TWI308388B - Solid state imaging device - Google Patents
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130發(§§14180號專利申請案 中文說明書替換頁(97年12月) .九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 蠓 本發明係關係-種固體攝像褒置,尤其關係不擴大晶片 即能實現多像素化與高集成化的固體攝像裝置。 【先前技術】 下面,參考附圖說明習知固體攝像裝置(參考例如專利文 獻1)。圖1G顯示使用了習知電荷麵合元件(CCD)之固體攝像 裝置的平面結構。 該固體攝像裝置,係於半導體基板晶片1〇1上成行列狀配 置著複數個像素(感測器}1",與列方向相鄰之感測器⑴ 之間,係分別形成有沿著行方向延伸之垂直傳送暫存器 112。在各個垂直傳送暫存器112之末端部,係水平傳送暫 存器113與垂直傳送暫存器112垂直排列。 半導體基板晶片1(Π中形成有像素lu、垂直傳送暫存器 112以及水平傳送暫存器113之元件形成區域1〇2周圍,係設 有連接水平傳送暫存器Π3末端、將從水平傳送暫存器113 接收之信號電荷變換為電壓信號並輸出的輸出緩衝部114。 設置著形成有將驅動用信號提供給垂直傳送暫存器丨12 和水平傳送暫存器113之配線的配線區域1〇3。設置於配線 區域外側之墊形成區域1〇4,係設置著複數個外部連接用墊 115。 補充說明一下,圖10中,為了簡單起見,僅顯示像素lu、 垂直傳送暫存器112、墊115之一部分。而且, 亦有水平傳送暫存器不僅僅設置一個而是設置複數個的 109092-971212.doc 1308388 時候。 接著,參考附圖,說明習知以縮小晶片尺寸為目地之焊 接墊結構(參考例如專利文獻2) c 圖11係顯示習知半導體裝置之剖面結構。如圖i}所示, 形成有電晶體,該電晶體,係由於半導體基板晶片120表面 附近隔開著形成之雜質擴散層即汲電極區域121和源電極 區域122、形成於汲電極區域121和源電極區域122之間的閘 電極123形成。汲電極區域121和源電極區域122上係分別連 接著電極配線124和電極配線125。閘電極區域123、電極配 線124和電極配線125係由層間絕緣膜126覆蓋。層間絕緣膜 126上與電晶體重疊之區域係形成有外部連接用墊η?。 疋以,藉由使元件形成區域、塾形成區域立體重疊,便 能使7L件形成區域於晶片中所佔有之比例提高,從而提高 晶片之高集成化。 《專利文獻1》 特開20〇4 207804號公報 《專利文獻2》 特開昭57 87145號公報 【發明内容】 -發明欲解決之課題- 於電子行業,非常強烈地要求機器的小型化及高性能 化。於半導體領域,非常強烈地要求晶片高集成化,也就 是說,同等性能晶另之小型化以及同一尺寸之高性能化。 因此,在含有固體攝像裝置之半導體裝置,向來係藉由 對構成裝置之雜質擴散區域 '傳送電極、配線等進行微細 化以適應晶片尺寸小型化、同一尺寸高性能化的要求。 109092.doc 1308388 配線之微細化,不僅會導致電晶 進新設備、採用新工藝等,而造 體攝像裝置,因為若使雜質擴散 入射之光量便會減少,結果是固 靈敏度、飽和特性及S/Ν特性會下
