KR101388250B1 - 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라 - Google Patents
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Abstract
수광부의 주위의 전극에 대해서 정공 축적층의 위치를 최적화하여 촬상 특성의 향상 및 안정화를 도모한 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라를 제공한다. 상기 고체 촬상 장치는 기판에 복수 형성된 수광부와, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판상에 형성된 전극을 가지며, 상기 전극은, 적어도 정전압이 인가되는 제 1전극과 0V 혹은 부전압만이 인가되는 제 2전극을 가지며, 상기 수광부는, 상기 기판에 형성된 신호 전하 축적 영역과 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에 형성된 정공 축적 영역을 가지며, 상기 정공 축적 영역은, 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며 상기 제 2전극을 오버랩하도록 배치된다.
Description
도 1은, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 촬상부의 주요부 평면도이다.
도 3은, 도 2의 A－A＇선에 있어서의 단면도이다.
도 4는, 도 2의 B－B＇선에 있어서의 단면도이다.
도 5a - 5c는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 6a - 6b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 7a - 7b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 8a - 8b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 9a- 9b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 10a - 10b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 11a - 11b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 13은, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조 방법의 변형예를 나타내는 플로차트이다.
도 14a 및 14b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 일 예의 구성에 대한 개략도이다.
도 16은, 전송 전극을 나타내는 평면도이다.
도 17은, 전송 전극 및 제 1구동 배선을 나타내는 평면도이다.
도 18은, 전송 전극 및 제 1 ~ 제 2구동 배선을 나타내는 평면도이다.
도 19는, 도 18의 A－A＇선에 있어서의 단면도이다.
도 20은, 도 18의 B－B＇선에 있어서의 단면도이다.
도 21은, 도 18의 C－C＇선에 있어서의 단면도이다.
도 22a - 22c는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 23a - 23b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 24a - 24b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 25a - 25b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 26a - 26b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 27a - 27b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 28a - 28b는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다.
도 29는, 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치가 적용되는 카메라의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
본 발명은, 2005년 7월 27일 일본 특허청에 제출된 일본특허번호 제2005-217624호와 2005년 7월 29일 일본 특허청에 제출된 일본특허번호 제2005-220939호와 관련된 주제를 포함하고 있으며, 그 전체 내용은 본 참조난에 포함되어 있다.
본 발명은, 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라에 관한 것이며, 특히, 매입 포토 다이오드(embedded photodiodes)로 구성되는 수광부를 가지는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 CCD(Charge Coupled Device) 형태의 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라에 관한 것이다.
CCD의 수광부로서, 매입 포토 다이오드가 채용되고 있다. 매입 포토 다이오드에서는, pn접합이 모두 기판중에 존재하기 때문에, 암전류(dark current)가 억제된다. 매입 포토 다이오드로 구성되는 수광부는, n형의 전하 축적층과, 전하 축적층의 표층에 형성된 p＋형의 정공 축적층을 가진다.
전하 축적층 및 정공 축적층은, 전송 전극의 형성 후에 이온 주입에 의해 형성된다(예를 들면, 일본특허번호 제3320589호 참조). n형의 전하 축적층의 위치는, 판독 전압 및 블루밍 특성(blooming characteristics)에 영향을 주기 때문에, 전송 전극에 대해서 자가 조정(self alignment)을 실행함으로써 전하 축적층을 형성하여, 이러한 특성을 안정시킬 수 있다. 또, 정공 축적층의 위치는, 판독 전압이나 암전류치에 영향을 주기 때문에, 전송 전극에 대해서 자가 조정을 실행함으로써 정공 축적층을 형성하여, 이러한 특성을 안정시킬 수 있다.
n형의 전하 축적층에 대해서는, 전송 전극의 형성 전에 이온 주입에 의해 형성하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 일본특허번호 제2866351호 참조). 이러한 프로세스는, 노광 장치의 오버레이(overlay) 정도 향상에 의해 가능하게 된다. 전송 전극의 형성 전에 n형의 전하 축적층을 형성하여, 전하 축적층을 확대시켜 감도의 향상을 도모할 수 있다.
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CCD 고체 촬상 장치의 수직 전송부(수직 전송 CCD) 의 취급 전하량을 증대하기 위해서, 화소 신호의 전체 화소 판독 및 시닝(thinning) 처리를 실현하기 위해서는, 1화소 당 3개 이상의 전송 전극을 준비하고, 3개 이상의 다상(three or more phases) 구동을 실시할 필요가 있다.
상기의 전송 전극은, 3층 이상의 다결정의 실리콘층을 이용해 형성되어 있었다. 이 경우에는, 각 전송 전극은, 서로 단부가 겹쳐서 배치된다. 다만, 화소 사이즈가 미세화됨에 따라, 수직 전송부를 구성하는 요철과 전송 전극의 중첩에 의한 영향이 현저하게 된다. 입사광의 차단, 즉, 차광막에 의해 본래 수광부에 입사해야 할 빛의 차단 현상이, 요철에 기인하여 발생하기 쉬워진다. 이 결과, 수광부에 대한 입사량이 저감하고, 광감도의 저하가 이어진다.
수직 전송부의 요철을 줄이기 위해, 1층의 다결정의 실리콘층에 의해 단층 구조의 전송 전극을 형성하는 방법이 제안되고 있다(일본특허공개번호 제2003-7997호 참조). 그렇지만, 기재의 방법에서는, 횡방향(수평 방향)으로 전송 전극을 연결할 필요가 있기 때문에, 화소간에 2개 이상의 배선이 배열된다. 이 경우에는, 수직 방향에서 인접하는 화소간의 폭이 커져, 수광부 면적이 감소하고, 광감도나 수광부의 취급 전하량이 감소한다는 문제가 있다. 수광부의 전위를 깊게해 취급 전하량을 유지하는 방법도 있지만, 이 경우에는 판독 전압이 높아진다는 문제가 있다. 단층 구조의 전송 전극을 이용하고 전송 전극에 전송 펄스를 공급하기 위한 구동 배선(션트 배선)을 전송 전극의 상층에 제공하는 구조가 개시되어 있다(일본특허번호 제3123068호 참조). 그렇지만, 수직 전송부를 따라서 세로 방향에 구동 배선을 마련하는 구조가 대부분이다. 세로 방향에 구동 배선을 배치했을 경우에는, 전송 모드가 제약을 받아 화소의 시닝 전송을 실현하기 어렵다는 문제가 있다.
정공 축적층은, 전송 전극에 대해서 자가 조정에 의해 형성된다. 이 때문에, 촬상 특성의 향상 혹은 안정화의 관점에서 보면, 수광부의 주위의 전극에 대한 정공 축적층의 위치의 최적화를 측정할 수 없었다.
본 발명에서는, 수광부의 주위의 전극에 대해서 정공 축적층의 위치를 최적화하여, 촬상 특성의 향상 및 안정화를 도모하는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 그와 관련된 카메라를 제공한다.
게다가, 본 발명에서는, 여러가지 전송 모드에 대응할 수 있고, 광감도의 향상을 도모할 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 기판에 복수 형성된 수광부와, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판상에 형성된 전극을 가지며, 상기 전극은, 적어도 정전압이 인가되는 제 1전극과 0 혹은 부전압만이 인가되는 제 2전극을 가지며, 상기 각각의 수광부는, 상기 기판에 형성된 신호 전하 축적 영역과 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에 형성된 정공 축적 영역을 가지며, 상기 각각의 정공 축적 영역은, 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며 상기 제 2전극을 오버랩하도록 배치된 고체 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 제 1방향 및 상기 제 1방향과 직교하는 제 2방향내에서, 기판에 복수 형성된 수광부와, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판상에 형성된 전송 전극을 가지며, 상기 전송 전극은, 상기 제 1방향내에서 상기 수광부와 인접하도록 형성되어 정(+)의 판독전압과 0 혹은 부(-)의 전송 펄스가 인가되는 제 1전송 전극과, 상기 제 2방향내에 배치된 상기 수광부사이를 통과하고, 0 혹은 부의 전송 펄스가 인가되는 제 2전송 전극을 가지며, 상기 수광부의 각각은, 상기 기판에 형성된 신호 전하 축적 영역과 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에 형성된 정공 축적 영역을 가지며, 상기 정공 축적 영역은, 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며 상기 제 2 전극을 오버랩하도록 배치된 고체 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 기판에 배치되는 복수의 수광부가 되는 영역에, 신호 전하 축적 영역을 형성하는 공정과, 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에, 정공 축적 영역을 형성하는 공정과, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판상에 전극을 형성하는 공정을 가지며, 상기 전극을 형성하는 공정은, 적어도 정전압이 인가되는 제 1전극과 0 혹은 부전압만이 인가되는 제 2전극을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 정공 축적 영역을 형성하는 공정은, 상기 정공 축적 영역을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며 상기 제 2전극을 오버랩하도록 배치되도록 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 기판의 제 1방향 및 상기 제 1방향과 직교하 는 제 2방향으로 배치되는 수광부가 되는 영역에, 복수의 신호 전하 축적 영역을 형성하는 공정과, 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에 정공 축적 영역을 형성하는 공정과, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판상에, 전송 전극을 형성하는 공정을 가지며, 상기 전송 전극을 형성하는 공정은, 상기 수광부에 대해서 제 1방향으로 인접해서 배치되며, 판독 전압과 0 혹은 부의 전송 펄스가 인가되는 제 1전송 전극과, 상기 제 2방향으로 배치된 상기 수광부 사이를 통과하고 0 혹은 부의 전송 펄스가 인가되는 제 2전송 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 정공 축적 영역을 형성하는 공정은, 상기 정공 축적 영역을 형성하는 단계를 포함하여, 상기 제 1방향내에서 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며, 상기 제 2방향내에서 상기 제 2 전극을 오버랩하도록 배치되도록 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 고체 촬상 장치와, 상기 고체 촬상 장치의 촬상면에 빛을 결상시키는 광학계와, 상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호에 대해서 소정의 신호 처리를 실시하는 신호 처리 회로를 가지며, 상기 고체 촬상 장치는, 기판에 복수 형성된 수광부와, 상기 수광부의 주위에 있어서의 상기 기판에 형성된 전극을 가지며, 상기 전극은, 적어도 정전압이 인가되는 제 1전극과, 0 혹은 부전압만이 인가되는 제 2전극을 가지며, 상기 수광부는, 상기 기판에 형성된 신호 전하 축적 영역과 상기 신호 전하 축적 영역의 표층부에 형성된 정공 축적 영역을 가지며, 상기 정공 축적 영역은, 상기 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며 상기 제 2전극을 오버랩하도록 배치된 카메라가 제공된다.
