TWI264117B - Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device and method of driving solid-state imaging device - Google Patents

Description

1264117 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種包括電荷傳送部分之固態影像裝置（諸 如CCD固態影像裝置），一種製造固態影像裝置之方法及驅 動固態影像裝置之方法。 【先前技術】 在CCD固態影像裝置中，其設置一具有ccd結構之傳送 電阻器作為一電荷傳送部分，且一透過光電轉換而獲得且 _ 儲存在—由光二極體形成的光接收錢H部分之信號電荷 被碩出到傳送電阻器，使得該信號電荷被傳送至傳送電阻 器中。 傳运電阻器包括一透過一絕緣膜形成在一傳送通道上之 傳送電極，信號電荷係在其中傳送。為傳送信號電荷，必 須施加彼此不同相位之電壓脈衝到彼此相鄰的傳送電極， 且同時需要防止在通道中出現間隙。因此，傳送電極係製

=己括弟-及弟二層的二電極層，且第二層傳送電極之邊 緣係製成稍微與第一厣偯 υ。 θ傳迗電極重璺（例如參考專利文獻 一種包括以此方式由—+

能旦彡德驻班 由—电極層形成之傳送電極的CCD 心、〜像裝置之概要構忐 霉成圖（平面圖）係顯示於圖i中。 如圖1中顯示（有關 邱八S / CD固態影像裝置），光接收减岸 ‘扣係'依㈣形式 接收众應 器52(在圖中向上及向下方^: 直傳送電 51各行的一側上—二)係设置在光接收感應器部 ’、'、電何傳送部分。儘管圖中未顯示 99993.doc 1264117 但一水平傳送電F且器係連接到$直傳送電阻器5 2的一末 端。 此外，參考圖1所示的CCD固態影像裝置，垂直傳送電阻 器52之斷面圖係顯示在圖2財，並且在垂直方向中彼此相 鄰的光接收感應器部分51之間的一部分(即像素間的一部 分）之斷面圖係顯示在圖2B中。請注意在圖2八及中，省 略了對於半導體基板中的半導體區(在光接收感應器部分 中之各區、傳送通道區及其類似物）之描述。 垂直傳送電阻器52包括一傳送電極53及一形成在半導體 基板54中的傳送通道區（圖中未顯示），構成一 ccd結構的電 荷傳送部分。 此外，至於傳送電極53，由一第一電極層形成之傳送電 極53B與53D，及由一第二電極層形成的傳送電極53A及 53C，係交錯地放置於垂直方向中。 此外，第二層之傳送電極53人及53(：的邊緣與垂直傳送電 阻為52中第一層的傳送電極53B及53E)有些重疊。 近來，為了處理數位照相機中像素數目的增加及微型 化，固態影像裝置之像素胞元已改進成為微小化。 因此，為了獲得固態影像裝置之高靈敏度以及像素胞元 的微型化，會需求更高的光接收效率。 J而，在包括其中二電極層重疊之傳送電極53的ccD固 態影像裝置（諸如圖！及圖2A及2B中所示）中，圍繞光接收感 應器部分51之突出部及空穴在傳送電極53重疊部分處變得 較大’使得入射光被該部分部分地阻隔。 99993.doc 1264117 因此’難以改進接收光之效率。 ^傳送電極53的重疊部分一般之厚度為丨微米或更多，因此 當像素胞元的尺寸是3微米或更少且光接收感應器部分5 i 上之開口的寬度係縮小到i微米左右時，入射光可能被重疊 部分部分地阻隔。 [專利文獻1] ·已公告日本專利申請案號。 【發明内容】 另一方面，也曾提出一種其中在傳送電極中未出現重疊 且該傳送電極係由-單一電極層形成之CCD固態影像裝 置。 種如上述其中一傳送電極係由一單一電極層形成之 CCD固態影像裝置的概要構成圖（平面圖）係顯示在圖3中。 如圖3中顯示（有關此CCD固態影像裝置），光接收感應器 部分61係依矩陣形式配置，且一垂直延伸之垂直傳送電阻 器62(在圖的向上及向下方向）係設置在光接收感應器部分 61各行的一側上，作為一電荷傳送部分。儘管圖中未顯示， 但一水平傳送電阻器係連接至垂直傳送電阻器62的一末 端。 此外，參考圖3所示的CCD固態影像裝置，垂直傳送電阻 器62之斷面圖係顯示在圖4A中，並且在垂直方向中彼此相 鄰的像素間的一部分之斷面圖係顯示在圖4B中。請注意在 圖4A及4B中，省略了對於半導體基板中的半導體區（在光接 收感應器部分中之各區、傳送通道區及其類似物）之描述。 