KR101104439B1 - 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 구동방법, 및 카메라 - Google Patents

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 구동방법, 및 카메라 Download PDF

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Abstract

수광부의 주연부에서의 입사광의 차단을 저감하고, 큰 화면 각도화 및 고속 구동을 실현할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공한다. 1층의 폴리실리콘에 의해 제1 전송 전극과 제2 전송 전극을 형성하는 단층 전송 전극 구조를 채용하고 있다. 수평 방향으로 연결된 제1 전송 전극 상에, 수평 방향으로 연장되는 2개의 션트 배선을 형성하고, 수평 방향으로 연장되는 저저항의 션트 배선을 통하여, 전송 채널 상의 제1 전송 전극 및 제2 전송 전극에, 예를 들면 4상(four-phase) 전송 펄스가 공급된다.
Figure R1020050069297
수광부, 고체 촬상 장치, 카메라, 전송 전극, 고속 구동, 큰 화면 각도화

Description

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 구동 방법, 및 카메라{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, PRODUCTION METHOD AND DRIVE METHOD THEREOF, AND CAMERA}
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 카메라의 기본 구성을 도시한 도면.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에서의 화소부의 주요부의 평면도.
도 3a는 도 2의 A-A'선을 따른 단면도이고, 도 3b는 도 2의 B-B'선을 따른 단면도.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도.
도 5a 및 도 5b는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도.
도 6a 및 도 6b는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도.
도 7a 및 도 7b는 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에서의 화소부의 주요부의 평면 도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 수광부
2 : 전송 채널
3 : 전송 전극
3a : 제1 전송 전극
3b : 제2 전송 전극
3c : 제3 전송 전극
4, 4a, 4b, 4c : 션트 배선
5 : 접속부
6 : 차광막
6a : 개구부
10 : 반도체 기판
11, 14 : p형 웰
12 : n형 영역
13 : p형 영역
16 : 채널 스톱부
17 : 판독 게이트부
20 : 게이트 절연막
21 : 절연막
22, 23 : 층간 절연막
24 : 층내 렌즈
25 : 평탄화막
26 : 컬러 필터
27 : 온 칩 렌즈
<특허문헌 1> 일본 특허 제3123068호
<특허문헌 2> 일본 특개평 7-283387호
<특허문헌 3> 일본 특개평 7-226496호
<특허문헌 4> 일본 특개평 8-236743호
<특허문헌 5> 일본 특개 2003-60819호
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 발명은 2004년 7월 29일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2004-221981호에 관련된 내용을 포함하고 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 인용된다.
본 발명은 카메라, 전하 결합 소자(CCD) 유형의 고체 촬상 장치 등의 카메라에 사용되는 고체 촬상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
CCD 고체 촬상 장치의 큰 화면 각도화 및 고속 레이트의 전송을 달성하기 위해서 전송 전극의 저저항화가 요구되고 있다. 이는, 일반적으로, 전송 전극은 RC의 분포 상수 회로를 구성하고 있는데, 전송 전극의 높은 저항으로 인해 전송 전극에 의해 인가되는 전송 펄스의 둔화 및 지연이 발생하여 CCD 전하 전송에 지장을 초래하고 있기 때문이다. 그 때문에, 전송 전극 및 배선 버스 라인을 저저항화하는 것이 행해지고 있다.
전송 전극의 저저항화를 위한 기술로서, 예를 들면 전송 전극이 폴리실리콘으로 구성되는 경우에, 폴리실리콘에 불순물을 도입함으로써 저저항화를 행하는 기술이 있다. 또는 폴리실리콘을 후막화하여, 저시트 저항화를 행한다. 이 경우, 두께 및 저항율 양쪽에서 단지 수 10%까지의 개선을 기대할 수 있는 정도이다.
전송 전극의 저저항화를 위한 그 밖의 방법으로서, 폴리실리콘 대신에 저저항율의 재료를 전송 전극으로서 이용하는 방법도 알려져 있다. 사용되는 재료로서는 WSi가 잘 알려져 있다. WSi가 사용되는 경우에는 약 1디지트 만큼 저항이 낮아지는 것을 기대할 수 있다.
1디지트 이상의 저저항화가 필요한 경우에는 CCD의 전송 전극 자체는 폴리실리콘으로 형성하고, 상기 WSi보다 저저항인 알루미늄 등의 재료를 션트 배선으로서 이용하는 구조가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1∼5 참조).
실질적으로, 지금까지는 수직 전송 CCD를 따라 션트 배선을 제공하는 방식이 대부분이다. 이러한 수직 방향의 션트 배선에서는 전송 모드가 제약을 받고 있으며, 화소의 인터리빙 전송에 사용되는 다상(multi-phase) 구동을 실현하기 어렵다 고 하는 문제가 있다.
또한, 수 화소에 걸쳐 교차 방향으로 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 전극을 연결하는 구조도 필요하게 된다. 예를 들어 고속 구동을 행하는 경우에는 폴리실리콘의 두께를 충분히 확보하고, 폴리실리콘 자체도 저저항화할 필요가 있지만, 화소의 미세화와 폴리실리콘의 후막화는 트레이드 오프의 관계에 있다. 이는, 폴리실리콘이 후막화되면, 그 위에 형성되는 차광막(light shading mask)의 높이가 높아져서, 화소가 미세화될 때 광의 차단(화소에 입사될 광이 차광막에 의해서 차단되는 것을 의미함)이 현저하게 되기 때문이다.