、面帛導體裝置之晶片尺寸,係由形成有主動元 、原7L件之兀件形成區域、和配置於元件形成區域周 、的區域、形成㈣以進行線焊等之焊接墊的塾形成區域 決定。因此’為了同時實現晶片尺寸之小㈣和多像素化, *方法係提同凡件形成區域於晶片中所佔之比例,亦 即使墊形成區域小一些。 f而’將專利文獻2所示之墊結構應用至專利文⑴所示 之習知固體攝像裝置的構造的情況下,因為墊遮住了入射
:二而,雜質擴散區域、 體特性之惡化,還需要引 成成本上升。而且,在固 區域即像素小—些’則所 體攝像裳置之重要特性即 降。這是一個問題。 至像素的I所以固體攝像裝置之重要特性即靈敏度和飽 和特性下降。這是一個問題。 本發明正是為解決該問題而研究開發者。其目地在於: 實現不妨礙光朝著像素人射、使形成有像素之元件形成區 域於晶片中所佔之比例提高、集成度很高的㈣攝像裝置。 為了實現前述目的,本發明係採用使固體攝像農置之外 部連接用墊形成於配線區域的結構。 具體而言’本發明所關係之固體攝像裝置,係包括·複 數個光電變換元件’所述.複數個光電變換元件中之每一個 光電變換元件係於半導體基板晶片上以二維矩陣狀排列 W9092.doc 1308388 者,垂直傳达暫存器,由 成,二、+、β 直傳迗通道和垂直傳送電極構 成將仗别述各光電變換 方内.k亚扁 兀件靖出之信號電荷傳送至垂直 方向,水平傳送暫存器 極構成,㈣千傳送通道和水平傳送電 送至水平方向;匯 、暫存$傳送之所述信號電荷傳 和所、f k工* ' I線’係電連接所述垂直傳送電極 和所述水平傳送電極; 及外°卩連接用墊,係與所述匯流 綠配線電連接。前述外部 和所述水平傳送電_以^置於所述匯流線配線 根據本發明之固體攝像裝 匯流線塾设置於 件形成區域在固體攝像裝置==:,歸夠使元 因為外部連接用塾 '⑽同。另外’ 雜糾L咸&域和像素之形成區域完全分 ;所以外部連接用塾不會妨礙光朝著像素入射。 :發明之固體攝像裝置’最好是外部連接用墊位於水 千傳送通道上方。做成如 备所佔有的面積能進—步降低 田^ 予外。p連接用墊還能作遮光膜 ’故能夠使水平電荷料之效率提高。 塾=下’最好是水平傳送電極是導體層,外部連接用 如:°而且’最好是’導體層由多晶㈣成。做成 二之結構以後’便能由外部連接用塾有效地遮 平傳送通道入射的光。 X月之固體攝像裝置’最好是外部連接用墊相對於 斤逑半導體基板晶片之主面傾斜而設。做成如此之結構以 109092.doc DO§^§g1418〇號專利申請案 __-—_ 中文說明書替換頁(97年12月) 年丨唧7日修正替換頁 -後,便能夠使連接至外部連接用墊之焊接線的安裝角度小 * 一些,所以能夠抑制朝著像素入射之光遭受焊接線阻擋。 本發明之固體攝像裝置,最好是,所述外部連接用墊透 過接觸柱塞與匯流線配線電連接。做成如此之結構以後, 便旎夠簡化外部連接用墊和匯流線配線之連接,從而能夠 更進一步減小晶片尺寸。 在本發明之固體攝像裝置,最好是,由光電變換元件、 • 垂直傳送暫存器以及水平傳送暫存器構成CCD型攝像感測 器。 -發明之效果- 根據本發明之固體攝像裝置,能夠實現不妨礙光朝著像 素入射、使形成有像素的元件形成區域在晶片中所佔之比 例提高、集成度报高的固體攝像裝置。 【實施方式】 以下,參考附圖,詳細說明本發明之實施型態。 •(第-實施型態) 參考附圖說明本發明第一實施型態所關係之固體攝像裝 置。圖1至圖3是第一實施型態所關係之固體攝像裝置,圖i 顯示平面結構’圖2是將圖1放大後而顯示,圖3顯示沿圖2 之Illa-IIIa線剖開之剖面結構。 