상술한 본 발명의 한 실시예에 의하면, 수광부의 정공 축적 영역은, 양의 전압이 인가되는 제 1전극으로부터 떨어진 거리에 배치되며, 제 2전극을 오버랩하도록 형성된다. 이와같이, 정공 축적 영역은, 정공 축적 영역의 위치의 최적화를 위해, 전송 전극을 형성하는 공정 이전에 형성된다.
게다가, 본 발명의 한 실시예에 의하면, 고체 촬상 장치에 있어서, 기판에 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부와, 상기 수광부의 열에 인접해서 배치된 복수의 전송 채널과, 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고 상기 제 2전송 전극상에 배치된 복수의 제 1전송전극과, 각각이 분리해서 배치되며, 상기 전송 채널상에 상기 제 1전송 전극과 같은 층에 배치된, 제 2전송 전극 및 제 3전송 전극과, 상기 제 1전송 전극상의 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고, 상기 행방향에서 인접하는 상기 제 2전송 전극을 접속하는 제 1구동 배선과, 상기 제 1구동 배선상의 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고, 상기 행방향에서 인접하는 상기 제 3전송 전극을 접속하는 제 2구동 배선을 포함하는 고체 촬상 장치가 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 기판에 불순물의 주입을 통해, 상기 기판에 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부와, 상기 수광부의 열에 인접해서 배치된 복수의 전송 채널을 형성하는 공정과, 상기 기판상에 도전층을 형성하는 공정과, 상기 전송 채널상에 각각 분리되어 배치된 상기 수광부, 제 2전송전극과 제 3전송전극 사이를 지나 행방향으로 연장되눈 복수의 제 1전송 전극을 형성하기 위해 상기 도전층을 퍼리하는 공정과, 상기 제 1전송 전극상의 상기 행 방향내에서 인접한 상기 제 2전송 전극을 연결하고, 상기 수광 사이를 통과하면서 상기 행방향으로 연장되어 있는 제 1구동 배선을 형성하는 공정과, 상기 제 1구동 배선상의 상기 행방향내에서 인접하는 상기 제 3전송 전극을 접속하고 상기 수광부 사이를 통과하면서 행 방향으로 연장되는 제 2구동 배선을 형성하는 공정을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 고체 촬상 장치와, 상기 고체 촬상 장치의 촬상면에 빛을 결상시키는 광학계와, 상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호에 대해서 소정의 신호 처리를 실시하는 신호 처리 회로를 가지며, 상기 고체 촬상 장치는, 기판에 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부와, 상기 수광부의 열에 인접해서 배치된 복수의 전송 채널과, 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고 상기 제 2전송 전극상에 배치된 복수의 제 1전송전극과, 각각이 분리해서 배치되며, 상기 전송 채널상에 상기 제 1 전송 전극과 같은 층에 배치된, 제 2전송 전극 및 제 3전송 전극과, 상기 제 1전송 전극상의 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고, 상기 행방향에서 인접하는 상기 제 2전송 전극을 접속하는 제 1구동 배선과, 상기 제 1구동 배선상의 상기 수광부 사이를 지나 행방향으로 연장되고, 상기 행방향에서 인접하는 상기 제 3전송 전극을 접속하는 제 2구동 배선을 포함하는 카메라가 제공된다.
상술한 본 발명의 한 실시예에 의하면, 제 1전송 전극, 제 1구동 배선과 제 2구동 배선은 열방향내에서 인접하는 수광부들 사이에서 중첩되도록 배치되어 있다. 그러므로, 열방향내에서 인접하는 수광부들 사이의 폭은 단지 한 개의 배선 폭이 되면 충분하다.
게다가, 행방향으로 연장되는 제 1구동 배선에 의해 동일행의 제 2 전송 전극에는 동위상의 전송 펄스를 공급할 수 있고, 행방향으로 연장되는 제 2구동 배선에 의해 동일행의 제 3전송 전극에는 동위상의 전송 펄스를 공급할 수 있다. 이 때문에, 3상구동, 6상구동, 9상구동과 같은 여러가지 전송 모드에 대응할 수 있다. 또, 전화소 판독(프로그레시브 스캔 : progressive scan), 프레임 판독(프레임 인테그레이션 : frame integration), 필드 판독(필드 인테그레이션)이라고 하는 각종의 전송 모드에 대응할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 수광부의 주위의 전극에 대해서 정공 축적층의 위치를 최적화하여, 촬상 특성의 향상 및 안정화를 도모하는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라를 제공한다.
게다가, 본 발명의 일실시예에 의하면, 여러가지 전송 모드에 대응할 수 있고, 광감도의 향상을 도모할 수 있는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라를 제공한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조해 설명한다. 각 도에서는, 동일한 구성요소에는 동일한 부호로 표시하였다. 본 실시 형태에서는, 본 발명을 인터라인 전송(interline-transfer) 방식의 CCD(Charge Coupled Device)형의 고체 촬상 장치에 적용한 예에 대해 설명한다. 다만, 전송 방식에는 특별히 한정이 없다.
도 1은, 본 발명의 첫 번째 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다. 본 발명의 첫 번째 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치(1)는, 촬상부(2)와 수평 전송부(3), 및 출력부(4)를 가진다.
촬상부(2)는, 각 화소마다 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부(5)와 수광부(5)의 수직열 마다 배치된 복수 라인의 수직 전송부(7)와, 수광부(5)와 수직 전송부(7)의 사이에 배치된 판독 게이트부(6)를 가진다.
수광부(5)는, 예를 들면 매입 포토 다이오드로 구성되어, 피사체로부터 입사하는 촬상광(입사빛)을 그 광량에 대응하는 전하량의 신호 전하로 광전 변환하여 축적한다. 판독 게이트부(6)는, 수광부(5)에 축적된 신호 전하를 수직 전송부(7)로 읽어낸다.
수직 전송부(7)는, 예를 들면 4상의 전송 펄스(φV1,φV2,φV3,φV4)에 의해 구동되며, 수광부(5)로부터 판독된 신호 전하를 수직 방향(도면, 아래방향)으로 전송한다. 전송 펄스는, 4상으로 한정되는 것은 아니다. 전송 펄스(φV1-φV4)는, 예를 들면 0V 혹은 -7V이다.
수평 전송부(3)는, 2상의 전송 펄스(φH1, φH2)에 의해 구동되며, 수직 전송부(7)로부터 수직 전송된 신호 전하를, 수평 방향(도면, 좌방향)으로 전송한다.
수직 전송부(7) 및 수평 전송부(3)는, 기판에 형성된 전송 방향으로 연장되는 기판내에 형성되는 전송 채널과 전송 채널상에 절연막을 삽입시킨 상태에서, 전송 방향으로 배열되도록 형성된 복수의 전송 전극을 가진다.
출력부(4)는, 수평 전송부(3)에 의해 수평 전송된 신호 전하를 전기신호로 변환해 출력한다. 출력부(4)는, 예를 들면 플로팅 확산(FD) 증폭기로 구성된다. 출력부(4)는, 플로팅 확산(FD)과 리셋트 게이트(RG)와 리셋트 드레인(RD)으로 구성되는 트랜지스터(4a)와 증폭기(4b) 및 출력 단자(4c)를 가진다.
수평 전송부에 의해 수평 전송된 신호 전하량에 따라 플로팅 확산( FD)의 전압이 변화한다. 플로팅 확산(FD)의 전압은 증폭기(4b)에 의해 증폭되고, 출력 단자(4c)에 의해 아날로그 화상 신호로서 도출된다. 그 후, 리셋트 게이트(RG)에 리셋트 펄스가 입력되고, 트랜지스터(4a)가 온 상태가 되며, 플로팅 확산(FD)의 신호 전하가 리셋트 드레인(RD)으로 흡수된다. 리셋트 드레인(RD)에는 전원 전압(Vdd)이 인가되어 있다.
도 2는, 촬상부(2)에 있어서의 주요부 평면도이다. 도 2에서는, 전송 전극만을 도시하고 있다 .
수광부(5)는, 수평 방향(제 1방향) H 및 수직 방향(제 2방향) V에 배치되어 있다. 수광부(5)는, 기판의 표층부에 p＋형의 정공 축적 영역(13)을 가진다.
수광부(5)의 주위에 있어서의 기판상에는, 절연막을 통해 전송 전극 (20)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에서는, 전송 전극(전극)(20)은, 제 1전송 전극(제 1전극)(21)과 제 2전송 전극(제 2전극)(22)을 가진다. 제 1전송 전극(21) 및 제 2전송 전극(22)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 단지 전송 전극 (20)으로 칭한다.
전송 전극(20)은 단층 구조이며, 예를 들면 1층의 다결정의 실리콘층에 의해 형성된다. 본 실시 형태에서는, 각 수광부(5)에 대응하여 2개의 전송 전극이 배치되어 있다.
제 1전송 전극(21)은, 수광부(5)에 대해서 수평 방향으로 인접해서 배치되어 있다. 각 수광부(5)에 대응해서 배치된 제 1전송 전극(21)은, 수평 및 수직 방향으로 분리되어 배치되어 있다.
제 2전송 전극(22)은, 수직 방향으로 인접하는 수광부(5) 사이를 통과하여 수평 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 각각의 수직 전송부(7)에서는, 제 1전송 전극(21)과 제 2전송 전극(22)이 교대로 배치되어 있다.
수평 방향으로 연장되는 제 2전송 전극(22)과 겹쳐지도록, 수평 방향으로 연장되는 각각의 제 1구동 배선(41)이 배치되어 있다. 제 1구동 배선(41)은, 제 2전송 전극(22)상에 절연막을 통해 형성되어 있다. 제 1구동 배선(41)은, 수직 전송부(7)상에서 수직 방향으로 연장되며, 접촉 구멍(CH)을 통해 제 1전송 전극(21)에 접속되어 있다.
제 1구동 배선(41)은, 다결정의 실리콘, 텅스텐등의 금속재료, 혹은 실리사이드계 재료에 의해 형성된다. 제 1구동 배선(41)으로서 금속재료를 이용하는 경우에는, 다결정의 실리콘을 이용하는 경우에 비해, 막 두께나 폭을 작게 해도 동등한 저항값을 얻을 수 있으므로, 수광부(5)의 가장자리에서 발생하는 단차(step differences)를 완화할 수 있는 이점이 있다.
판독시에는, 제 1구동 배선(41)을 통해 제 1전송 전극(21)에 정의 판독 전압(Vt)이 인가된다. 판독 전압은, 예를 들면 ＋10 - ＋15V이다. 판독전압(Vt)의 인가에 의해, 수광부(5)에 축적된 신호 전하(전자)는, 제 1전송 전극(21)하의 전송 채널로 판독된다.