CCD 고체 촬상 장치의 큰 화면 각도화 외에, CCD 고체 촬상 장치의 화소의 미세화가 진행되고 있으며, 현재에는 1개의 화소 사이즈가 2㎛ 정도로 되어 있다. 화소의 미세화에 있어서 과제는 많이 있지만, 감도 특성을 유지하고 향상시키 것이 큰 과제이다.
이 경우, 화소의 소형화로 인해 수광부의 개구 면적이 감소되기 때문에, 온 칩 렌즈 등의 화소 상층부의 구조의 최적화를 행하여 집광 특성을 향상시키는 것이 필요하다. 그러나, 수광부에의 입사광을 전송 전극 자체가 차단하므로, 전송 전극의 두께 및 돌출 부분을 적게 하는 제안이 이루어지고 있다.
돌출 부분을 줄이는 제안으로서, 2층 또는 3층의 폴리실리콘에 의해 전송 전극을 형성하는 수직 CCD 구조 대신에, 1층의 폴리실리콘으로 이루어지는 단층 전송 전극 구조가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 5 참조).
그러나, 종래 알려져 있는 단층 전송 전극 구조에 의해서만 큰 화면 각도의 CCD 및 고속 전송의 CCD를 구현하는 것은 실질적으로 어려우며, 입사광의 차단도 충분히 감소시킬 수 없는 것이 현재 상황이다.
본 발명의 목적은 수광부의 주연부에서의 입사광의 차단을 감소시키고, 큰 화면 각도화 및 고속 구동화를 달성할 수 있는 고체 촬상 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 수평 방향과 수직 방향 각각에 설치되어 있는 복수의 수광부와, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수직 방향으로 연장되어 있는 복수의 전송 채널과, 상기 복수의 전송 채널 각각의 상방에서 상기 수직 방향으로 설치되어 있는 복수의 전송 전극과, 상기 수직 방향에 있어서 상기 복수의 전송 전극의 각각에 대응하여 설치되어 있고, 상기 전송 전극보다 저저항인 복수의 션트 배선을 포함하고, 상기 전송 전극은, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 연결되어 있는 복수의 제1 전송 전극과, 상기 제1 전송 전극과 동일한 층에 형성되어 있고, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제2 전송 전극과, 상기 제1 전송 전극 및 상기 제2 전송 전극과 동일한 층에 형성되어 있고, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제3 전송 전극을 포함하며, 상기 제1 전송 전극, 상기 제2 전송 전극 및 상기 제3 전송 전극은, 상기 복수의 수광부를 구성하는 하나의 수광부에 대하여 배치되어 있고, 상기 수직 방향에 있어서, 순차 반복 배열되어 있으며, 상기 션트 배선은, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제1 전송 전극 각각에, 제1 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제1 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제2 전송 전극 각각에, 제2 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제2 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제3 전송 전극 각각에, 제3 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제3 션트 배선을 포함하고, 상기 제1 션트 배선, 상기 제2 션트 배선 및 상기 제3 션트 배선 모두는, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 있고, 상기 제1 전송 전극의 상방에 있어서, 상기 수직 방향으로, 순차 반복 배열되어 있으며, 상기 제2 션트 배선 또는 상기 제3 션트 배선을 통해 상기 제2 전송 전극 또는 상기 제3 전송 전극에 판독 펄스를 공급함으로써, 상기 수광부에 축적된 신호 전하를 상기 전송 채널에 판독한 후에, 상기 제1 전송 전극과 상기 제2 전송 전극과 상기 제3 전송 전극에의 전송 펄스의 공급을, 상기 제1 션트 배선과 상기 제2 션트 배선과 상기 제3 션트 배선을 통해 행함으로써, 상기 전송 채널에 판독된 신호 전하를 상기 전송 채널에 있어서 상기 수직 방향으로 전송하는 고체 촬상 장치가 제공된다.
이와 같이 본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 전송 펄스가 저저항 배선을 통하여 전송 채널 상의 제1 전송 전극 및 제2 전송 전극에 전송될 수 있어서 전송 펄스의 둔화 및 지연을 방지할 수 있게 된다.
또한, 전송 펄스는 저저항 배선을 통해 전송될 수 있으며, 제1 전송 전극 및 제2 전송 전극의 막 두께는 얇게 될 수 있다. 따라서, 수광부의 주연부에서의 제1 전송 전극, 제2 전송 전극 및 저저항 배선의 높이는 낮게 될 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치에 따르면, 수광부의 주연부에서의 입사광의 차단을 감소시킬 수 있으며 큰 화면 각도화 및 고속 구동을 달성할 수 있다.