垂直傳送電阻器62包括一傳送電極63及一形成在半導體 99993.doc 1264117 基板64中的傳送通道區（圖中未顯示），構成了 CCD結構的電 荷傳送部分。 此外’傳送電極63包括四傳送電極63A、63B、63CA63d， 其等全部都是由一第一電極層形成。 因此，由於傳送電極63A、63B、63C及63D係由相同電極 層形成’因此沒有重疊部分。 然而，在如此構成之CCD固態影像裝置中（如圖4B中所 示），二電極63 A及63B係配置在垂直方向（在電荷傳送方向） 鲁巾彼此相鄰之像素間㈤一部I内，使得像素間之寬度變得 相當地大。 因此，光接收感應器部分61的區域可能被縮小。例如， 當與具有相同尺寸的像素胞元比較時，該部分的區域可比 包括二電極層的前述結構縮小大約30%。 如果依上述般縮小光接收感應器部分的區域，欲儲存在 光接收感應器部分的電荷量會減少，因此靈敏度劣化且動 恶範圍變窄。此外，遮蔽效應變大。 冨像素尺寸縮小時，此問題變得尤其顯著。 本發明克服上述及其他與習知方法及設備有關的其他問 題，且提供一種能夠確保足夠靈敏度且獲得有利特徵之固 態影像裝置。 依據本發明一具體實施例之各固態影像裝置，及一依據 本發明之製造方法及驅動方法的具體實施例之固態影像裝 置包括光接收感應器部分，其各構成一配置成矩陣形式 之像素；及-電荷傳送部分，其係設置在該光接收感應器 99993.doc 1264117 4刀、之各行的一側上；其 一 電極包括，—由第一電枉在一電荷傳送部分中的傳送 電氣地連接—第一電極層與傳达電極，及—由 電極，該第_值、、， 、極層形成之第二傳送 荷傳送邻八+ 電極層係獨立地形成在各電 寻kJ分中，且該第一傳送電極盘 ^ 第二電極層是在該電荷傳逆邱八η 傳达電極中之 間之—部分處層疊。七之方向中彼此相鄰的像素 依據本發明之上述固態 例，在該電 υ冓之-具體實施 中的傳送電極包括由該第—電極層 第—傳运電極’及由電氣地連接-第-電極層鱼一 一:電極層形成之該第二傳送電極，且第二傳送電極之第 =_立_成在各電荷傳送部分令，因此在該電 二二：分中’第二傳送電極係主要由第-電極層且僅連 口口刀弟—電極層形成’且因此入射光被傳送電極阻隔之 釭度’與先削技術中二電極重疊之結構相比，係大幅減少。 此外’在電荷傳送部分之方向中彼此相鄰的像素間的一 部^内’該第一傳送電極（由該第一電極層形成）與在第二傳 达电，中之第二電極層會層疊’因此與其中該傳送電極僅 包括第- t極層（單I電極結構）的,障況相比’像素間之部分 的寬度可製成較窄。因此’在電荷傳送部分方向中的光接 收感應為部分的尺寸可設定得較大。 根據本發明上述的具體實施_，光接收感應、器部分的尺 寸可設定得較大，以獲得大區域的光接收感應器部分。 因此，根據本發明一具體實施例，可獲得一具有有利特 99993.doc 1264117 欲的固態影像裝置，其中能藉由光接收感應器部分接收到 足夠量的電荷，並且確保足夠靈敏度及足夠動態範圍。 此外，根據本發明一具體實施例，可解決當製成一微小 固態影像裝置時明顯出現之問題（靈敏度劣化、動態範圍狹 窄及其類似者），使得可製成微小之固態影像裝置，且可獲 得像素數目增加及高密度的固態影像裝置。此外，也能夠 達到固態影像裝置的微型化。 【實施方式】 圖5係依據本發明一具體實施例之固態影像裝置的概要 構成圖（平面圖）。 此具體實施例係一應用本發明於CCD固態影像裝置的情 況。 在此固態影像裝置中，一垂直傳送電阻器2係形成在依矩 陣形式配置以構成一影像區域之光接收感應器部分丨的各 行之一側上。 各光接收感應器部分1構成一像素，且在此具體實施例 中’每一像素係設置一部分。 在该影像區域外（儘管圖中未顯示），設置一水平傳送電 阻器以連接到垂直傳送電阻器2的_末端，且—輸出部分係 设置在該水平傳送電阻器之一末端處。 此外，圖6A係圖5中所示固態影像裝置之垂直傳送電阻器 2的斷面圖，且圖6B係光接收感應器部分工間（即像素間）的 一部分之斷面圖，即在圖5所示固態影像裝置之垂直方向中 (在垂直傳送私阻器2之電荷傳送方向中）彼此相鄰的像素 99993.doc -10- 1264117 垂直傳送電阻器2包括—傳送通道區及_閘極絕緣膜（盆 4未顯不在圖式中且係形成在—半導體基板u 送電極。 久得 以覆蓋傳 開口，以 此外，儘管圖中未顯示，作一水 + 1一 先遮敝膜係形成 运電極。該光遮蔽膜在光接收感應器部分丨上具有 使光進入光接收感應器部分1中。 ，如有需要，在光遮蔽臈上係設 緣層、一濾色器、晶片上透鏡及

