆うように広くされている。また、第1の配線71の枝葉部71Bは、隣の行の第2の配線72上に重なるように第1の転送電極11からさらに延長されている。第1の配線71の枝葉部71Bは、第1の転送電極11の両側面を覆っている。
図15に示すように、図14に示される第1の配線71および第2の配線72をそれぞれ第1の配線73および第2の配線74に置き換え、配線の形成順序を逆にしたものである。図14では、第2の配線72を形成した後に第1の配線71を形成しているのに対し、図15では、第1の配線73を形成した後、第2の配線74を形成している。
図16に示すように、この固体撮像装置は、図15に示される第1の配線73および第2の配線74をそれぞれ第1の配線75および第2の配線76に置き換えたものである。
第1の配線75は、受光部1を囲むように格子状に形成されている。すなわち第1の配線75は、同行の第2の配線76に近接する水平部75Aと、隣の行に近接する水平部75Cと、これらを垂直方向に繋げて第1の転送電極に接続される枝葉部75Bとから構成される。
図17に示すように、この固体撮像装置は、図16に示される第1の配線75および第2の配線76をそれぞれ第1の配線77および第2の配線78に置き換え、配線の形成順序を逆にしたものである。
第1の配線75同様に第1の配線77も格子状に形成される。
図16では、第1の配線75を形成した後に第2の配線76を形成しているのに対し、図17では、第2の配線78を形成した後、第1の配線77を形成している。
図18に示すように、この固体撮像装置は、第1の転送電極11に接続される第1の配線81と第2の転送電極に接続される第2の配線82とを備える。第2の配線82は、第2の電極上に水平方向に設けられた水平部82Aを有する。第1の配線81は隣の行の第2の配線82の水平部82Aに近接して水平方向に設けられた水平部81Aと、水平部81Aから枝状に垂直方向に延び第1の転送電極11に達する枝葉部81Bとを有する。第1の配線81の枝葉部81Bは、第1の転送電極11とほぼ同じ幅で広がり、水平部81Aから第1の転送電極11を通り第2の配線82の水平部82Aに近づくように延びる。第2の配線82は、その水平部82Aから延長して延びて第1の配線の枝葉部81Bの下の第1の転送電極11および第2の転送電極12の垂直方向の両辺に沿って延びる2本の枝葉部82Bおよび82Cを有する。
図19は実施の形態4の固体撮像装置を示す図であり、図19(A)は平面図、図19(B)は図19(A)のA−A’断面図、図19(C)は図19(A)の転送電極の部分の説明図、図19(D)は図19(A)の第2の配線の部分の説明図である。
図19に示すように、実施の形態4の固体撮像装置は、図1に示される実施の形態1の固体撮像装置の第2の転送電極12を連結部12Aにより水平方向に連結したものである。連結部12Aは、第1の転送電極11および第2の転送電極とともに1回のポリシリコンの成膜により製造される。
実施の形態4によれば、第2の転送電極12が連結部12Aにより水平方向に連結されるので、第2の転送電極12のいっそうの薄膜化が可能になる。したがって、広角からの入射光のけられを低減して、受光部1の感度をいっそう向上させることができる。
また、ひとつのコンタクトが開口不良でも、ポリシリコンを通じて隣のコンタクトから電圧を印加できる。
図20は実施の形態5の固体撮像装置を示す図であり、図20(A)は平面図、図20(B)は図20(A)のA−A’断面図、図20(C)は図20(A)の転送電極の部分の説明図、図20(D)は図20(A)の第2の配線の部分の説明図である。
図20に示すように、実施の形態5の固体撮像装置は、実施の形態4の固体撮像装置と同様に第2の転送電極12が連結部12Aにより水平方向に連結されるが、第2の配線22がコンタクト部22Cにより第2の転送電極12に接続されるのではなく、第2の配線22が水平方向に長く連続したコンタクト部22Dにより接続される。このようにコンタクト部22Dを構成すると、コンタクトの形成が容易になり、また、第2の転送電極12のいっそうの薄膜化が可能になる。したがって、広角からの入射光のけられを低減して、受光部1の感度をいっそう向上させることができる。
図21は実施の形態6の固体撮像装置を示す図であり、図21(A)は平面図、図21(B)は図21(A)のA−A’断面図、図21(C)は図21(A)の転送電極の部分の説明図、図21(D)は図21(A)の第1および第2の配線の部分の説明図である。
図22(A)は図21に示される実施の形態6の固体撮像装置を示す平面図であり、図22(B)は図22(A)のB−B’断面図である。図22(C)は図26に示される従来の固体撮像装置を示す平面図であり、図22(D)は図22(C)のB−B’断面図である。
図23は実施の形態7の固体撮像装置を示す図であり、図23(A)は平面図、図23(B)は図23(A)のA−A’断面図、図23(C)は図23(A)の転送電極の部分の説明図、図23(D)は図23(A)の第2および第3の配線の部分の説明図である。