바람직하게는, 고체 촬상 장치는 제1 전송 전극, 제2 전송 전극 및 저저항 배선 상에 절연막을 개재시킨 상태로 배치되고, 수광부에 대한 복수의 개구를 형성하는 차광막을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수평 방향과 수직 방향 각각에 배열되도록 복수의 수광부를 형성하는 수광부 형성 단계와, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수직 방향으로 연장되도록 복수의 전송 채널을 형성하는 전송 채널 형성 단계와, 상기 복수의 전송 채널 각각의 상방에서 상기 수직 방향으로 배열되도록 복수의 전송 전극을 형성하는 전송 전극 형성 단계와, 상기 수직 방향에서 상기 복수의 전송 전극의 각각 대응하여 배열되도록, 상기 전송 전극보다 저저항인 복수의 션트 배선을 형성하는 션트 배선 형성 단계를 포함하고, 상기 전송 전극 형성 단계에서는, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 연결되어 있는 복수의 제1 전송 전극과, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제2 전송 전극과, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제3 전송 전극이, 상기 복수의 수광부를 구성하는 하나의 수광부에 대하여 배치되어 있고, 상기 수직 방향에 있어서, 순차 반복 배열되도록, 상기 제1 전송 전극, 상기 제2 전송 전극 및 상기 제3 전송 전극을, 상기 전송 전극으로서 서로 동일한 층에 형성하고, 상기 션트 배선 형성 단계에서는, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제1전송 전극 각각에, 제1 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제1 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제2 전송 전극 각각에, 제2 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제2 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제3 전송 전극 각각에, 제3 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제3 션트 배선 모두는, 상기 수직 방향으로 순차 반복 배열되어 있으며, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 제1 전송 전극의 상방에서 상기 수평 방향으로 연장되도록, 상기 제1 션트 배선, 상기 제2 션트 배선 및 상기 제3 션트 배선을 상기 션트 배선으로서 형성하고, 상기 고체 촬상 장치에서는, 상기 제2 션트 배선 또는 상기 제3 션트 배선을 통해 상기 제2 전송 전극 또는 상기 제3 전송 전극에 판독 펄스를 공급함으로써, 상기 수광부에 축적된 신호 전하를 상기 전송 채널에 판독한 후에, 상기 제1 전송 전극과 상기 제2 전송 전극과 상기 제3 전송 전극에의 전송 펄스의 공급을, 상기 제1 션트 배선과 상기 제2 션트 배선과 상기 제3 션트 배선을 통해 행함으로써, 상기 전송 채널에 판독된 신호 전하를 상기 전송 채널에 있어서 상기 수직 방향으로 전송하는 고체 촬상 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 상기 고체 촬상 장치를 4상 구동에 의해 구동하기 위한, 고체 촬상 장치의 구동 방법이 제공된다.
바람직하게는, 고체 촬상 장치는, 전송 채널 상에 제1 방향으로, 제1 전송 전극 및 제2 전송 전극과 동일한 층에 배치되는 제3 전송 전극을 포함하고, 제1 방향으로 제1 전송 전극 위로 연장되도록 3개의 저저항 배선이 배치되고, 3개의 저저항 배선 각각은 접속부에 의해 전송 채널 상의 제1 전송 전극, 제2 전송 전극 및 제3 전송 전극에 접속된다.
고체 촬상 장치의 제조 방법은, 전송 채널 상에, 제1 전송 전극 및 제2 전송 전극을 형성하는 단계와 동일한 단계에 의해 형성되는 층에 제3 전송 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 고체 촬상 장치를 3상 구동 또는 6상 구동에 의해 구동하기 위한, 고체 촬상 장치의 구동 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 광학 렌즈와, 광학 렌즈를 통해 얻어진 이미지를 전기 신호로 변환하기 위한 고체 촬상 장치를 포함하는 카메라가 제공된다.
이하에, 본 발명의 카메라 및 이에 사용하기 위한 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 카메라를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 카메라는 광학 렌즈 시스템(41), 전하 결합 소자(CCD)(42), CCD 드라이버(43) 및 신호 처리기(44)를 포함한다.
광학 렌즈 시스템(41)은 대물 렌즈, 및 자동 집광 및/또는 자동 노출 조정 렌즈 및 메카니즘을 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서, 광학 렌즈 시스템(41)은 셔터 및 스톱부를 포함할 수 있다. 광학 렌즈 시스템(41)은 이미지의 광을 수신하여 이를 집광될 CCD(42)에 출력한다.
CCD(42) 및 CCD 드라이버(43)는 서로 협업하여 CCD(42)로의 입사광을 전기 신호로 변환한다.
예를 들어, 신호 처리기(44)는 이미지를 나타내는 변환된 전기 신호를 수신하고 이 이미지를 복구하기 위해 이미지 처리를 실행한다. CCD(42) 및 CCD 드라이버(43)의 상세 내용에 대해서는 후술한다.
도 1에 도시된 CCD(42)의 예에서, CCD(42) 및 CCD 드라이버(43)에 의해 4상(four-phase) 구동 동작이 수행되는데, 이에 대해서는 후에 상세히 설명한다. 4상 구동 CCD는 본 실시 형태의 예로서 설명될 것이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른, 도 1의 CCD(42)의 예로서 고체 촬상 장치의 화소부의 주요부를 나타낸 평면도이다. 본 실시 형태에서는 일례로서 4상 구동 CCD에 대하여 설명한다. CCD(42) 및 CCD 드라이버(43)는 서로 협업하여 4상 구동 동작을 수행하는데, 이에 대해서는 후술한다.
화소부에는 화소를 구성하는 수광부(1)가 배치되어 있다. 수광부(1)는, 도시되어 있지는 않지만, 수평 방향 H 및 수직 방향 V로 복수 개가 배치되어 있다. 수광부(1)는 포토다이오드로 이루어지며, 입사광량에 따른 신호 전하를 생성하여, 일정 기간 축적한다.
수광부(1)의 수평 방향으로 인접하고, 수직 방향으로 연장되는 전송 채널(2)이 배치되어 있다. 전송 채널(2)은 수평 방향으로 배치되는 수광부(1) 사이에서 연장되도록 배치되어 있다. 전송 채널(2)은 신호 전하를 수직 방향 V로 전송하는 포텐셜 분포를 생성한다.