판독후의 수직 전송시에는, 수직 방향으로 배열된 제 1전송 전극 (21), 제 2전송 전극(22), 제 1전송 전극(21), 제 2전송 전극(22)에 0V 혹은 부전압의 전송 펄스(φV1 - φV4)가 인가된다. 제 1전송 전극(21)에는, 제 1구동 배선(41)을 통해 전송 펄스(φV1, φV3)가 인가된다. 전송 펄스(φV1-φV4)는, 예를 들면 0V 혹은 -7V이다.
각각의 정공 축적 영역(13)은, 수직 방향으로 인접하는 0 혹은 부의 전송 펄스가 인가되는 제 2전송 전극(22)에 대해서 오버랩 하도록 배치되어 있다. 또, 정공 축적 영역(13)은, 수평 방향으로 인접하며 정전압이 인가되는 제 1전송 전극(21)에 대해서 거리를 두고 배치되어 있다.
예를 들면, 정공 축적 영역(13)은, 판독측(도면, 좌측)의 제 1전송 전극(21)에 대해서 오프셋량(W1)만큼 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 정공 축적 영역(13)은, 판독측의 반대측(도면, 우측)의 제 1전송 전극(21)에 대해서 오프셋량(W2)만큼 간격을 두고 배치되어 있다. 오프셋량(W1, W2)은, 예를 들면 0.1 - 0.3μm이다.
도 3은, 도 2의 A－A＇선을 자른 단면도이다. 도 4는, 도 2의 B－B＇선을 자른 단면도이다. 설명의 간략화를 위해 차광막의 상층에 대해서는, 도 3에만 도시하고 있다.
예를 들면, n형의 실리콘 기판(10)(이하, 기판(10)이라고 한다)에, p형 웰(11)이 형성되어 있다. p형 웰(11)은, 오버플로우 배리어(barrier)를 형성한다.
수광부(5)는, p형 웰(11)에 형성된 n형의 신호 전하 축적 영역(12)과 신호 전하 축적 영역(12)의 표층에 형성된 p＋형의 정공 축적 영역(13)을 가진다. 정공 축적 영역(13)은, 신호 전하 축적 영역(12)의 표면 근처에서 발생하고, 잡음원이 되는 암전류를 억제하기 위해서 설치되어 있다.
수광부(5)에는, 신호 전하 축적 영역(12), p형 웰(11) 및 기판(10)에 의해, npn 구조가 형성되어 있다. 이 npn 구조는, 수광부(5)에 강한 빛이 입사하여, 과잉으로 발생한 신호 전하가 p형 웰(11)에 의해 형성되는 오버플로우 배리어를 넘으면, 해당 신호 전하를 기판(10)측으로 배출하는 수직형 오버플로우 드레인 구조를 구성한다.
또, 상기의 수광부(5)는 전자 셔터의 기능을 갖추고 있다. 즉, 기판(10)에 공급되는 기판 전위를 고 레벨(예를 들면 ＋12V)로 함으로써, p형 웰(11)의 전위 장벽이 내려가고, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된 전하가 해당 전위 장벽을 넘어, 세로 방향, 즉 기판(10)으로 들어가게 된다. 이에 의해 노광 기간을 조정할 수 있다.
수직 전송부(7)는, 신호 전하 축적 영역(12)으로부터의 소정 간격에서 p형 웰(11)에 형성된 n형의 전송 채널(14)과, 전송 채널(14)상에 산화 실리콘막으로 구성되는 게이트 절연막(30)을 통해 형성된 예를 들면 다결정의 실리콘으로 구성되는 전송 전극(21, 22)에 의해 구성되어 있다. 전송 채널(14)아래에는, 비교적 고농도의 p형 영역(15)이 형성되어 있다. p형 영역(15)은, 전송 채널(14)아래에 전위 장벽을 형성한다. 이 때문에, 기판 (10)의 깊은 부분에서 광전 변환된 신호 전하가 전송 채널(14)에 들어가는 것이 방지되어, 스미어(smear)의 발생이 억제된다.
판독 게이트부(6)는, 신호 전하 축적 영역(12)과 전송 채널(14) 사이의 p형의 판독 게이트 영역(16)과, 판독 게이트 영역(16)상의 게이트 절연막(30)을 통해 형성된 전송 전극(21)에 의해 구성되어 있다. 판독 게이트 영역(16)은, n형의 신호 전하 축적 영역(12)과 전송 채널(14)사이에, 전위 장벽을 형성한다. 판독시에는, 제 1전송 전극(21)에 정의 판독 전압(예를 들면 ＋12V)이 인가되고, 판독 게이트 영역(16)의 전위 장벽이 낮아지며, 신호 전하는 신호 전하 축적 영역(12)으로부터 전송 채널(14)로 판독된다.
신호 전하 축적 영역(12)에 대해서 판독측과 반대되는 면에는, p형의 채널 스톱 영역(17)이 형성되어 있다. 또, 수직 방향으로 인접하는 수광부(5) 사이와 제 2전송 전극(22)아래에는, 채널 스톱 영역(17)이 형성되어 있다(도 4 참조). 채널 스톱 영역(17)은, 신호 전하에 대해서 전위 장벽을 형성하고, 신호 전하의 입출입을 방지한다. 정공 축적 영역(13)은, 수직 방향으로 인접하는 제 2전송 전극(22)에 대해서 오버랩 하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 제 2전송 전극(22) 아래에 있어서, 채널 스톱 영역 (17)과 정공 축적 영역(13)이 연결되어 있다.
제 1전송 전극(21) 및 제 2전송 전극(22)상에는, 절연막(31)을 통해 제 1구동 배선(41)이 형성되어 있다. 제 1전송 전극(21)과 제 1구동 배선(41)은, 절연막(31)에 형성된 접촉 구멍을 통해 접속되어 있다. 제 1구동 배선(41)은, 예를 들면 다결정의 실리콘, 텅스텐등의 금속재료, 실리사이드계 재료로 형성된다. 제 1구동 배선(41)을 덮기 위해서, 예를 들면 산화 실리콘으로 구성되는 절연막(32)이 형성되어 있다.
상기의 전송 전극(20) 및 제 1구동 배선(41)을 피복하도록, 차광막 (50)이 형성되어 있다. 차광막(50)은, 예를 들면 텅스텐등의 고융점 금속으로 구성된다. 차광막(50)에는, 수광부(5)에 빛을 입사시키기 위한 개구부(50a)가 형성되어 있다.
차광막(50)상에는, 예를 들면 BPSG(Boro phospho Silicate glass)로 구성되는 층간 절연막(61)이 형성되어 있다. 층간 절연막(61)상에는, 예를 들면 질화 실리콘으로 구성되는 패시베이션막(62)이 형성되어 있다. 패시베이션막(62)의 표면은, 평탄화되어 있다(flattened).
패시베이션막(62)상에는, 칼라 필터(70)가 형성되어 있다. 칼라 필터(70)는 예를 들면 원색 타입이며, 그린 컬러 필터(71), 블루 칼라 필터 (72)와 레드 칼라 필터(73)를 가진다. 보색 타입의 경우에는, 칼라 필터 (70)는 시안(cyanogen), 진홍색(magenta), 옐로우(yellow), 그린(green)의 칼라 필터에 의해 형성된다.
칼라 필터(70)상에는, 예를 들면 아크릴 열경화 수지로 구성되는 평탄화막(80)이 형성되어 있다. 평탄화막(80)상에는, 마이크로 렌즈(90)가 형성되어 있다.
상기의 고체 촬상 장치에서는, 입사빛은, 마이크로 렌즈(90)에 의해 집광되어, 각 칼라 필터(71, 72, 73)에 도달한다. 소정의 파장 영역의 빛만이 각 칼라 필터를 통과해, 수광부(5)에 입사한다. 수광부(5)에 입사한 빛은, 입사 광량에 대응하는 신호 전하로 광전 변환되고, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된다. 그 후, 전송 채널(14)로 판독되고, 수직 전송부(7)에 의해 수직 방향으로 전송된다.
다음에, 상기의 본 발명의 첫 번째 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해서, 도 5a-5c - 도 12를 참조하여 설명한다. 도 5a-5c - 11a-11b는, 고체 촬상 장치의 제조에 있어서의 공정 단면도이다. 도 12는, 고체 촬상 장치의 프로세스 흐름도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, n형의 실리콘으로 구성되는 기판(10)을 준비한다(ST1). 기판(10)으로서는, 예를 들면 n형 CZ 기판상에 20-40Ωcm정도의 저항율의 n형 에피텍셜층이 수μm-수십μm정도 형성된 기판을 이용한다. 그리고, 기판(10)에 이온 주입법에 의해 p형 웰(11)을 형성한다(ST2).
다음에, 도 5b에 도시한 바와 같이, 기판(10)에 이온 주입법에 의해, n형의 전송 채널(14), p형 영역(15), p형의 판독 게이트 영역(16), p형의 채널 스톱 영역(17)을 형성한다(ST3).
다음에, 도 5c에 도시한 바와 같이, 이온 주입법에 의해, 기판(10)의 수광부가 되는 영역에 n형의 신호 전하 축적 영역(12)을 형성한다(ST4).
다음에, 도 6a에 도시한 바와 같이, 열산화법에 의해 기판(10)상에 산화 실리콘막으로 구성되는 게이트 절연막(30)을 형성한다(ST5). 게이트 절연막(30)으로서 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막의 적층막이 형성된다.
다음에, 도 6b에 도시한 바와 같이, 이온 주입법에 의해, 기판(10)에 형성된 신호 전하 축적 영역(12)의 표층부에 p＋의 정공 축적 영역(13)을 형성한다(ST6).
이어서, 도시는 하지 않았지만, 트랜지스터(Tr)(4a)의 리셋트 드레인 (RD)과 플로팅 확산(FD)의 형성을 위한 이온 주입을 실시한다(ST7).
다음에, 도 7a에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에 게이트 절연막(30)을 통해 전송 전극(20)을 형성한다(ST8). 전송 전극(20)은, 예를 들면 기판(10)상에 다결정의 실리콘층을 침착시키고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 다결정의 실리콘층을 가공함으로써, 단층 구조의 전송 전극(20)을 형성한다. 다결정의 실리콘층의 막 두께는, 200nm - 500nm이다. 이에 의해, 제 1전송 전극(21) 및 제 2전송 전극(22)으로 구성되는 전송 전극(20)이 형성된다. 전송 전극(20)의 패턴은, 도 2에 도시된 바와같다.
다음에, 도 7b에 도시한 바와 같이, 전송 전극(20)을 피복하도록 절연막(31)을 형성한다(ST9). 예를 들면 CVD법에 의해 산화 실리콘막을 침착시킴으로써 절연막(31)이 형성된다. 약 10V의 구동 전압에 견딜 수 있도록, 절연막(31)의 막 두께는 대략 100nm로 설정한다.