此外’儘管圖中未顯示 置一覆蓋該光遮蔽膜的絕 其類似者。 根據具體實施例的固態影像裝置尤其是在傳送電極的結 構中具有構成垂直傳送電阻器2之特徵。 第一相位之傳送脈衝cpV1所施加的各傳送電極3A，及第 三相位之傳送脈衝φν3所施加的各傳送電極3C(如圖5中所 不）均有一沿垂直傳送電阻器2延伸的電極部分，及一在介 於垂直方向(在圖中向上及向下方向)中彼此相鄰之光接收 感應器部分1間（像素間）延伸的線路部分。 此外，第一相位之傳送脈衝φν1所施加的傳送電極3A， 及第二相位之傳送脈衝φΥ3所施加的傳送電極3 c係由一第 一電極層形成，如圖6Α及6Β中顯示。該等傳送電極3八及3〇： 係藉由該線路部分共同形成相對於像素之同列中。 如圖5中顯示，第二相位之傳送脈衝9¥2所施加的傳送電 極3Β，及第四相位之傳送脈衝φγ4所施加的傳送電極3D係 獨立地形成在各垂直傳送電阻器2中，且各該等電極只有一 99993.doc -11 - 1264117 沿垂直傳送電阻器2延伸之電極部分。 此外，如圖6A及6B中顯示，笛一 4 A 禾一相位之傳送脈衝φν2所 苑加的傳送電極3Β，及第四相 之傳适脈衝cpV4所施加的 傳送電極3D係由一第一電極層形成。 此外，如圖5及6A中顯示，由_笛一& 弟一電極層形成的傳送電 極4係透過一接觸層$連接至第_ 弟一相位之傳送脈衝cpV2所施 加的各傳送電極3B，及第四相 办土 相位之傳迗脈衝（pV4所施加的 各傳送電極3D。