수직 방향 V로 연장되는 전송 채널(2) 상에는 전송 전극(3)이 배치되어 있다. 전송 전극(3)은 레이아웃 형상의 면에서, 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극 (3b)으로 나뉜다. 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극(3b)을 구별할 필요가 없는 경우에는 단순히 전송 전극(3)이라고 한다. 본 실시 형태에서는 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극(3b)이 동일한 층으로 형성되는 단층 전송 전극 구조를 채용하고 있다. 전송 전극(3)은, 예를 들면 폴리실리콘으로 형성된다. 전송 전극(3)은 입사광의 차단을 방지하기 위해, 예를 들면 막 두께가 200㎚ 이하로 얇은 것이 바람직하다.
상기한 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극(3b)은 전송 채널(2) 상에서 수직 방향으로 교대로 반복하여 배열되어 있다. 상기한 전송 전극(3)과 전송 채널(2)에 의해, 수직 방향 V로 배열되는 수광부(1)의 각 라인마다 공통 배치되는, 소위 수직 전송부가 구성된다.
제1 전송 전극(3a)은 수직 방향으로 배열되는 수광부(1) 사이를 통하여 수평 방향 H로 연결되어 있다. 2㎛×2㎛ 정도의 화소를 구성하는 경우, 수광부(1) 사이의 제1 전송 전극(3a) 부분의 폭 W1은 0.45㎛ 정도이다.
제2 전송 전극(3b) 각각은 전송 채널(2) 상에서 고립된 형상, 즉 수평 방향 H로 연결되지 않고 분리된 형상을 갖는다. 제2 전송 전극(3b)은 수광부(1)에 인접하여 배치되어 있다.
제1 전송 전극(3a) 상에는 절연막 위로 수평 방향 H로 연장되는 2개의 션트 배선(4)이 배치되어 있다. 션트 배선(4)은 전송 전극(3)을 형성하는 폴리실리콘보다 낮은 저항율의 텅스텐으로 형성된다. 션트 배선(4)은 본 발명의 저저항 배선에 상당한다. 션트 배선(4)의 개수는 하나의 수광부(1)에 대하여 배치되는 전송 전극 의 수에 대응하며, 본 실시 형태에서는 2개이다. 하나의 션트 배선(4)의 폭 W2는 예를 들면 0.12㎛이고, 2개의 션트 배선(4)의 간격 W3은 예를 들면 0.16㎛이다. 션트 배선(4)은, 접속처에 따라 션트 배선(4a)과 션트 배선(4b)으로 나뉜다. 션트 배선(4a)과 션트 배선(4b)을 구별할 필요가 없는 경우에는 단순히 션트 배선(4)이라고 한다.
션트 배선(4a)은, 전송 채널(2) 상에서, 접속부(5)에 의해 제1 전송 전극(3a)과 접속되어 있다. 션트 배선(4b)은 전송 채널(2) 상에서, 접속부(5)에 의해 제2 전송 전극(3b)과 접속되어 있다.
전송 채널(2) 상에서, 수직 방향 V로 교대로 반복하여 배열된 제1 전송 전극(3a) 및 제2 전송 전극(3b)에는, 션트 배선(4)을 통하여, 수직 방향을 따라 위상이 다른 4상의 전송 펄스 ΦV1, ΦV2, ΦV3, ΦV4가 공급된다. 전송 펄스 ΦV1 내지 ΦV4의 전압은 예를 들면 -7V 내지 0V이다.
수광부(1)에 인접하는 플로팅 형상의 제2 전송 전극(3b)에는 전송 펄스 ΦV1 및 ΦV3 외에도, 션트 배선(4b)을 통하여, 수광부(1)에 축적된 신호 전하를 전송 채널(2)로 전송하기 위한 판독 펄스 ΦR이 공급된다. 판독 펄스 ΦR의 전압은, 예를 들면 +12V 내지 +15V이다.
도 3a는 도 2의 A-A'선을 따른 단면도이고, 도 3b는 도 2의 B-B'선을 따른 단면도이다. 도 3a에는 차광막(6) 위의 상층부의 구성이 도시되어 있지만, 도 3b에는 도면의 간략화를 위해서 생략되어 있다.
본 실시 형태에서는, 예를 들면 n형 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판(10) 을 이용한다. 반도체 기판(10)에는 p형 웰(11)이 형성되어 있다. p형 웰(11) 내에는 n형 영역(12)이 형성되고, n형 영역(12)의 위치보다 표면측에 가까운 위치에 p형 영역(13)이 형성되어 있다. n형 영역(12)과 p형 웰(11)의 pn 접합에 의해 형성되는 포토다이오드에 의해서 수광부(1)가 구성된다. 따라서, n형 영역(12)에 비해 표면측에 더 가까이 p형 영역(13)이 형성되어 있어, 암 전류(dark current)를 저감한 매립된 포토다이오드가 형성된다.
n형 영역(12)에 인접하여, p형 웰(14)이 형성되어 있고, p형 웰(14) 내에 n형 영역에 의해 형성되는 전송 채널(2)이 형성되어 있다. 인접하는 수광부(1) 사이에서의 신호 전하의 흐름을 방지하기 위한 p형의 채널 스톱부(16)가 형성되어 있다. 도시한 예에서는 수광부(1)와, 수광부(1)의 좌측의 전송 채널(2) 사이가 판독 게이트부(17)로 된다. 따라서, 전송 전극(3)에 의해 판독 게이트부(17)의 포텐셜 분포가 제어되며, 수광부(1)의 신호 전하는 좌측의 전송 채널(2)에 의해 판독된다.