다음에, 도 8a에 도시한 바와 같이, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해, 제 1전송 전극(21)상의 절연막 (31)에 접촉 구멍(CH)을 형성한다.
다음에, 도 8b에 도시한 바와 같이, 전면에 다결정의 실리콘층을 침착하고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 다결정의 실리콘층을 가공하여, 제 1구동 배선(41)을 형성한다. 제 1구동 배선(41)은, 접촉 구멍(CH)을 통해 제 1전송 전극(21)으로 접속된다. 다결정의 실리콘층의 막 두께는, 200-500nm이다.
다음에, 도 9a에 도시한 바와 같이, 제 1구동 배선(41)을 피복하는 절연막 (32)을 형성한다. 절연막(32)은, 예를 들면 CVD법에 의해 산화 실리콘막을 침착시켜 형성된다. 약 10V의 구동 전압에 견딜 수 있도록, 절연막 (32)의 막 두께는 대략 100nm로 설정한다.
다음에, 도 9b에 도시한 바와 같이, 수광부(5)의 위치에 개구부(50a)를 가지며, 전송 전극(20) 및 제 1구동 배선(41)을 피복하는 차광막(50)을 형성한다(ST10).
차광막(50)은, 예를 들면 전면에 텅스텐등의 고융점 금속막을 침착시키고, 레지스터 마스크를 이용한 드라이 에칭에 의해 고융점 금속막을 가공하여 형성된다.
다음에, 도 10a에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에, 예를 들면 BpSG를 침착시키고, 리플로우(reflow) 처리를 실시하여 층간 절연막(61)을 형성한다(ST11).
이어서, 도시하지 않았지만, 층간 절연막(61)에, 출력부(4)의 트랜지스터(4a)의 플로팅 확산(FD)과 리셋트 드레인(RD)에 접속하기 위한 접촉 구멍을 형성한다. 그 후, 층간 절연막 61)상에 배선을 형성한다(ST12).
다음에, 도 10b에 도시한 바와 같이, 층간 절연막(61)상에 플라스마 CVD법에 의해 질화 실리콘막을 침착시키고, 질화 실리콘막의 표면에 평탄화 가공을 실시하여 패시베이션막(62)을 형성한다(ST13).
다음에, 도 11a에 도시한 바와 같이, 패시베이션막(62)상에 칼라 필터 (70)를 형성한다(ST14). 칼라 필터(70)는, 예를 들면 칼라 레지스터법을 이용해 형성한다. 예를 들면 패시베이션막(62)상에 그린(green) 컬러 레지스터를 형성한 후에, 그린 컬러 레지스터를 노광 및 현상하여, 그린 컬러 필터(71)의 패턴을 형성한다. 칼라 레지스터의 형성, 노광 및 현상을 실시하여, 블루(blue) 칼라 필 터(72) 및 레드(red) 칼라 필터(73)를 형성한다. 칼라 필터(70)의 형성 순서에는 제한이 없다.
다음에, 도 11b에 도시한 바와 같이, 칼라 필터(70)의 표면 요철을 평탄화하기 위해서, 칼라 필터(70)상에 투명한 평탄화막(80)을 형성한다. 평탄화막(80)으로는, 예를 들면 아크릴 열경화 수지를 이용한다.
다음에, 평탄화막(80)상에 마이크로 렌즈(90)를 형성한다(도 3참조, ST15). 예를 들면 렌즈 재료를 도포한 후에, 렌즈 형상의 레지스터 마스크를 형성하고, 레지스터 마스크와 렌즈 재료의 에칭 선택비가 1이 되는 조건하에서 에칭하여, 마이크로 렌즈(90)를 형성한다.
이상과 같이, 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치가 제조된다.도 5 - 도 11의 공정 단면도 및 도 12의 프로세스 흐름도를 참조해 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 정공 축적 영역(13)의 모두가 전송 전극 (20)의 가공전에 형성된다.
도 13은, 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조의 변형예를 나타낸다. 도 13에 도시한 바와 같이, 예를 들면 산화 실리콘막, 질화 실리콘막 및 산화 실리콘막의 적층막으로 구성되는 게이트 절연막(30)을 채용하는 경우에, 정공 축적 영역(13)의 형성 전후에 게이트 절연막(30)을 구형성하는 절연막을 형성해도 좋다. 예를 들면, 첫 번째 층의 산화 실리콘막을 열산화법에 의해 형성(ST5a)한 후에, 정공 축적 영역(13)을 형성하고(ST6), 그 후 질화 실리콘막 및 산화 실리콘막을 형성(ST5b)해도 괜찮다. 정공 축적 영역(13)을 형성한 후에 질화 실리콘막 및 산화 실리콘막의 형성 공정에서는, 열산화 프로세스를 실시하지 않으면, 얕은 정공 축적 영역 (13)을 유지할 수 있다.
상기의 고체 촬상 장치는, 예를 들면, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 혹은 전자 내시경용 카메라등의 카메라에 이용된다.
도 29는, 상기의 고체 촬상 장치가 이용되는 카메라의 개략 구성도이다.
카메라(100)는, 상기한 고체 촬상 장치(1)와 광학계(102)와 구동 회로(103), 및 신호 처리 회로(104)를 가진다.
광학계(102)는, 피사체로부터의 촬상광(입사빛)을 고체 촬상 장치(1)의 촬상 얼굴에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 각 수광부(5)는, 입사빛을 입사 광량에 대응하는 신호 전하로 변환시키고, 수광부(5)의 신호 전하 축적 영역(12)의 신호 전하를, 일정 기간 동안 축적한다.
구동 회로(103)는, 상술한 4상의 전송 펄스(φV1,φV2,φV3,φV4) 및 2상의 전송 펄스(φH1,φH2)등과 같은 각종의 타이밍 신호를 고체 촬상 장치(1)로 전송한다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 신호 전하의 판독, 수직 전송, 수평 전송등의 각종의 구동을 실행한다. 또, 이 구동에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 출력부(4)로부터 아날로그 화상 신호가 출력된다.
신호 처리 회로(104)는, 고체 촬상 장치(1)로부터 출력된 아날로그 화상 신호에 대해서, 노이즈 제거나, 디지탈 신호로 변환하는 처리등의 각종의 신호 처리를 실시한다. 신호 처리 회로(104)에 의한 신호 처리를 한 후에, 메모리등의 기억 매체에 기억된다.
다음에, 상기의 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라의 효과에 대해서, 도 14a , 14b를 참조해 설명한다. 도 14a는, 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 수광부(5) 근방의 단면도이며, 도 14b는 전송 전극(20)에 대해서 정공 축적 영역(13)이 자가 조정되어 형성된 비교 예의 단면도이다.
첫 번째 실시 형태에서는, 도 14a에 도시한 바와 같이, p＋의 정공 축적 영역(13)은, 제 1전송 전극(21)으로부터 수평 방향의 한 거리내에 배치되어 있다. 판독측의 제 1전송 전극(21)에 대한 정공 축적 영역(13)의 오프셋량을 W1로 정의하고, 판독측과 반대측의 제 1전송 전극(21)에 대한 정공 축적 영역(13)의 오프셋량을 W2로 정의한다.
도 14b에 도시한 바와 같이, 제 1전송 전극(21)의 단부 바로 아래에 p＋의 정공 축적 영역(13)이 형성되고 있는 경우에는, 제 1전송 전극(21)의 단부 아래에 날카로운 pn접합이 형성되게 되어, 제 1전송 전극(21)에 판독전압(Vt)(＋10 - 15V)을 인가할 때에 극히 큰 전계가 발생한다. 이 때문에, 판독시에는, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된 신호 전하(전자)는, 높은 전계내에서 가속화되어, 높은 에너지를 가지는 핫 일렉트론이 된다. 핫 일렉트론은, 에너지가 높기 때문에, 게이트 절연막(30)의 에너지 장벽을 넘고, 게이트 절연막(30)중에 트랩된다(trapped). 핫 일렉트론이, 게이트 절연막(30)의 에너지 장벽을 넘을 만한 충분한 에너지를 가지고 있지 않더라도, 강유전성의 전계에 의한 밴드-밴드 터널링(band-to-band tunneling) 효과나, 트랩에 의한 밴드-밴드 터널링(Trap assisted band-to-band Tunneling)에 효과에 의해, 게이트 절연막(30)에 전자가 주입되는 확률이 높아진다.
게이트 절연막(30)에 전자가 주입되면, 임계치가 커지는 방향으로 시프트한다. 이 때문에, 동일한 판독 전압을 인가해도, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된 신호 전하(전자)를 완전하게 판독할 수 없는 판독 불량이 발생한다.
이에 반해서, 첫 번째 실시 형태에서는, 도 14a에 도시한 바와 같이, 판독 전압이 인가되는 제 1전송 전극(21)으로부터 오프셋량(W1, W2)만큼 거리를 두고 정공 축적 영역(13)이 배치된다. 이 때문에, 제 1전송 전극(21)의 단부 아래에 날카로운 pn접합이 존재하지 않게 되므로, 전계 집중(field concentration)을 완화할 수 있다. 전계 집중을 완화할 수 있으므로, 게이트 절연막(30)으로 전자가 주입되는 현상이 억제되고, 임계치가 시프트 하지 않는다. 이 때문에, 경시 변화가 적은 안정된 고체 촬상 장치를 실현할 수 있다.
또, 정공 축적 영역(13)은, 제 2전송 전극(22)에 대해서 수직 방향으로 오버랩 하도록 형성되어 있다(도 4 참조). 수직 방향으로 배열된 수광부(5) 사이의 제 2전송 전극(22) 아래에는, 채널 스톱 영역(17)이 형성되어 있고, 제 2전송 전극(22) 아래에는 정공 축적 영역(13)과 채널 스톱 영역 (17)이 연결되어 있다.
수광부(5)의 광전 변환 과정에서 생성된 전자-정공 쌍중에서 정공은, 정공 축적 영역(13)을 통과하고, 채널 스톱 영역(17)을 통과하여 외부로 나갈 수가 있다. 이에 의해, 정공 축적 영역(13)의 전위를 일정하게 유지할 수 있다.
이상과 같이 하여, 전송 전극(20)에 대한 정공 축적 영역(13)의 위치를 최적 화하여, 촬상 특성의 향상 및 안정화를 도모한 고체 촬상 장치를 실현할 수 있다. 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치를 갖춘 카메라에 의하면, 촬상 특성의 향상 및 안정화를 도모한 카메라를 실현할 수 있다.
첫 번째 실시 형태에 따르는 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 전송 전극(20)에 대한 정공 축적 영역(13)의 위치를 최적화하기 위해서, 전송 전극(20)을 형성하기 전에 정공 축적 영역(13)의 모두를 형성한다.