如圖1至圖3所示,複數個像素11係於設置於半導體基板 晶片1之像素形成區域2A成行列狀配置。各個像素11 ’係由 光電二極體等構成,生成對應於已入射光強度之信號電荷。 109092-971212.doc 絲14180號專利申請案 中文說明書替換頁(97年12月) ' 相鄰像素〗1之間分別設置有沿著行方向延^ΓΪΤϋϊ· ,暫存器12。各個垂直傳送暫存器12係由垂直傳送暫存器2〇 和複數個垂直傳送電極21構成。垂直傳送暫存器2〇是形成 在半導體基板晶片1表面附近、在行方向上延伸之雜質擴散 層。複數個垂直傳送電極21在每—列形成在垂直傳送通道 20上、由多晶矽等導體層構成。 將垂直傳送時鐘脈衝加至各個垂直傳送電極以,則各個 像素11所產生之信號電荷便會在行方向上依次傳送,輸出 至連接在垂直傳送暫存器12末端之水平傳送暫存器η中。 另外’各個垂直傳送暫存器12之垂直傳送電極21在每一列 係共用者,各個垂直傳送暫存器12被同時驅動。 與像素形成區域2Α相鄰之水平傳送暫存器形成區域 2Β’係設置有連接各個垂直傳送暫存器12末端、沿列方向 延伸之水平傳送暫存器13。水平傳送暫存㈣係由水平傳 送通道23和複數個水平傳送電油構成。水平傳送通道 23’連接於各個垂直傳送通道2Q末端,是沿著列方向延伸 之雜質擴散層。複數個水平傳送電㈣形成在水平傳送通 道23上由多晶矽等導體層等構成。 將水平傳送時鐘脈衝加至各個水平傳送電極以上,便能 沿著列方向依次傳送從各個垂 茧直傳送暫存器12傳送之信號 電荷,將信號電荷依次輸出給輸出緩衝部14。 J設置於形成有像素U、垂直傳送暫存器12及水平傳送 金暫存器13之元件形成區域2周圍的配線區域3,係形成有複 數條將傳送時鐘脈衝供給垂 直得送電極21和水平傳送電極 I09092-971212.doc -10- 1308388 24之匯流線配線28。 裝置之驅動方法不同匯流線配線28之條數亦係不同,於 垂直傳送暫存器12由4相時鐘驅動、水平傳送暫存器13由2 相時鐘驅動、具有電源電壓匯流線之一般固體攝像裝置的 情況下,需要4條至6條匯流線配線28。再就是,垂直傳送 暫存器之個數伴隨著多像素化會增加至丨〇個至〗4個左右。
補充說明一下,圖2和圖3中,僅顯示連接水平傳送電極24 之2條匯流線配線。 形成,被埋入 。配線區域3中 、銅、金、鉑 匯流線配線28 各個匯流線配線2 8係由銘或者銅等金屬層 至半導體基板晶片1上形成之層間絕緣膜3 〇 對應於層間絕緣膜30的上面,係形成有由紹 等金屬層構成之複數個外部連接用墊3丨,與 相重疊。 固體攝像裝置之晶片大小,係由元件形成區域㈣面積、 配線區域3的面積以及墊形成區域的面積決定。因此,若如 此做成使外部連接用㈣形成於形成有匯流線配線Μ之配 線區域3上,而不需要另外設置塾形成區域的結構,則能夠 縮小晶片尺寸。而且,能夠提高元件形成區域狀晶片中所 佔有之比例,從而能夠使固體攝像裝置高集成化。 另 句牡彳豕京形成區域2A未形成外部連接用墊 31,所以外料㈣墊叫會遮住人射至像素U之光。 而且,能夠以通孔柱塞(viapIug)32連接外㈣接用塾Μ 和匯㈣配線28’㈣能夠減少用以連接外部連接用墊31 和匯流線配線28之配線。 