実施の形態7の固体撮像装置は、3相駆動CCDまたは6相駆動CCDを例にしたものである。なお、実施の形態1と同様の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図24は実施の形態8の固体撮像装置を示す図であり、図24(A)は平面図、図24(B)は図24(A)のA−A’断面図、図24(C)は図24(A)の転送電極の部分の説明図、図24(D)は図24(A)の第1および第2の配線の部分の説明図である。
実施の形態8の固体撮像装置は、実施の形態7の固体撮像装置の第1の配線51、第2の配線52および第3の配線53を第1の配線61、第2の配線62および第3の配線63に置き換えたものである。なお、他の部分は、実施の形態7の固体撮像装置と同様の構成であり、同一符号を付し、その説明を省略する。
第2の配線62は、第2の転送電極12上に設けられ、水平方向に延び、その下方のコンタクト部62Cを介して第2の転送電極12に接続されている。
実施の形態9は、本発明を適用した撮像装置の具体例を説明する。
図25はCCDイメージセンサを用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図25において、撮像部310は、例えば図1に示したCCDイメージセンサを用いて被写体の撮像を行い、撮像信号をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部320に出力する。すなわち、撮像部310では、上述したCCDイメージセンサの出力信号に対し、AGC(自動利得制御)、OB(オプティカルブラック)クランプ、CDS(相関二重サンプリング)、A/D変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
なお、本例では、撮像部310内で撮像信号をデジタル信号に変換してシステムコントロール部320に出力する例について示しているが、撮像部310からアナログ撮像信号をシステムコントロール部320に送り、システムコントロール部320側でデジタル信号に変換する構成であってもよい。また、撮像部310内での処理も種々の方法があり、特に限定しないことは勿論である。
CPU321は、ROM322及びRAM323を用いて本カメラ装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
DSP324は、撮像部310からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号(例えばYUV信号等)を生成する。
外部インターフェース325には、各種エンコーダやD/A変換器が設けられ、システムコントロール部320に接続される外部要素(本例では、ディスプレイ360、メモリ媒体340、操作パネル部350)との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
メモリ媒体340は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ341に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体340としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部350は、本カメラ装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、CPU321は、この操作パネル部350からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
さらに、遠隔医療や防犯監視、個人認証等のように遠隔システムを構成する場合には、上述のようにネットワークと接続した通信モジュールを含む装置構成とすることも可能であり、幅広い応用が実現可能である。
Claims (6)
- 水平方向および垂直方向に行列状に配置された複数の受光部と、
前記受光部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送するための複数列の転送チャネルと、
前記受光部の垂直方向の中央部に隣接した前記転送チャネル上に設けられ、前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送するための第1の転送電極と、
前記第1の転送電極と同一の層の前記転送チャネル上に設けられ、第1の転送電極により転送された信号電荷を垂直方向に転送するための第2の転送電極と、
前記行列の同行の前記第1の転送電極を水平方向に連結する第1の配線と、
前記行列の同行の前記第2の転送電極を水平方向に連結する第2の配線とを備え、
前記第1および第2の転送電極の膜厚は、前記第1および第2の配線をポリシリコンで構成した場合の前記第1および第2の配線の膜厚より薄く構成され、