전송 전극(20)을 마스크로 이용하는 이온 주입에 의해 정공 축적 영역(13)을 형성하는 종래 기술에서는, 정공 축적 영역(13)을 표층부에만 형성하기 때문에, 이온 주입을 저에너지로 실시할 필요가 있다. 이 때문에, 수광부(5)상에 형성된 게이트 절연막(30)을 제거하는 공정이 필요하다. 본 첫 반째 실시 형태에서는, 수광부(5)상의 게이트 절연막(30)을 제거하는 공정이 필요없게 되므로, 공정이 간략화되어 비용이 저렴한 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
또, 전송 전극(20)의 형성 후에, 신호 전하 축적 영역(12) 및 정공 축적 영역(13)을 형성하는 경우에는, 이온 주입 공정에서, 전송 전극(20)의 엣지부(edge portions)의 절연막(31)중의 산소나 질소가 주입 원자와 함께 기판(10)에 주입되어 버린다. 이것은, 노크-온 임플랜테이션(knock-on implantation) 혹은 리코일 임플랜테이션(recoil implantation)이라고 칭해진다. 기판(10)에 이러한 원자가 주입되면 기판(10)에 결함이 형성되어, 이 결함에 의해서 수광 기간중에 열적으로 소수 캐리어(전자)가 발생하고, 노이즈 성분(암전류)이 증가해 버린다. 특히, 전송 전극(20)의 단부 아래에 신호 전하 축적 영역(12)과 정공 축적 영역(13)의 경계 부근은, 전계가 강한 부분이므로, 열적으로 소수 캐리어가 발생하기 쉬워진다.
첫 번째 실시 형태에서는, 전송 전극(20)을 형성하기 전에, 신호 전하 축적 영역(12) 및 정공 축적 영역(13)을 형성하므로, 상기한 노크-온 임플랜테이션을 억제할 수 있고, 암전류 성분이 적은 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
본 발명은, 상기의 첫 번째 실시 형태의 설명으로 한정되지 않는다. 본 발명은, 인터라인 전송 방식 이외에도, 프레임 전송 방식, 프레임 인터라인 전송 방식의 고체 촬상 장치에 적용할 수도 있다. 또, 전송 전극(20)의 구조에는 특히 제한은 없다. 이 때문에, 단층 구조의 전송 전극이어도, 2층 혹은 3층 구조의 전송 전극이어도 괜찮다. 또, 제 1구동 배선(41)은 없어도 좋다. 게다가 본 발명의 일실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치는, CCD형과 MOS형의 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 그 외, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 변경이 가능하다.
다음에는, 도면을 참조하여 본 발명의 두 번째 실시예를 설명한다. 도면에서는, 동일한 구성요소에는 동일한 부호로 표시하였다. 두 번째 실시 형태에서는, 본 발명을 인터라인 전송 방식의 CCD형의 고체 촬상 장치에 적용한 예에 대해 설명한다. 다만, 전송 방식에는 특별히 한정이 없다.
도 15는, 두 번째 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다. 두 번째 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치(1)는, 촬상부(2)와 수평 전송부(3), 및 출력부(4)를 가진다.
촬상부(2)는, 화소마다 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부(5)와, 수광부(5)의 수직열 마다 배치된 복수 라인의 수직 전송부(7)와, 수광부(5)와 수직 전송 부(7)의 사이에 배치된 판독 게이트부(6)를 가진다.
수광부(5)는, 예를 들면 포토 다이오드로 구성되어, 피사체로부터 입사하는 촬상광(입사빛)을 그 광량에 대응하는 전하량의 신호 전하로 광전 변환하여 축적한다. 판독 게이트부(6)는, 수광부(5)에 축적된 신호 전하를 수직 전송부(7)로 읽어낸다.
수직 전송부(7)는, 예를 들면 3상의 전송 펄스(φV1,φV2,φV3)에 의해 구동되며, 수광부(5)로부터 판독된 신호 전하를 수직 방향(도면, 아래방향)으로 전송한다. 전송 펄스는, 3상으로 한정되는 것은 아니다. 전송 펄스(φV1-φV3)는, 예를 들면 0V 혹은 -7V이다.
수평 전송부(3)는, 2상의 전송 펄스(φH1, φH2)에 의해 구동되며, 수직 전송부(7)로부터 수직 전송된 신호 전하를, 수평 방향(도면, 좌방향)으로 전송한다.
수직 전송부(7) 및 수평 전송부(3)는, 기판에 형성된 전송 방향으로 연장되는 기판내에 형성되는 전송 채널과 전송 채널상에 절연막을 삽입시킨 상태에서, 전송 방향으로 배열되도록 형성된 복수의 전송 전극을 가진다.
출력부(4)는, 수평 전송부(3)에 의해 수평 전송된 신호 전하를 전기신호로 변환해 출력한다. 출력부(4)는, 예를 들면 플로팅 확산(FD) 증폭기로 구성된다. 출력부(4)는, 플로팅 확산(FD)과 리셋트 게이트(RG)와 리셋트 드레인(RD)으로 구성되는 트랜지스터(4a)와 증폭기(4b) 및 출력 단자(4c)를 가진다.
수평 전송부에 의해 수평 전송된 신호 전하량에 따라 플로팅 확산( FD)의 전압이 변화한다. 플로팅 확산(FD)의 전압은 증폭기(4b)에 의해 증폭되고, 출력 단자(4c)에 의해 아날로그 화상 신호로서 도출된다. 그 후, 리셋트 게이트(RG)에 리셋트 펄스가 입력되고, 트랜지스터(4a)가 온 상태가 되며, 플로팅 확산(FD)의 신호 전하가 리셋트 드레인(RD)으로 흡수된다. 리셋트 드레인(RD)에는 전원 전압(Vdd)이 인가되어 있다.
도 16은, 촬상부(2)에 있어서의 주요부 평면도이다. 도 16에서는, 전송 전극만을 도시하고 있다 .
수광부(5)는, 수평 방향 및 수직 방향에 배치되어 있다. 수평 방향(측면 방향)은 행 방향이며, 수직 방향은 열방향이다. 전송 채널(14)은 수평 방향으로 배열된 두 개의 수광부 사이에서 수직 방향으로 연장되어 있다. 이와 같이, 전송 채널(14)은 수광부(5)의 열과 인접한 전송 방향으로 연장되어 있다.
각 전송 채널(14)상에는, 절연막이 삽입된 상태에서, 제 1전송 전극 (121), 제 3전송 전극(123), 제 2전송 전극(122)이 전송 방향으로 반복해 배열되어 있다. 제 1전송 전극(121), 제 2전송 전극(122) 및 제 3전송 전극(123)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 단지 "전송 전극(120)"으로 칭한다. 전송 채널(14)과 전송 전극(120)에 의해 수직 전송부(7)가 구성된다.
전송 전극(120)은 단층 구조이며, 예를 들면 1층의 다결정의 실리콘층에 의해 형성된다. 두 번째 실시 형태에서는, 각 수광부(5)에 대응하여 3개의 전송 전극이 배치되어 있다.
제 1전송 전극(121)은, 수직 방향으로 인접하는 수광부(5) 사이를 지나고, 수평 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 제 1전송 전극(121)은, 전송 채 널(14)을 지나도록 교차해서 배치되어, 전송 채널(14)상의 수직 방향에서 넓게 형성되어 있다.
제 2전송 전극(122)은, 수광부(5)에 인접해서 배치되어 있다. 수평 방향으로 인접하는 제 2전송 전극(122)끼리는, 상호 분리된 형태를 띠고 있다.
제 3전송 전극(123)은, 수광부(5)에 인접해서 배치되어 있다. 수평 방향으로 인접하는 제 3전송 전극(123)끼리는, 분리된 형태를 띠고 있다.
상기의 전송 전극(20)상에는, 절연막을 통해 제 1구동 배선이 형성된다. 도 17은, 제 1구동 배선 (141)의 레이아웃을 나타내는 평면도이다.
제 1전송 전극(121)상에는, 절연막을 통해 수평 방향으로 연장되는 제1구동 배선(141)이 형성되어 있다. 제 1구동 배선(141)은, 화소 사이에서 제 1전송 전극(121)과 겹쳐지도록 배치되어 있다. 제 1구동 배선(41)은, 전송 채널(14)상에 있어 수직 방향으로 연장되며 접촉 구멍(CH)을 통해 제 2전송 전극(122)에 접속되어 있다. 수직 방향의 화소부 사이에서, 제 1구동 배선(41)의 수직 방향의 폭은, 화소사이에서 제 1전송 전극(121)의 수직 방향의 폭보다 좁다. 전송 채널(14)상에서, 제 1구동 배선(141)의 수평 방향의 폭은, 전송 전극(20)의 수평 방향의 폭보다 좁다.
본 실시 형태에 대해서는, 제 3전송 전극(123)상에는 절연막을 통해 버퍼층(141a)이 형성되어 있다. 버퍼층(141a)은, 제 1구동 배선(141)과 동일한 층에 제공된다. 제 3전송 전극(123)상에 버퍼층(141a)이 제공되지 않아도 좋다.
제 1구동 배선(141) 및 버퍼층(141a)은, 다결정의 실리콘, 텅스텐등의 금속 재료, 혹은 실리사이드계 재료에 의해 형성된다. 제 1구동 배선(141)으로서 금속재료를 이용하는 경우에는, 다결정의 실리콘을 이용하는 경우에 비해, 막 두께나 폭을 작게 해도 동등한 저항값을 얻을 수 있기 때문에, 수광부 (5)의 가장 자리에서 발생하는 단차를 완화할 수 있다는 이점이 있다.
상기의 제 1구동 배선(141)의 상층에, 제 2구동 배선이 형성된다. 도 18은, 제 2구동 배선(142)의 레이아웃을 나타내는 평면도이다.
제 1구동 배선(141)상에는, 절연막을 통해 수평 방향으로 연장하는 제2구동 배선(142)이 형성되어 있다. 제 2구동 배선(142)은, 화소부 사이에서 제 1구동 배선(141)과 겹쳐지도록 배치되어 있다. 제 2구동 배선(142)은, 전송 채널(14)상에 있어 수직 방향으로 연장하고 있어 접촉 구멍을 통해 제 3전송 전극(123)에 접속되어 있다. 수직 방향의 화소부 사이에서, 제 2구동 배선(142)의 수직 방향의 폭은 제 1구동 배선(141)의 폭과 동등하거나 이하로 설정되어, 화소부 사이에서 제 1전송 전극(121)의 수직 방향의 폭보다 좁다. 전송 채널(14)상에서, 제 2구동 배선(142)의 수평 방향의 폭은, 전송 전극(120)의 수평 방향의 폭보다 좁다.