由-弟二電極層形成的此傳送電極4(下文中稱為第二層 #㈣送電阻器2延伸的部分且連接至 ^觸層5 ’及-在垂直方向（在電荷傳送方向）中彼此相鄰之 "接收感應器部分1間（像素間）延伸的線路部分。 藉由傳送電極4的線路部分，在各垂直傳送電阻器2中獨 立形成的傳送電極3B及则與在同列形成的該等電極電 乳地連接，並向其等提供個別之垂直傳送脈衝_2及_4。 由於傳送電極3八、^職顿如此構成’二層中 之傳运電極3A及傳送電極4係（如圖6B中顯示）透過一介於 光接收感應、器部们間（即在垂直方向中彼此相鄰之像素間) 之一部分中的層間絕緣膜6層疊在一起。 、、因此，與圖4B中該傳送電極僅由一單一電極層形成的情 况相比，像素間之各傳送電極的寬度可減少。 例如，就一像素胞元尺寸係2 〇微米且其垂直傳送電阻器 的，运電極係由一單_電極層（單層電極結構）形成之c⑶ 固態影像裝置而言，像素間的一部分之寬度為約〇.7微米， 99993.doc -12- 1264117 而在依據此具體實施例之層疊結構中的該部分之寬度大約 〇·3微米，因此可使用〇·4微米以增加在各光接收感應器部分 中光二極體之尺寸。因&，光二極體的尺寸能從單層電極 結構的1.0微米X1.3微米擴大到丨.0微米χ1.7微米，使得由各 光接收感應器部分接收到之電荷量增加大約3〇%，苴 獲得足夠靈敏度及足夠動態範圍。 另一方面，垂直傳送電阻器2基本上使用單層電極結構， 其包括由一電極層（以下稱為第一層傳送電極）形成之傳送 電極3Α、3B、3C及3D，及只設置在接觸部分$鄰近處之第 二層的傳送電極4,且因此入射光受到該等傳送電極阻隔之 程度，與先前技術中具有雙層電極之結構相比，係大幅度 減少。 夂 各種包括多晶石夕、諸如石夕化鎮（WSi)的石夕化物、諸如鶴的 金屬之導電材料均能用作第—層的傳送電極3a、I %及

至於第二層的傳送電極4，也可使用各種導電材料 用與由第一電極層形成之傳送電極3A、3B、3C^3D_ 材料，或可使用不同材料來形成傳送電極 術中傳送電極係由—帝托麻Π 、无别1

Α 一弘極層形成的情況，在根據此具體I 知例的結構中，繁-M , ’ —“的傳达電極4並未正好形成在閘極拜 、、\，因此在第二層的傳送電極4的材料上限制較少t 接者 在垂直傳送雷阻哭 ,V9丄 冤厂ϋσ2中，不同垂直傳送脈衝φν1、 ΦΥ2、ψν3 及 φν4 係 Ψ 3Α、3Β 、 J &加於彼此垂直相鄰的傳送電極 3D。因此，信號電荷可藉由四相位驅動執行 99993.doc -13 - 1264117 垂直傳送。即，在光接收感應器部分1中產生之電氣信號係 藉由施加至傳送電極3A、3B、3(：或3〇的垂直傳送^衝 φνΐ、φν2、ψν3或φν4，經由傳送電極3八、3b、或犯讀 出到垂直傳送電阻器。垂直傳送脈衝φνι、φν2、φν3或φν4 係以對準的順序施加至傳送電極3Α、3Β、3C或3D，且在 垂直傳送電阻器中之電氣信號係垂直地傳送。 接觸層5係藉由將一導電材料埋入接觸孔中形成，該接觸 孔係通過一介於第一層之傳送電極3Β及3D及第二層的傳 _ 送電極4間的層間絕緣層丨3製成。 庄思到接觸層5及第二層的傳送電極4可由相同導電材料 或不同導電材料形成。 根據此具體實施例的上述固態影像裝置，由於像素間的 傳電極具有一層豐結構，其中由第一電極層形成的傳送 迅極3八及3C，及由第二電極層形成之傳送電極4係層疊在 起因此與其中傳送電極僅由一第一電極層（單I電極結 構）形成的情況相像素間之部分的寬度可縮小。 口此與單層電極結構相比，在光接收感應器部分1垂直 方向中的尺寸可設定地較大，以碟保大區域的光接收感庶 器部分。 ~ 由於可藉由光接收感應器部分1處理足夠數量的電荷，因 此可獲仔一包括具有足夠靈敏度及足夠動態範圍之有利特 徵的固態影像裝置。 、 此外’依據此具體實施例之固態影像裝置，垂直傳送電 阻器2基本上使用單層電極結構，其包括由-電極層形成之 99993.doc -14- 1264117 傳迗電極3A、3B、3C及3D，及只設置在由接觸層5形成之 接觸部/刀5鄰近處的第二層之傳送電極4，且因此與先前技 術中具有雙層電極之結構相比，入射光受到該等傳送電極 阻隔之程度係大幅度減低。 應庄忍的疋，儘管在上述具體實施例中之結構是使用其 中四相位驅動係藉由施加垂直傳送脈衝φνι、φν2、小…及 (j)V4至垂直傳送電阻裔2的傳送電極3而執行，但本發明能應 用於除該四相位驅動外之其他驅動方法。 類似於上述具體實施例，藉由在各像素之垂直間距處設 置由在複數列間連接之第一電極層形成的一（第一級）傳送 電極’及由獨立形成在各垂直傳送電阻器（各像素）中之第一 電極層及在複數列間連接的第二電極層形成之（第二級）傳 送電極，本發明可應用於單相位驅動、二相位驅動、四相 位驅動、八相位驅動及16相位驅動。