여러가지의 반도체 영역이 형성된 반도체 기판(10) 상에는, 게이트 절연막(20)을 개재하여 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 전극(3)이 형성되어 있다. 전송 전극(3)의 막 두께는, 예를 들면 0.1㎛이다.
전송 전극(3)을 피복하도록, 예를 들면 산화실리콘으로 이루어지는 절연막(21)이 형성되어 있다. 전송 전극(3) 상에는 절연막(21)을 개재하여, 예를 들면 텅스텐으로 이루어지는 션트 배선(4)이 형성되어 있다. 션트 배선(4)의 막 두께는, 예를 들면 0.1㎛이다. 절연막(21)은 접속부(5)에서 개구가 형성되어 있으며, 접속부(5)에서 션트 배선(4)과 전송 전극(3)이 접속된다.
션트 배선(4)을 피복하도록, 예를 들면 산화실리콘으로 이루어지는 층간 절연막(22)이 형성되어 있다. 절연막(21) 및 층간 절연막(22)을 개재하여, 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)을 피복하는 차광막(6)이 형성되어 있다. 차광막(6)에는 수광부(1)의 위쪽에 개구부(6a)가 형성되어 있다.
차광막(6)을 피복하여 전면에, 예를 들면 PSG(phosphosilicate glass) 또는 BPSG(borophosphosilicate glass)막으로 이루어지는 층간 절연막(23)이 형성되어 있고, 이에 따라 표면이 평탄화되어 있다.
층간 절연막(23) 상에는, 예를 들면 산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어지는 층내 렌즈(24)가 형성되고, 또한 그 위에 평탄화막(25)이 형성되어 있다. 평탄화막(25)은, 예를 들면 가시광에 대하여 투과율이 높은 수지로 형성된다.
평탄화막(25) 상에는 소정의 파장 영역의 광을 투과시키는 복수종의 컬러 필터(26)가 형성되어 있다. 컬러 필터(26)는 원색계에서는 적(R), 녹(G), 청(B) 중 임의의 것으로 착색되고, 보색계에서는 예를 들면 옐로우(Ye), 시안(Cy), 마젠더(Mg), 녹(G) 등 중 임의의 것으로 착색된다.
컬러 필터(26) 상에, 온 칩 렌즈(27)가 형성되어 있다. 온 칩 렌즈(27)는 네가티브형 감광 수지와 같은 광 투과 재료로 형성된다.
다음으로, 상기한 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 동작에 대하여 설명한다.
입사광은 온 칩 렌즈(27)에 의해 집광되어, 컬러 필터(26)에 의해 소정의 파장 영역의 광만이 통과된다. 컬러 필터(26)를 통과한 광은 층내 렌즈(24)에 의해 다시 집광되어, 수광부(1)로 유도된다.
수광부(1)에 이미지의 광이 입사되면, 광전 변환에 의해 입사광량에 따른 신호 전하(본 예에서는 전자)가 생성되어, 수광부(1)의 n형 영역(12) 내에서 일정 기간 축적된다. 션트 배선(4b)을 통하여, 제2 전송 전극(3b)(도 2 참조)에 판독 펄스 ΦR이 공급되면, 판독 게이트부(17)의 포텐셜 분포가 변화하고, n형 영역(12) 내의 신호 전하가 전송 채널(2)에 판독된다.
신호 전하가 전송 채널에 판독된 후, 션트 배선(4)을 통하여, 수직 방향 V 로 배열되는 전송 전극(3)에, 4상의 전송 펄스 ΦV1 내지 ΦV4가 공급된다. 4상의 전송 펄스 ΦV1 내지 ΦV4에 의해, 전송 채널(2)의 포텐셜 분포가 제어되어, 신호 전하가 수직 방향 V로 전송된다.
도시하지는 않지만, 신호 전하가 수직 방향 V로 전송된 후, 수평 전송부에 의해 수평 방향으로 전송되어, 출력부에 의해 신호 전하량에 따른 전압으로 변환되어 출력된다.
다음으로, 상기한 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대하여, 도 4∼도 7의 공정 단면도를 참조하여 설명한다. 도 4∼도 7의 공정 단면도는 도 3a에 상당하는 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이 n형 실리콘으로 형성되는 반도체 기판(10)에, 이온 주입법에 의해, p형 웰(11), n형 영역(12), p형 영역(13), n형의 전송 채널(2), p형 웰(14), 및 p형의 채널 스톱부(16)를 형성한다. 산화실리콘막 등을 반도체 기판(10) 상에 형성한 상태에서 이온 주입을 실시해도 된다. 산화실리콘막 등을 형 성한 경우에는 이온 주입 후에 제거한다.
다음으로, 도 4b에 도시한 바와 같이 열 산화법 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해, 반도체 기판(10)의 표면 상에, 예를 들면 산화실리콘으로 이루어지는 게이트 절연막(20)을 형성한다. 계속해서, 게이트 절연막(20) 상에, CVD법에 의해 폴리실리콘을 퇴적하여, 드라이 에칭에 의해 가공함으로써, 전송 전극(3)을 형성한다. 폴리실리콘 막의 두께는 차단을 감소시키기 위해, 2㎛×2㎛의 화소의 경우에는 200㎚ 이하가 바람직하다.
다음으로, 도 5a에 도시한 바와 같이 CVD법에 의해 전송 전극(3)을 피복하는 산화실리콘 등으로 이루어지는 절연막(21)을 형성한다. 계속해서, 접속부(5)로 되는 위치의 절연막(21)을 제거하여, 전송 채널(2) 상의 전송 전극(3)의 일부를 노출시킨다.