제 2구동 배선(142)은, 다결정의 실리콘, 텅스텐등의 금속재료, 혹은 실리사이드계 재료에 의해 형성된다. 제 2구동 배선(142)으로서 금속재료를 이용하는 경우에는, 다결정의 실리콘을 이용하는 경우에 비해, 막 두께나 폭을 작게 해도 동등한 저항값을 얻을 수 있기 때문에, 수광부(5)의 가장 자리에서 발생하는 단차를 완화할 수 있는 이점이 있다.
두 번째 실시 형태에 대해서는, 제 2구동 배선(142)과 제 3전송 전극(123)은, 버퍼층(141a)을 통해 접속된다. 제 2구동 배선(142)으로서 특히 텅스텐등의 금속재료를 채용하는 경우에는, 제 3전송 전극(123)상에 버퍼층(141a)을 제공하는 것이 바람직하다. 이것은, 텅스텐등의 금속재료가 다결정의 실리콘으로 확산할 때에 전송에 대한 영향을 억제하기 때문이다. 또, 제 3전송 전극(123)상에 버퍼층(141a)을 제공함으로써, 접촉 구멍의 애스펙트비가 작아진다는 이점도 있다.
상기의 고체 촬상 장치에서는, 1개의 수광부(5)에 대해서 3개의 전송 전극이 설치되므로, 전체 화소의 판독이 가능해진다. 상기의 고체 촬상 장치에서는, 3상구동, 6상구동, 9상구동이 가능해진다.
예를 들면, 3상구동을 실시하는 경우에는, 제 1전송 전극(21)에 전송 펄스(φV1), 제 3전송 전극(123)에 전송 펄스(φV2), 제 2전송 전극(22)에 전송 펄스(φV3)가 인가된다. 이 경우, 판독 전압은, 제 2전송 전극 (122)과 제 3전송 전극(123)의 쌍방 혹은 어느 쪽이든 한편에 인가된다.
6상구동을 실시하는 경우에는, 수직 방향으로 배열된 제 1전송 전극 (121), 제 3전송 전극(123), 제 2전송 전극(122)에 순서대로 φV1-φV6가 인가된다. 이 경우, 판독 전압은, 제 2전송 전극(122)과 제 3전송 전극(123)의 쌍방 혹은 어느 쪽이든 한편에 인가된다.
두 번째 실시 형태에서는, 제 1구동 배선(141)에 의해 수평 방향의 모든 제2전송 전극(122)이 접속되며, 제 2구동 배선(142)에 의해 수평 방향의 모든 제 3전송 전극(123)이 접속되어 있다.
이 때문에, 전화소 판독(프로그레시브 스캔)에도, 필드 판독(필드 인테그레이션)과 프레임 판독(프레임 인테그레이션)이 가능해진다. 예를 들면, 제 1필드에 있어서 홀수 번호를 가지는 행의 화소(수광부)의 신호 전하만을 판독하고, 제 2필드에 있어서 짝수 번호를 가지는 행의 화소(수광부)의 신호 전하를 판독하는 프레임 판독이 가능해진다. 또, 필드 판독도 가능해진다.
도 19는, 도 4의 A－A＇선을 자른 단면도이다. 도 20은, 도 4의 B－B＇선을 자른 단면도이다. 도 21은, 도 4의 C－C＇선을 자른 단면도이다. 설명의 간략화를 위해 차광막의 상부층은, 도 19에만 도시되어 있다.
예를 들면, n형의 실리콘 기판(이하, 기판(10)이라고 한다)에, p형 웰(11)이 형성되어 있다. p형 웰(11)은, 오버플로우 배리어를 형성한다.
각 수광부(5)는, p형 웰(11)에 형성된 n형의 신호 전하 축적 영역 (12)과 신호 전하 축적 영역(12)의 표층에 형성된 p＋형의 정공 축적 영역 (13)을 가진다. 정공 축적 영역(13)은 , 신호 전하 축적 영역(12)의 표면 근처에서 발생하고, 잡음원이 되는 암전류를 억제하기 위해서 설치되어 있다.
각 수광부 (5)에는, 신호 전하 축적 영역(12), p형 웰(11) 및 기판 (10)에 의해, npn 구조가 형성되어 있다. 이 npn 구조는, 수광부(5)에 강한 빛이 입사해 과잉으로 발생한 신호 전하가 p형 웰(11)에 의해 형성되는 오버플로우 배리어를 넘으면, 해당 신호 전하를 기판(10)측으로 배출하는 수직형 오버플로우 드레인 구조를 형성한다. 또, 상기의 수광부(5)는 전자 셔터의 기능을 갖추고 있다. 즉, 기판(10)에 공급되는 기판 전위를 고 레벨(예를 들면 ＋12V)로 함으로써, p형 웰(11)의 전위 장벽이 내려가고, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된 전하가 해당 전위 장벽을 넘어, 세로 방향, 즉 기판(10)으로 들어가게 된다. 이에 의해 노광 기간을 조정할 수 있다.
수직 전송부(7)는, 신호 전하 축적 영역(12)으로부터 소정 간격만큼 떨어진 장소에서 p형 웰(11)내에 형성된 n형의 전송 채널(14)과, 전송 채널 (14)상에 산화 실리콘막으로 형성되는 게이트 절연막(30)을 통해 형성된 예를 들면 다결정의 실리콘으로 형성되는 전송 전극(21~23)에 의해 구성되어 있다. 전송 채널(14)아래에는, 비교적 고농도의 p형 영역(15)이 형성되어 있다. p형 영역(15)은, 전송 채널(14)아래에 전위 장벽을 형성한다. 이 때문에, 기판(10)의 깊은 부분에서 광전 변환된 신호 전하가 전송 채널 (14)에 들어가는 것이 방지되어 스미어의 발생이 억제된다.
판독 게이트부(6)는, 신호 전하 축적 영역(12)과 전송 채널(14) 사이의 p형의 판독게이트 영역(16)과 판독 게이트 영역(16)상에 게이트 절연막 (30)을 통해 형성된 전송 전극(122), (123)에 의해 구성되어 있다. 판독 게이트 영역(16)은, n형의 신호 전하 축적 영역(12)과 전송 채널(14) 사이에서, 전위 장벽을 형성한다. 판독시에는, 전송 전극(122), (123)에 정의 판독 전압(예를 들면, ＋12V ~ ＋15V)이 인가되고, 판독 게이트 영역(16)의 전위 장벽이 낮아지고, 신호 전하는 신호 전하 축적 영역(12)으로부터 전송 채널(14)로 옮겨진다.
신호 전하 축적 영역(12)에 대해서 판독측과 반대되는 면에는, p형의 채널 스톱 영역(17)이 형성되어 있다. 또, 화소부 사이에서 제 1전송 전극(121)아래에는, 채널 스톱 영역(17)이 형성되어 있다(도 21 참조). 채널 스톱 영역(17) 은, 신호 전하에 대해서 전위 장벽을 형성하고, 신호 전하의 입출입을 방지한다.
전송 전극(121-123)상에는, 예를 들면 산화 실리콘으로 구성되는 절연막(31)이 형성되어 있다. 제 3전송 전극(123)상에는, 절연막(31)을 통해 버퍼층(141a)이 형성되어 있다(도 19 참조). 제 3전송 전극(123)과 버퍼층(141a)은, 절연막(31)에 형성된 접촉 구멍 통해 접속되어 있다.
제 1전송 전극(21) 및 제2 전송 전극(122)상에는, 절연막(31)을 통해 제 1구동 배선(141)이 형성되어 있다(도 20, 21 참조). 제 2전송 전극 (122)과 제 1구동 배선(141)은, 절연막(31)에 형성된 접촉 구멍을 통해 접속되어 있다.
제 1구동 배선(141) 및 버퍼층(141a)을 피복하도록, 예를 들면 산화 실리콘으로 구성되는 절연막(32)이 형성되어 있다. 화소부 사이에서, 제1구동 배선(141)상에는, 절연막(32)을 통해 제 2구동 배선(142)이 형성되고 있다(도 21 참조).
버퍼층(141a)상에는, 절연막(32)을 통해 제 2구동 배선(142)이 형성되어 있다. 제 2구동 배선(142)은, 예를 들면 다결정의 실리콘, 텅스텐등의 금속재료, 실리사이드계 재료로 구성된다. 버퍼층(141a)과 제 2구동 배선(142)은, 절연막(32)에 형성된 접촉 구멍을 통해 접속되어 있다. 이에 의해, 제 2구동 배선(142)과 제 3전송 전극(123)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 2구동 배선(142)으로서 텅스텐등의 금속재료를 채용하는 경우에는, 제 2구동 배선(142)과 버퍼층(141a)의 사이에 배리어 메탈을 삽입해도 괜찮다. 배리어 메탈로서는, Ti나, TiW를 이용한다.
제 2구동 배선(142)을 피복하도록, 예를 들면 산화 실리콘으로 형성되는 절연막(33)이 형성되어 있다. 상기의 전송 전극(121-123), 제 1구동 배선(141) 및 제 2구동 배선(142)을 피복하도록, 차광막(50)이 형성되어 있다. 차광막(50)은, 예를 들면 텅스텐등의 고융점 금속으로부터 된다. 차광막(50)에는, 수광부(5)에 빛을 입사시키기 위한 개구부(50a)가 형성되어 있다.
차광막(50)상에는, 예를 들면 BPSG(Boro phospho Silicate glass)로형성되는 층간 절연막(61)이 형성되어 있다(도 19 참조). 층간 절연막 (61)상에는, 예를 들면 질화 실리콘으로 형성되는 패시베이션막(62)이 형성되어있다. 패시베이션막(62)의 표면은, 평탄화되어 있다.
패시베이션막(62)상에는, 칼라 필터(70)가 형성되어 있다. 칼라 필터(70)는 예를 들면 원색 타입이며, 그린 컬러 필터(71), 블루 칼라 필터 (72)와 레드 칼라 필터(73)를 가진다. 보색 타입의 경우에는, 칼라 필터 (70)는 시안(cyanogen), 진홍색(magenta), 옐로우(yellow), 그린(green)의 칼라 필터에 의해 형성된다.
칼라 필터(70)상에는, 예를 들면 아크릴 열경화 수지로 구성되는 평탄화막(80)이 형성되어 있다. 평탄화막(80)상에는, 마이크로 렌즈(90)가 형성되어 있다.
상기의 고체 촬상 장치에서는, 입사빛은, 마이크로 렌즈(90)에 의해 집광되어, 각 칼라 필터(71, 72, 73)에 도달한다. 소정의 파장 영역의 빛만이 각 칼라 필터를 통과해, 수광부(5)에 입사한다. 수광부(5)에 입사한 빛은, 입사 광량에 대응하는 신호 전하로 광전 변환되고, 신호 전하 축적 영역(12)에 축적된다. 그 후, 전송 채널(14)로 판독되고, 수직 전송부(7)에 의해 수직 방향으로 전송된다.