前記第2の配線は、前記第2の転送電極上に設けられ、
前記第1の配線は、前記第2の配線に近接して水平方向に延びる水平部と、前記水平部から延長して枝状に垂直方向に延びて前記第1の転送電極上に延びる枝葉部とを有し、
前記枝葉部は、第1の転送電極上に延びる前記枝葉部の上方に透明な層間絶縁膜の空間を作るように前記水平部から前記第1の転送電極に向かって折れ曲がり、コンタクトを介して前記第1の転送電極に接続され、
前記第1の転送電極および前記第2の転送電極は、ポリシリコンからなり、
前記第1の配線および前記第2の配線は、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrもしくはRuの金属、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrおよびRuの少なくとも2つ以上の合金、珪化物、窒化物または珪化物もしくは窒化物の積層物からなり、
前記第1の配線および前記第2の配線は、前記第1の転送電極および前記第2の転送電極を覆うように形成され、前記受光部の開口を形成する遮光膜を兼ねる
固体撮像装置。 - 前記第1の配線は、同行の前記第2の配線に近接して設けられ水平方向に延びる第1の水平部と、隣の行の前記第2の配線に近接して設けられ水平方向に延びる第2の水平部と、第1の水平部から前記第1の転送電極上を経て前記第2の水平部に延びる第1の枝葉部とを有し、前記第1の水平部、隣接する2つの前記第1の枝葉部および前記第2の水平部により格子状に形成される請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記第2の配線は、前記第2の転送電極上の水平方向に延びる第3の水平部と、前記第3の水平部から延長して垂直方向に延びる2本の第2の枝葉部とを有し、2本の前記第2の枝葉部の一方は前記第1の配線の前記第1の水平部の上方に延び、第2の枝葉部の他方は前記第1の配線の前記第2の水平部の上方に延びている請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記第2の配線は、前記第2の転送電極上の水平方向に延びる第3の水平部と、前記第3の水平部から延長して垂直方向に延びる2本の第2の枝葉部とを有し、2本の前記第2の枝葉部の一方は前記第1の配線の前記第1の水平部の下方に延び、第2の枝葉部の他方は前記第1の配線の前記第2の水平部の下方に延びている請求項2記載の固体撮像装置。
- 水平方向および垂直方向に行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送するための複数列の転送チャネルとを半導体基板に形成する工程と、
前記受光部の垂直方向の中央部に隣接した前記転送チャネル上に前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送するための第1の転送電極を形成し、同時に、前記第1の転送電極と同一の層の前記転送チャネル上に前記第1の転送電極により転送された信号電荷を垂直方向に転送するための第2の転送電極を形成する転送電極形成工程と、
前記行列の同行の前記第1の転送電極を水平方向に連結する第1の配線と、前記行列の同行の前記第2の転送電極を水平方向に連結する第2の配線とを同時に形成する配線形成工程とを含み、
前記転送電極形成工程は、前記第1および第2の転送電極の膜厚を前記第1および第2の配線をポリシリコンで構成した場合の前記第1および第2の配線の膜厚より薄く形成し、
前記配線形成工程は、前記第2の配線を前記第2の転送電極上に形成し、同時に、前記第1の配線を前記第2の配線に近接して水平方向に延びる水平部と、前記水平部から延長して枝状に垂直方向に延びて前記第1の転送電極上に延びる枝葉部とで形成し、
前記枝葉部を、第1の転送電極上に延びる前記枝葉部の上方に透明な層間絶縁膜の空間を作るように前記水平部から前記第1の転送電極に向かって折れ曲がり、コンタクトを介して前記第1の転送電極に接続し、
前記第1の転送電極および前記第2の転送電極は、ポリシリコンからなり、
前記第1の配線および前記第2の配線は、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrもしくはRuの金属、W、Al、Ti、Cu、Ta、Pt、IrおよびRuの少なくとも2つ以上の合金、珪化物、窒化物または珪化物もしくは窒化物の積層物からなり、
前記第1の配線および前記第2の配線は、前記第1の転送電極および前記第2の転送電極を覆うように形成され、前記受光部の開口を形成する遮光膜を兼ねる
固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、
前記固体撮像装置は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の構成である
撮像装置。
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