다음으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 스퍼터링법 또는 CVD법에 의해, 절연막(21) 상에 예를 들면 텅스텐막을 성막하고, 드라이 에칭에 의해 텅스텐막을 가공하여, 션트 배선(4)을 형성한다.
다음으로, 도 6a에 도시한 바와 같이 CVD법에 의해 산화실리콘막 등을 퇴적시켜, 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)을 피복하는 층간 절연막(22)을 형성한다.
다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이 스퍼터링법 또는 CVD법에 의해, 텅스텐막을 성막하고, 드라이 에칭에 의해 텅스텐막을 가공하여, 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)을 피복함으로써, 수광부(1)의 위쪽에 개구부(6a)를 갖는 차광막(6)을 형성한다.
다음으로, 도 7a에 도시한 바와 같이 CVD법에 의해, BPSG막 또는 PSG막을 퇴적시켜, 층간 절연막(23)을 형성한다. 퇴적 후, 리플로우 처리를 행함으로써 표면이 평탄화된 층간 절연막(23)으로 된다. 이 리플로우 처리는 800℃ 이상의 고온에서 이루어지므로, 션트 배선(4) 및 차광막(6)에, 알루미늄이 아닌 텅스텐을 사용함으로써, 이러한 고온에도 견딜 수 있는 구성으로 하고 있다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이 수광부(1)의 위쪽의 층간 절연막(23) 상에 층내 렌즈(24)를 형성한다. 층내 렌즈(24)의 형성을 위해 우선, 예를 들면 플라즈마 CVD법에 의해 산화실리콘 또는 질화실리콘 등의 광 투과막을 퇴적시키고 그 후, 레지스트막의 도포, 패터닝 및 리플로우 처리에 의해 볼록 렌즈 형상의 레지스트막을 형성하고, 마지막으로, 레지스트막과 광 투과막의 에칭 선택비가 거의 1이 되는 조건으로 에칭함으로써, 층내 렌즈(24)가 형성된다. 층내 렌즈(24)의 형성 후, 예를 들면 가시광에 대하여 투과율이 높은 수지로 이루어지는 평탄화막(25)을 형성한다.
이후의 공정으로서는, 예를 들면 착색법에 의해 컬러 필터(26)를 형성한다. 그 후, 컬러 필터(26) 상에, 네가티브형 감광성 수지 등의 광 투과성 수지를 퇴적시키고, 층내 렌즈(24)와 같이 볼록 렌즈 형상의 레지스트 패턴을 마스크로 이용한 에칭에 의해, 온 칩 렌즈(27)를 형성한다. 이상에 의해, 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치가 제조된다.
다음으로, 상기한 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는 1층의 폴리실리콘에 의해 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극(3b)을 형성하는 단층 전송 전극 구조를 채용하고 있다. 그리고, 수평 방향으로 연결된 제1 전송 전극(3a) 상에, 수평 방향으로 연장되는 2개의 션트 배선(4a, 4b)을 형성하여, 전송 채널(2) 상에서, 제1 전송 전극(3a) 및 제2 전송 전극(3b)에 접속시키고 있다.
수평 방향으로 연장되는 저저항의 션트 배선(4a, 4b)을 통하여, 전송 채널(2) 상의 제1 전송 전극(3a) 및 제2 전송 전극(3b)에 4상의 전송 펄스 ΦV1 내지 ΦV4를 공급할 수 있으므로, 전송 펄스의 둔화 및 지연을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 큰 화면 각도화 및 고속 구동을 구현할 수 있다.
또한, 션트 배선(4a, 4b)에 의해 화소부의 모든 전송 전극(3)으로 전송 펄스가 공급되므로, 단층 구조의 전송 전극(3)을 그만큼 저저항화할 필요가 없어, 종래에 비하여 박막화할 수 있다. 또한, 션트 배선(4a, 4b)을 구성하는 텅스텐은, 저항율이 폴리실리콘에 비하여 2자릿수(디지트) 정도 낮기 때문에, 박막화를 도모할 수 있다. 예를 들면, 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)을 각각 200㎚ 이하의 박막으로 할 수 있다. 따라서, 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)을 피복하여 수광부(1)를 둘러싸는 차광막(6)의 높이를 낮게 할 수 있어, 차광막(6)에 의한 입사광의 차단이 저감된다.
또한, 수평 방향으로 션트 배선(4a, 4b)을 연장시키고 있으므로, 션트 배선(4a, 4b)이 수평 방향으로 배열되는 모든 제1 전송 전극(3a) 또는 제2 전송 전극(3b)에, 전송 채널(2) 상에서 접속된다. 이 때문에, 전송 모드가 제약을 받지 않 고, 화소의 인터리빙 전송 등에도 대응 가능하다.
또한, 수평 방향으로 연장되는 션트 배선(4a, 4b) 아래에는 제1 전송 전극(3a)이 존재하고 있으므로, 션트 배선(4b)을 통하여 플로팅 형상의 제2 전송 전극(3b)에 판독 펄스 ΦR을 공급한 경우에, 하층의 제1 전송 전극(3a)에 의한 차단 효과에 의해, 션트 배선(4b) 아래의 반도체 기판(10)의 포텐셜 분포가 영향을 받지 않는다. 따라서, 수직 방향으로 배열되는 수광부(1) 사이에 있어서의 혼색을 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에서는 4상 구동 CCD의 예에 대하여 설명했지만, 본 실시 형태에서는 6상 구동 혹은 3상 구동 CCD의 예에 대하여 설명하는데, CCD(42) 및 CCD 드라이버(43)는 3상 구동을 수행하는 데에 있어서 서로 협업한다. 도 8은 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에서의 화소부의 주요부 평면도이다. 도 2와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 병기하고, 그 설명은 생략한다.