다음에, 상기의 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치의 제조 방법에 대해서, 도 22a-22c 내지 도 28a-28c를 참조하여 설명한다.
도 22a에 도시한 바와 같이, n형의 실리콘으로 구성되는 기판(10)내에 이온 주입법에 의해 p 형 웰(11)을 형성한다. 이 때에, 이 때에 출력부(4)의 트랜지스터(4a)의 p형 웰도 형성된다. 기판(10)으로서는, 예를 들면 n형 CZ 기판상에 20-40Ωcm정도의 저항율의 n형 에피텍셜층이 수μm-수십μm정도 형성된 기판을 이용한다.
다음에, 도 22b에 도시한 바와 같이, 기판(10)에 이온 주입법에 의해, n형 신호 전하 축적 영역(12), p형 정공 축적 영역(13), n형의 전송 채널(14), p형 영역(15), p형의 판독 게이트 영역(16), p형의 채널 스톱 영역(17)을 형성한다.
다음에, 도 22c에 도시한 바와 같이, 열산화법에 의해 기판(10)상에 산화 실리콘막으로 구성되는 게이트 절연막(30)을 형성한다. 게이트 절연막(30)으로서 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 실리콘막의 적층막이 형성된다. 게이트 절연막(30)의 형성 후에, 상기한 각종의 영역(12-17)을 형성해도 좋다.
다음에, 도 23a에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에 게이트 절연막(30)을 통해 전송 전극(120)을 형성한다. 예를 들면 기판(10)상에 다결정의 실리콘층을 침착시키고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 다결정의 실리콘층을 가공함으로써, 단층 구조의 전송 전극(120)을 형성한다. 다결정의 실리콘층은, 본 발명의 도전층의 일실시 형태이다. 다결정의 실리콘층의 막 두께는, 200nm - 500nm이다. 이에 의해, 제 1전송 전극(121), 제 2전송 전극(122) 및 제 3전송 전극(123)으로 구성되는 전송 전극(120)이 형성된다. 전송 전극(120)의 패턴은, 도 16에 도시된 바와 같다.
다음에, 도 23b에 도시한 바와 같이, 전송 전극(20)을 피복하도록 절연막(31)을 형성한다(ST9). 예를 들면 CVD법에 의해 산화 실리콘막을 침착시킴으로써 절연막(31)이 형성된다. 약 10V의 구동 전압에 견딜 수 있도록, 절연막(31)의 막 두께는 대략 100nm로 설정한다.
다음에, 도 24a에 도시한 바와 같이, 포토 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해, 제 2전송 전극(122)과 제 3전송 전극(123)상의 절연막(31)에 접촉 구멍(CH)을 형성한다. 버퍼층(141a)이 불필요할 때에, 접촉 구멍(CH)은 제 2전송 전극(122)상의 절연막(31)내에서만 형성된다.
도 24b에 도시한 바와 같이, 전면에 다결정의 실리콘층을 침착하고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 다결정의 실리콘층을 가공하여, 제 1구동 배선(141)과 버퍼층(141a)을 형성한다. 제 1구동 배선(141)은, 접촉 구멍(CH)을 통해 제 2전송 전극(122)으로 접속된다. 버퍼층(141a)은 접촉 구멍(CH)을 통해 제 3전송 전극(123)으로 접속된다. 다결정의 실리콘층의 막 두께는, 200-500nm이다.
다음에, 도 25a에 도시한 바와 같이, 제 1구동 배선(141)과 버퍼층(141a)을 피복하는 절연막(32)을 형성한다. 절연막(32)은, 예를 들면 CVD법에 의해 산화 실리콘막을 침착시켜 형성된다. 약 10V의 구동 전압에 견딜 수 있도록, 절연막 (32)의 막 두께는 100nm전후로 설정한다.
다음에, 도 25b에 도시한 바와 같이, 포토 리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해, 제 3전송 전극(123)상의 절연막(32)에 접촉 구멍(CH)을 형성한다.
다음에, 도 26a에 도시한 바와 같이, 전면에 다결정의 실리콘층을 침착하고, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해 다결정의 실리콘층을 가공하여, 제 2구동 배선(142)을 형성한다. 제 2구동 배선(142)은, 접촉 구멍(CH)을 통해 제 3전송 전극(123)과 버퍼층(141a)으로 접속된다. 다결정의 실리콘층이 제 2구동 배선(142)으로 이용될 때에, 다결정의 실리콘층의 막 두께는, 200nm - 500nm이다. 낮은 저항을 가지는 텅스텐이나 또는 다른 금속 재료가 제 2구동 배선(142)으로 이용될 때에는, 그 두께는 다결정의 실리콘층의 경우보다 더욱 얇게 될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 성술한 바와 같이, 출력부(4)의 트랜지스터(4a)의 리셋트 게이트(RG)는 전송 전극(120)과, 제 1구동 배선(141) 또는 제 2구동 배선(142)의 형성단계를 활용함으로써 형성되며, 트랜지스터(4a)의 리셋트 드레인(RD)과 플로팅 확산(FD)의 형성을 위해 이온 주입법이 실행된다.
다음에, 도 26b에 도시한 바와 같이, 제 2구동 배선(142)을 피복하도록 절연막(33)을 형성한다. 예를 들면 CVD법에 의해 다결정의 산화 실리콘막을 침착시킴으로써 절연막(33)이 형성된다. 약 10V의 구동 전압에 견딜 수 있도록, 절연막(33)의 막 두께는 대략 100nm로 설정한다.
다음에, 도 27a에 도시한 바와 같이, 수광부(5)의 위치에 개구부(50a)를 가 지며, 전송 전극(20)및 제 1구동 배선(141)과 제 2구동배선(142)을 피복하는 차광막(50)을 형성한다. 차광막(50)은, 예를 들면 전면에 텅스텐등의 고융점 금속막을 침착시키고, 레지스터 마스크를 이용한 드라이 에칭에 의해 고융점 금속막을 가공하여 형성된다.
다음에, 도 27ba에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에, 예를 들면 BpSG를 침착시키고, 리플로우(reflow) 처리를 실시하여 층간 절연막(61)을 형성한다(ST11). 이어서, 도시하지 않았지만, 층간 절연막(61)에, 출력부(4)의 트랜지스터(4a)의 플로팅 확산(FD)과 리셋트 드레인(RD)에 접속하기 위한 접촉 구멍을 형성한다. 그 후, 층간 절연막(61)상에 배선을 형성한다(ST12).
다음에, 도 28a에 도시한 바와 같이, 층간 절연막(61)상에 플라스마 CVD법에 의해 질화 실리콘막을 침착시키고, 질화 실리콘막의 표면에 평탄화 가공을 실시하여 패시베이션막(62)을 형성한다.
다음에, 도 28b에 도시한 바와 같이, 패시베이션막(62)상에 칼라 필터 (70)를 형성한다. 칼라 필터(70)는, 예를 들면 칼라 레지스터법을 이용해 형성한다. 예를 들면 패시베이션막(62)상에 그린 컬러 레지스터를 형성한 후에, 그린 컬러 레지스터를 노광 및 현상하여, 그린 컬러 필터(71)의 패턴을 형성한다. 칼라 레지스터의 형성, 노광 및 현상을 실시하여, 블루 칼라 필터(72) 및 레드 칼라 필터(73)를 형성한다. 칼라 필터(70)의 형성 순서에는 제한이 없다.
다음에, 칼라 필터(70)의 표면 요철을 평탄화하기 위해서, 칼라 필터(70)상에 투명한 평탄화막(80)을 형성한다. 평탄화막(80)으로는, 예를 들면 아크릴 열 경화 수지를 이용한다.
다음에, 평탄화막(80)상에 마이크로 렌즈(90)를 형성한다(도 19참조). 예를 들면 렌즈 재료를 도포한 후에, 렌즈 형상의 레지스터 마스크를 형성하고, 레지스터 마스크와 렌즈 재료의 에칭 선택비가 1이 되는 조건하에서 에칭하여, 마이크로 렌즈(90)를 형성한다.
이상과 같이, 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치가 제조된다.상기의 고체 촬상 장치는, 예를 들면, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 혹은 전자 내시경용 카메라등의 카메라에 이용된다.
도 29는, 상기의 고체 촬상 장치가 이용되는 카메라의 개략 구성도이다.
카메라(100)는, 상기한 고체 촬상 장치(1)와 광학계(102)와 구동 회로(103), 및 신호 처리 회로(104)를 가진다.
광학계(102)는, 피사체로부터의 촬상광(입사빛)을 고체 촬상 장치(1)의 촬상 얼굴에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 각 수광부(5)는, 입사빛을 입사 광량에 대응하는 신호 전하로 변환시키고, 수광부(5)의 신호 전하 축적 영역(12)의 신호 전하를, 일정 기간 동안 축적한다.
구동 회로(103)는, 상술한 3상의 전송 펄스(φV1,φV2,φV3) 및 2상의 전송 펄스(φH1,φH2)등과 같은 각종의 타이밍 신호를 고체 촬상 장치(1)로 전송한다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 신호 전하의 판독, 수직 전송, 수평 전송등의 각종의 구동을 실행한다. 또, 이 구동에 의해, 고체 촬상 장치(1)의 출력부(4)로부터 아날로그 화상 신호가 출력된다.
신호 처리 회로(104)는, 고체 촬상 장치(1)로부터 출력된 아날로그 화상 신호에 대해서, 노이즈 제거나, 디지탈 신호로 변환하는 처리등의 각종의 신호 처리를 실시한다. 신호 처리 회로(104)에 의한 신호 처리를 한 후에, 메모리등의 기억 매체에 기억된다.
다음에, 상기의 본 실시 형태와 관련되는 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 및 카메라의 효과에 대해 기술한다.
상기한 두 번째 실시예에 따르는 고체 촬상 장치에서는, 전송 채널(14)상의 전송 전극(120)은 단일층 구조를 가지는 제 1전송 전극(121), 제 2전송 전극(122) 및 제 3전송 전극(123)에 의해 형성된다. 제 1전송 전극(121)은 수평 방향으로 연장되며, 제 2전송 전극(122)과 제 3전송 전극(123)은 서로 분리되어 배치되어 있다. 동일한 행내의 제 2전송 전극(122)으로 전송 펄스를 공급하기 위한 제 1구동 배선(141)은 수광부(5) 사이의 제 1전송 전극(121)상에 중첩되도록 배치된다. 게다가, 동일한 행내의 제 3전송 전극(123)으로 전송 펄스를 공급하기 위한 제 2구동 배선(142)은 수광부(5) 사이의 제 1구동 배선(141)위에 중첩되도록 배치된다.