此外’在上述具體實施例中，本發明係應用於—種包括 - CCD結構之電荷傳送部分的CCD固態影像裝f，然而， 本發明可應用於包括其他結構的電荷傳送部分之固態 裝置。 本舍明不限於上述具體實施例，且各種其他結構將可在 不脫離本發明的主旨下接受。 該等熟習此項技術人士應理解取決於設計需求及其他因 2 1可能會出現各種修改、組合、次組合及變更，只要其 等係在隨附申請專利範圍或其同等之範疇内。 【圖式簡單說明】 99993.doc -15- 1264117 圖1係其中一傳送電極包括二層之CCD固態影像裝置的 概要構成圖（平面圖）； 圖2A係圖1之CCD固態影像裝置中一垂直傳送電阻器部 分的斷面圖，且圖2B係圖1之CCD固態影像裝置中像素間的 一部分之斷面圖； 圖3係其中一傳送電極係由單層形成之ccd固態影像裝 置的概要構成圖（平面圖）； 圖4A係圖3之CCD固態影像裝置中一垂直傳送電阻器部 分的斷面圖，且圖4B係圖3之CCD固態影像裝置中像素間的 一部分之斷面圖； 圖5係依據本發明一具體實施例之固態影像裝置的概要 構成圖（平面圖）；及 圖6A係圖5之CCD固態影像裝置中一垂直傳送電阻器部 分的斷面圖，且圖6B係圖5之CCd固態影像裝置中像素間的 一部分之斷面圖。 【主要元件符號說明】、 1 光接收感應器部分 2 電荷傳送部分 3A 弟一電極層 3B 弟一電極層 3C 弟一電極層 3D 弟一^電極層 4 第二電極層 5 接觸層 99993.doc 1264117 6 層間絕緣膜 11 半導體基板 層間絕緣層 光接收感應器部分 垂直傳送電阻器 傳送電極 傳送電極 傳送電極

13 51 52 53 53A 53B

53C 53D 54 61 62 63 63A 63B 63C 傳送電極 傳送電極 半導體基板 光接收感應器部分 垂直傳送電阻器 傳送電極 傳送電極 傳送電極 傳送電極 63D 傳送電極 64 半導體基板 99993.doc -17-

Claims (1)

1264117 十、申請專利範圍： 1 ·—種固態影像裝置，其包含： 光接收感應器部分，其等係各構成一配置成—矩陣步 式之像素；及 7 一電荷傳送部分，其係由在該等光接收感應器部分之 各行的一側上所提供之； _其中-在該電荷傳送部分中的傳送電極包括，―由第 二電極層形成的第—傳送電極’及—藉由電氣地連接— 第-電極層與一第二電極層形成之第二傳送電極， 。亥第一傳达電極中之該第一電極層係獨立地形成在 該等電荷傳送部分中，且 該第-傳送電極與在該第二傳送電財之該第二電極 層是在該電荷傳送部分之方向中彼此相鄰之像素間的— 2.