수직 방향 V로 연장되는 전송 채널(2) 상에는 단층의 폴리실리콘으로 이루어지는 전송 전극(3)이 배열되어 있다. 본 실시 형태에서는 전송 전극(3)은 제1 전송 전극(3a)과 제2 전송 전극(3b) 외에 추가로, 제3 전송 전극(3c)을 갖는다. 전송 전극(3)은 입사광의 차단을 방지하기 위해서, 예를 들면 막 두께가 200㎚ 이하로 얇은 것이 바람직하다.
상기한 제1 전송 전극(3a), 제2 전송 전극(3b) 및 제3 전송 전극(3c)은 전송 채널(2) 상에서 수직 방향으로 교대로 반복 배열되어 있다. 전송 전극(3)과 전송 채널(2)에 의해, 수직 방향 V로 배열되는 수광부(1)의 열마다 공통 배치되는, 소위 수직 전송부가 구성된다.
제1 전송 전극(3a)은 수직 방향으로 배열되는 수광부(1) 사이를 통하여 수평 방향 H로 연결되어 있고, 제2 전송 전극(3b) 각각은 전송 채널(2) 상에 고립된 형상, 즉 수평 방향 H로 연결되지 않고 분리된 형상을 갖는 것은 제1 실시 형태와 동일하다.
제3 전송 전극(3c)은 제2 전송 전극(3b)과 동일한 방식으로 전송 채널(2) 상에 고립된 형상, 즉 수평 방향 H로 연결되지 않고 분리된 형상을 갖는다. 제3 전송 전극(3c)은 수광부(1)에 인접 배치되어 있다.
제1 전송 전극(3a) 상에는 절연막을 개재하여 수평 방향 H로 연장되는 3개의 션트 배선(4)이 형성되어 있다. 션트 배선(4)은 전송 전극(3)을 구성하는 폴리실리콘보다 낮은 저항율의 텅스텐에 의해 형성되고, 본 발명의 저저항 배선에 상당한다. 션트 배선(4)은 3종류의 션트 배선(4a, 4b, 4c)에 의해 구성된다.
션트 배선(4a)은 전송 채널(2) 상에서, 접속부(5)에 의해 제1 전송 전극(3a)과 접속되어 있다. 션트 배선(4b)은 전송 채널(2) 상에서, 접속부(5)에 의해 제2 전송 전극(3b)과 접속되어 있다. 션트 배선(4c)은 전송 채널(2) 상에서, 접속부(5)에 의해 제3 전송 전극(3c)과 접속되어 있다.
6상 구동을 실현하는 경우에는 전송 채널(2) 상에, 수직 방향 V로 교대로 반복하여 배열된 제1 전송 전극(3a), 제2 전송 전극(3b) 및 제3 전송 전극(3c)에는 션트 배선(4)을 통하여, 수직 방향을 따라 위상이 다른 6상의 전송 펄스 ΦV1, Φ V2, ΦV3, ΦV4, ΦV5, ΦV6이 공급된다. 이 중, 판독 펄스 ΦR은 션트 배선(4b, 4c)을 통하여, 화소에 인접하는 2개의 전송 전극(3b, 3c)에 공급된다.
3상 구동을 실현하는 경우에는 전송 채널(2) 상에, 수직 방향 V로 교대로 반복하여 배열된 제1 전송 전극(3a), 제2 전송 전극(3b) 및 제3 전송 전극(3c)에는 션트 배선(4)을 통하여, 수직 방향을 따라 위상이 다른 3상의 전송 펄스 ΦV1, ΦV2, ΦV3이 공급된다. 이 중, 판독 펄스 ΦR은, 예를 들면 션트 배선(4c)을 통하여, 화소에 인접하는 1개의 제3 전송 전극(3c)에 공급된다.
이상과 같이 플로팅 형상의 제3 전송 전극(3c)을 추가하고, 제1 전송 전극(3a) 상에 연장되는 션트 배선(4)의 개수를 3개로 함으로써, 3상 구동 혹은 6상 구동의 고체 촬상 장치를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에 따르면, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻는다.
본 발명은 상기의 실시 형태의 설명에 한정되지 않는다.
예를 들면, 본 실시 형태에서는 3상 구동, 4상 구동, 6상 구동의 예에 대하여 설명했지만, 2상 구동이어도 된다. 2상 구동인 경우에는 전송 전극(3) 및 션트 배선(4)의 레이아웃은 제1 실시 형태와 동일하다. 전송 펄스 Φ3을 Φ1로 변경하고, Φ4를 Φ2로 변경하고, 전송 전극(3a, 3b) 아래의 전송 채널(2)에 전위 구배를 부여함으로써, 2상 구동을 실현할 수 있다. 또한, 6상 구동 이상이어도 된다. 이 경우에는 플로팅 형상의 전송 전극을 추가하고, 션트 배선의 개수를 증가시키면 된다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치는 라인간 전송형의 고체 촬상 장치 및 프레임 라인간 전송형의 고체 촬상 장치에 적용할 수 있다. 차광막(6)의 상층의 구조는 여러가지의 변경이 가능하다. 본 실시 형태에서 예를 든 수치 및 재료 등은 단지 일례이고, 이들에 한정되는 것이 아니다.