본 실시예에서는, 수직 방향의 수광부(5)사이에, 제 1전송 전극(121), 제 1구동 배선(141)과 제 2구동 전극(142)은 중첩되도록 배치되어 있다(도 18 참조). 그러므로, 수직 방향의 수광부(5)사이의 구간은 단지 한 개의 배선 폭이 되면 족하다. 결과적으로, 수광부(5)의 영역이 더욱 크게 형성될 수 있으며, 수광부(5)가 처리하는 전하량은 더욱 크게 될 수 있다. 따라서, 광감도가 향상되고 동적 범위가 확장된 고체 촬상 장치가 실현된다. 수광부(5)의 영역이 더욱 커기제 되므로, 수광부(5)의 전위는 비교적 얇게 형성될 수 있으며, 판독 전압은 감소된다.
게다가, 제 2실시예에서는, 수평 방향으로 연장하는 제 1구동 배선(141)에 의해 동일행의 제 2전송 전극(122)에 동위상의 전송 펄스를 공급할 수 있고, 수평 방향으로 연장하는 제 2구동 배선(142)에 의해 동일행의 제 3전송 전극(123)에 동위상의 전송 펄스를 공급할 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 3상구동, 6상구동, 9상구동과 같은 여러가지 전송 모드에 대응할 수 있다. 또, 전화소 판독(프로그레시브 스캔 : progressive scan), 프레임 판독(프레임 인테그레이션 : frame integration), 필드 판독(필드 인테그레이션)과 같은 각종의 전송 모드에 대응할 수 있다.
게다가, 판독 전압은, 제 1구동 배선(141)과 제 2구동 배선(142)의 쌍방 혹은 어느 쪽이든 한편에 인가된다. 제 1전송 전극(121)은 이러한 제 1구동 배선(141)과 제 2구동 배선(142)보다 낮은 층에 형성되므로, 제 1전송 전극(121)의 차광효과에 의해, 화소 사이의 채널 스톱 영역(17)의 전위에 대한 판독 전압의 영향은 감소하게 된다. 그러므로, 수직 방향에서 수광부(50) 사이에서 신호 전하의 입출력이 억제된다.
전송 채널(14) 상에서 수평 방향에서의 제 1구동 배선(141)과 제 2구동 배선(142)의 폭들은 수평 방향의 전송 전극(120)의 폭보다 좁다. 그러므로, 수광부(5)의 좌우측의 단차들은 다층 구조의 전송 전극이 이용되는 경우에 비해 더욱 작게 된다. 그러므로, 입사광의 차단현상이 감소되며, 수광부(5)에 입사하는 광량은 증가될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 광감도의 개선에 도움을 주고 있다.
수직 방향에서 화소사이에서는, 수직 방향의 제 1구동 배선(141)과 제 2구동 배선(142)의 폭들은 수직 방향의 전송 전극(120)의 폭보다 좁다. 그러므로, 수직 방향의 수광부(5)의 가장 자리에서 형성된 단차들은 더욱 작게 된다. 그러므로, 입사광의 이클리피스(eclipiece)(차단 현상)이 감소되며, 수광부(5)에 입사하는 광량은 증가될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 광감도의 개선에 도움을 주고 있다.
제 2전송 전극(122)과 제 3전송 전극(123)을 수광부(5)에 인접하도록, 즉, 수광부(5)의 측면에 배열하고, 제 2전송 전극(122)과 제 3전송 전극(123)에 판독 전압을 인가함으로써, 판독 게이트의 폭은 확장될 수 있다. 그러므로, 판독 전압이 낮아져도 판독효과는 유지될 수 있다.
상술한 바와 같이, 두 번째 실시예의 고체 쵤상 장치에 따르면, 광감도를 향상시키고 다양한 전송 모드에 대응할 수 있는 고체 쵤상 장치가 실현될 수 있다. 고체 쵤상 장치를 카메라에 적용함으로써, 카메라는 다양한 전송 모드를 처리할 수 있으며 개선된 광감도가 실현된다.
두 번째 실시예의 고체 쵤상 장치의 제조 방법에 의하면, 광감도를 향상시키고 다양한 전송 모드에 대응할 수 있는 고체 쵤상 장치가 실현될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 인터라인 전송 방식이 아닌, 프레임 전송 방식 또는 프레임 인터라인 전송 방식의 고체 촬상 장치에 적용가능하다. 게다가, 전송 전극(120)과 제 1구동 배선(141)으로서, 다 결정의 실리콘이 아닌, 텅스텐등의 금속재료, 혹은 실리사이드계 재료가 이용될 수 있다.
본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 수정이 가능하다. 상술한 실시예 뿐만 아니라, 첨부된 청구항과 그와 동등한 것들의 범위내에서 여러 가지 수정과 결합, 소결합 및 변경들이 설계요구 및 다른 인자에 따라 이루어질 수 있다는 것은 당업자들이 알 수 있다.
Claims (20)
- 기판에 행렬 형태로 배치된 복수의 수광부와,상기 기판에 있어서 상기 수광부의 열에 각각 인접하여 배치된 복수의 전송 채널과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 수광부의 열방향의 사이의 위치에 대응하여 배열되며, 상기 수광부의 행방향에 있어서 서로 연결된 복수의 제 1 전송 전극과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 1 전송 전극의 사이에 배치되며, 상기 제 1 전송 전극과 동일한 층에서 형성되는 제 2 전송 전극 및 제 3 전송 전극과,상기 제 1 전송 전극상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 2 전송 전극과 접속되는 제 1 구동 배선과,상기 제 1 전송 전극 및 상기 제 1 구동 배선상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 3 전송 전극과 접속되는 제 2 구동 배선과,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선의 상층에 형성되며,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선을 덮어서 상기 기판의 상기 수광부 이외의 영역을 차광하는 차광막을 가지고,상기 제 1 구동 배선 및 제 2 구동 배선은,상기 수광부 사이에 있어서의 상기 제 1 전송 전극의 폭보다 좁은 폭으로 형성되며,상기 제 1 구동 배선은,상기 제 2 전송 전극상에 있어서 동일한 층에 형성되는 도체 부분에 의해, 상기 제 2 전송 전극과 접속되며,상기 제 2 구동 배선은,상기 제 1 구동 배선과 동일한 층에 형성된 버퍼층을 거쳐서, 해당 버퍼층상에 있어서 동일한 층에 형성되는 도체 부분에 의해, 상기 제 3 전송 전극과 접속되며,상기 차광막은,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선에 의한 경사면을 가지는 산(山)모양 단면의 위에 적층하여 형성되는 고체 촬상 장치.
- 기판으로의 불순물의 도입에 의해, 기판에 행렬 형태로 배치한 복수의 수광부와, 상기 수광부의 열에 각각 인접하여 배치된 복수의 전송 채널을 형성하는 공정과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 수광부의 열방향의 사이의 위치에 대응하여 배열되며, 상기 수광부의 행방향에 있어서 서로 연결된 복수의 제 1 전송 전극을 형성하는 공정과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 1 전송 전극의 사이에 배치되며, 상기 제 1 전송 전극과 동일한 층에서 형성되는 제 2 전송 전극 및 제 3 전송 전극을 형성하는 공정과,상기 제 1 전송 전극상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 2 전송 전극과 접속되는 제 1 구동 배선을 형성하는 공정과,상기 제 1 전송 전극 및 상기 제 1 구동 배선상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 3 전송 전극과 접속되는 제 2 구동 배선을 형성하는 공정과,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선의 상층에 형성되며,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선을 덮어서 상기 기판의 상기 수광부 이외의 영역을 차광하는 차광막을 형성하는 공정을 가지고,상기 제 1 구동 배선 및 제 2 구동 배선을,상기 수광부 사이에 있어서의 상기 제 1 전송 전극의 폭보다 좁은 폭으로 형성하고,상기 제 1 구동 배선과 같이,상기 제 2 전송 전극상에 도체 부분을 형성하여, 상기 제 1 구동 배선을 상기 제 2 전송 전극에 접속하고, 또한, 상기 제 3 전송 전극상에 버퍼층을 형성하고,상기 제 2 구동 배선과 같이,상기 버퍼층상에 도체 부분을 형성하여, 상기 버퍼층을 거쳐서 상기 제 2 구동 배선을 상기 제 3 전송 전극에 접속하고,상기 차광막을,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선에 의한 경사면을 가지는 산(山)모양 단면의 위에 적층하여 형성하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
- 고체 촬상 장치와,상기 고체 촬상 장치의 촬상면에 빛을 결상시키는 광학계와,상기 고체 촬상 장치로부터의 출력 신호에 대해서 소정의 신호 처리를 실시하는 신호 처리 회로를 가지고,상기 고체 촬상 장치는,기판에 행렬 형태으로 배치된 복수의 수광부와,상기 기판에 있어서 상기 수광부의 열에 각각 인접하여 배치된 복수의 전송 채널과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 수광부의 열방향의 사이의 위치에 대응하여 배열되며, 상기 수광부의 행방향에 있어서 서로 연결된 복수의 제 1 전송 전극과,상기 기판의 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 1 전송 전극의 사이에 배치되며, 상기 제 1 전송 전극과 동일한 층에서 형성되는 제 2 전송 전극 및 제 3 전송 전극과,상기 제 1 전송 전극상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 2 전송 전극과 접속되는 제 1 구동 배선과,상기 제 1 전송 전극 및 상기 제 1 구동 배선상에 있어서 상기 수광부의 행방향에 연장되어 형성되며, 상기 전송 채널상에 있어서 상기 제 3 전송 전극과 접속되는 제 2 구동 배선과,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선의 상층에 형성되며,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선을 덮어서 상기 기판의 상기 수광부 이외의 영역을 차광하는 차광막을 가지고,상기 제 1 구동 배선 및 제 2 구동 배선은,상기 수광부 사이에 있어서의 상기 제 1 전송 전극의 폭보다 좁은 폭으로 형성되며,상기 제 1 구동 배선은,상기 제 2 전송 전극상에 있어서 동일한 층에 형성되는 도체 부분에 의해, 상기 제 2 전송 전극과 접속되며,상기 제 2 구동 배선은,상기 제 1 구동 배선과 동일한 층에 형성된 버퍼층을 거쳐서, 해당 버퍼층상에 있어서 동일한 층에 형성되는 도체 부분에 의해, 상기 제 3 전송 전극과 접속되며,상기 차광막은,상기 제 1 전송 전극, 상기 제 1 구동 배선 및 상기 제 2 구동 배선에 의한 경사면을 가지는 산(山)모양 단면의 위에 적층하여 형성되는 카메라.
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