3. 如請求項1之固態影像裝置， 其中該第一傳送電極包括： 電極σ卩刀，其係沿該垂直傳送部分延伸，及 線路部分’其係在該垂直傳送部分垂直傳送電荷之 =方向中彼此相鄰之該等光接收感應器部分之像素間延 如請求項1之固態影像裝置， 一傳送電極中之該 成在相對於像素之 其中包括在該第二傳送電極及該第 弟電極層係藉由該線路部分共同形 同列中。 99993.doc 1264117 4*如4求項丨之固態影像裝置， /、中由該第一電極層形成的該第一傳送電極係透過一 接觸層’連接至包括在該第二傳送電極中之該第二電極 層。 5.如凊求項1之固態影像裝置， 其中該第二電極層包括： 一沿該垂直傳送部分延伸的部分，且其係連接至一 觸層，及 ^ —線路部分’其係、在該垂直傳送部分垂直傳送電荷之 该方向中彼此相鄰之光接收感應器部分的像素間延伸。 •如請求項1之固態影像裝置， 其中包括在該第二傳送電極中之該第 於像素電氣地連接在同列中。 w層係相對 7.-種製造一固態影像裝置之方法，包含以下步驟： 配置各構成一依矩陣形式 ，曰产分杜， 承幻尤接收感應器部分 在邊#光接收感應器部分 荷傳送部分；& 刀之各仃的-側上形成一電 在該電荷傳送部分中形成傳送電極 電極層形成的第—傳送電極，及—成為一由-第一 -電極層與—第二電極層形成之第—精由電氣地連接-第 其中該第二傳送電極之該第③電極， 各該等電荷傳送部分中，i 也極層係獨立地形成在 該第一傳送電極與在該第二 層是在該電荷傳送部分之迗、極中之該第二電極 〇彼此相鄰之像素間的一 99993.doc 1264117 部刀肀層疊。 8t如明求項7之製造-固態影像裝置的方法， 其中該第一傳送電極包括： 電極部分，其係沿該垂直傳送部分延伸，及 該方^部分’其係在該垂直傳送部分垂直傳送電荷戈 ° I此相鄰的該等光接收感應n部分之像素間海 9. 士明求項7之製造一固態影像裝置的方法， ^中包括在該第二傳送電極及該第一傳送電極中之驾 極層係藉由該線路料共同形成在相對於像素之 10·如明求項7之製造一固態影像裝置的方法， 接：：由該第—電極層形成的該第一傳送電極係透過-胃連接至包括在該第二傳送電極中之該第二電極片。 U.如請求項7之製造一固態影像裝置的方法， 其中該第二電極層包括： 觸Π亥垂直傳送部分延伸的部分，且其係連接至一接 線路部分，其係在該垂直傳送部分垂直傳送電荷的 '方向中彼此相鄰之光接收感應器部分的像素間延伸。 12·如請求項7之製造一固態影像裝置的方法， 其中包括在該第二傳送電極中之該第—電極層係電氣 地連接至同列中之像素。 13.種驅動一固態影像裝置的方法，該固態影像裝置包括 99993.doc 1264117 各構成:依矩陣形式配置之像素的光接收感應器部分，及 一電荷傳送部分，其係形成在該等光接收感應器部分 之各行的一側上； 其中-在該電荷傳送部分中的傳送電極包括，—由— :::極層形成的第-傳送電極，及-藉由電氣地連接 電極層與一第二電極層形成之第二傳送電極， 該第二傳送電極中之該第-電極層係獨立地形成在各 該電荷傳送部分中，且 风在各 該第—傳送電極與在該第二傳送電極中之該第二電極 層是在該等電荷傳送部分 ° 的方向中彼此相鄰之像素間的 邛刀中層g，該方法包含以下步驟： 施=第-相位之-傳送脈衝至由一第一電極層 之3亥等第一傳送電極其中之一，及 曰 施加一第三相位之一值 之該箄第一禮…衝至由該第—電極層形成 /等弟傳送電極中之其他者。 14·如請求項13之驅動-固態影像裝置的方法，進一步包含 以下步驟： 逆步包各 轭加一第二相位之一傳送脈 該等第一電極層其中之_，及 4一傳运電極中的 、帛四相位之-傳送脈衝至該第二傳送 該等第一電極層中之其他者。 、電極中的 99993.doc