당업자라면, 첨부된 특허청구범위 또는 이 등가물의 범위 내에서 설계 요건 및 그 밖의 팩터에 따라 여러 변경, 결합, 세부 결합 및 수정이 실시될 수 있음을 알 것이다.
본 발명의 고체 촬상 장치에 따르면, 수광부의 주연부에서의 입사광의 차단을 저감하고, 또한 큰 화면 각도화 및 고속 구동화를 구현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 고체 촬상 장치로서,
    수평 방향과 수직 방향 각각에 설치되어 있는 복수의 수광부와,
    상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수직 방향으로 연장되어 있는 복수의 전송 채널과,
    상기 복수의 전송 채널 각각의 상방에서 상기 수직 방향으로 설치되어 있는 복수의 전송 전극과,
    상기 수직 방향에 있어서 상기 복수의 전송 전극의 각각에 대응하여 설치되어 있고, 상기 전송 전극보다 저저항인 복수의 션트 배선
    을 포함하고,
    상기 전송 전극은,
    상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 연결되어 있는 복수의 제1 전송 전극과,
    상기 제1 전송 전극과 동일한 층에 형성되어 있고, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제2 전송 전극과,
    상기 제1 전송 전극 및 상기 제2 전송 전극과 동일한 층에 형성되어 있고, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제3 전송 전극
    을 포함하며,
    상기 제1 전송 전극, 상기 제2 전송 전극 및 상기 제3 전송 전극은, 상기 복수의 수광부를 구성하는 하나의 수광부에 대하여 배치되어 있고, 상기 수직 방향에 있어서, 순차 반복 배열되어 있으며,
    상기 션트 배선은,
    상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제1 전송 전극 각각에, 제1 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제1 션트 배선과,
    상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제2 전송 전극 각각에, 제2 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제2 션트 배선과,
    상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제3 전송 전극 각각에, 제3 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제3 션트 배선
    을 포함하고,
    상기 제1 션트 배선, 상기 제2 션트 배선 및 상기 제3 션트 배선 모두는, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 있고, 상기 제1 전송 전극의 상방에 있어서, 상기 수직 방향으로, 순차 반복 배열되어 있으며,
    상기 제2 션트 배선 또는 상기 제3 션트 배선을 통해 상기 제2 전송 전극 또는 상기 제3 전송 전극에 판독 펄스를 공급함으로써, 상기 수광부에 축적된 신호 전하를 상기 전송 채널에 판독한 후에, 상기 제1 전송 전극과 상기 제2 전송 전극과 상기 제3 전송 전극에의 전송 펄스의 공급을, 상기 제1 션트 배선과 상기 제2 션트 배선과 상기 제3 션트 배선을 통해 행함으로써, 상기 전송 채널에 판독된 신호 전하를 상기 전송 채널에 있어서 상기 수직 방향으로 전송하는, 고체 촬상 장치.
  2. 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
    수평 방향과 수직 방향 각각에 배열되도록 복수의 수광부를 형성하는 수광부 형성 단계와,
    상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수직 방향으로 연장되도록 복수의 전송 채널을 형성하는 전송 채널 형성 단계와,
    상기 복수의 전송 채널 각각의 상방에서 상기 수직 방향으로 배열되도록 복수의 전송 전극을 형성하는 전송 전극 형성 단계와,
    상기 수직 방향에서 상기 복수의 전송 전극의 각각 대응하여 배열되도록, 상기 전송 전극보다 저저항인 복수의 션트 배선을 형성하는 션트 배선 형성 단계
    를 포함하고,
    상기 전송 전극 형성 단계에서는,
    상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 수평 방향으로 연장되어 연결되어 있는 복수의 제1 전송 전극과, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제2 전송 전극과, 상기 수평 방향에 있어서 분리되어 있는 복수의 제3 전송 전극이, 상기 복수의 수광부를 구성하는 하나의 수광부에 대하여 배치되어 있고, 상기 수직 방향에 있어서, 순차 반복 배열되도록, 상기 제1 전송 전극, 상기 제2 전송 전극 및 상기 제3 전송 전극을, 상기 전송 전극으로서 서로 동일한 층에 형성하고,
    상기 션트 배선 형성 단계에서는,
    상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제1전송 전극 각각에, 제1 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제1 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제2 전송 전극 각각에, 제2 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제2 션트 배선과, 상기 전송 채널의 상방에서, 상기 수평 방향으로 배열되는 상기 복수의 제3 전송 전극 각각에, 제3 접속부를 통해 전기적으로 접속된 제3 션트 배선 모두는, 상기 수직 방향으로 순차 반복 배열되어 있으며, 상기 수직 방향으로 배열되는 상기 복수의 수광부 사이에서, 상기 제1 전송 전극의 상방에서 상기 수평 방향으로 연장되도록, 상기 제1 션트 배선, 상기 제2 션트 배선 및 상기 제3 션트 배선을 상기 션트 배선으로서 형성하고,
    상기 고체 촬상 장치에서는, 상기 제2 션트 배선 또는 상기 제3 션트 배선을 통해 상기 제2 전송 전극 또는 상기 제3 전송 전극에 판독 펄스를 공급함으로써, 상기 수광부에 축적된 신호 전하를 상기 전송 채널에 판독한 후에, 상기 제1 전송 전극과 상기 제2 전송 전극과 상기 제3 전송 전극에의 전송 펄스의 공급을, 상기 제1 션트 배선과 상기 제2 션트 배선과 상기 제3 션트 배선을 통해 행함으로써, 상기 전송 채널에 판독된 신호 전하를 상기 전송 채널에 있어서 상기 수직 방향으로 전송하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
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