109092.doc 1308388 在外部連接《31下侧形成有^擴㈣^ 雜質擴散區域之特性有時候會由於形成外部連接用㈣之 ^的衝擊、對外料㈣墊31進行焊接時的機械衝擊而惡 特別是在CCD之情況下,因為 固诼貝5孔即k唬電荷在雜 質擴放區域即垂直傳送通道及水平傳送通道内移動,所以 雜質擴散區域之特性會對圖像特性造成很大的影響。 但是,在該實施型態所關係之固體攝像裝置,外部連接 用㈣形成於設置在元件形成區域2周圍的配線區域3。於 是,便因為外部連接用塾31下側未形成雜質擴散區域,所 以形成外部連接用㈣時的工藝破壞將不會對雜質擴散區 域即水平傳送通道造成損害。結果是,該實施型態之固體 攝像裝置’水平電荷傳送不會出現異常即能使晶片縮小。 具體而言,在數位相機等中經常使用的晶片尺寸是邊長5 mm之正方形的固體攝像裝置中,一般情況是能夠形成別個 大小是邊長100 μιη的正方形外部連接用墊。 此種情況下,在習知固體攝像裝置,因為作為墊形成區 域和配線區域係需要從晶片之周緣部開始〇·3 mm左右的區 域,所以實際上能夠形成元件之區域將是晶片之75%左右。 但是’在該實施型態的固體攝像裝置,藉由使外部連接 用塾形成於配線區域,便可使晶片面積之9〇0/〇左右是元件 形成區域。因此,在該實施型態的固體攝像裝置,不增大 晶片尺寸即能高像素化。而且,若像素數量相等,則能夠 使晶片尺寸小一些。 109092.doc 12 1308388 (第二實施型態) 下面’參考附圖說明本發明第二實施型態所關係之固體 攝像裝置。圖4至圖6是第二實施型態所關係之固體攝像裝 置,圖4顯示平面結構。圖5是將圖4放大後而顯示。圖6 顯不沿圖5的VIa-VIa_開之剖面結構。圖4至圖6中’與 圖1至圖3相同之構成要素用同—個符號表示,省略說明。 該實施型態之固體攝像裝置的特徵在於,外部連接用塾 31跨越配線區域3和水平傳送暫存器形成區域2B而形成,外 部連接用墊31之一部分形成在水平傳送通道23上。 因為和形成水平傳送電極24之多晶石夕等導體層相比,來 成外部連接用㈣之紹、鋼、金以及#等金屬層 性故外部連接用塾31起遮住入射至水平傳送通道^ 之^遮⑽的作用。因此,該實施型態之固體攝像裝置, 效率。 以“水平方向之信號電荷傳送的 補充說明一下,雖然可以認為:由於在雜 水平傳送通道23上方形成外部連接用仙而會㈣=即 散區域,但藉由增厚層間絕緣膜3〇之厚度或者 擴 緣膜30的膜種類,便能夠防止損害雜質擴散層。θ間絕 (第三實施型態) 下面,參考附圖說明本發明第三實施型態所 攝像裝置。圖7至圖9是第三實施型態所關係之固體:體 置,圖7顯示平面結構。圖8是將圖7放大後而顯卞 裳 示沿圖8之IMa線剖開之剖面結構。圖7至圖”。圖9顯 中’與圖1 109092.doc 1308388 至圖3相同之構成要素以同一個符號表示,省略說明。 該貫施型態之固體攝像裝置的特徵在於:於配線區域3 具有層間絕緣膜3 0之膜厚越靠近晶片之周緣部越薄的斜 面’外部連接用墊31形成於斜面上。 藉由於成為層間絕緣膜3〇斜面之區域以外的區域形成暫 存器光罩,蝕刻層間絕緣膜30,便能形成如此之斜面。 在配線區域3上側形成外部連接用墊31的情況下,因為外 部連接用塾31和像素形成區域仏之間隔變小,所以連接在 外。P連接用塾3 1上的焊接線33有可能妨礙光朝著像素^入 射0 在"玄實施型態的固體攝像裝置,因為能夠使焊接 線33和半導體基板晶片】卜而邮a、—么由 曰曰月1上面所成之角度(安裝角度)Θ小一 些’所以能夠抑制像辛η 豕京〗〗周圍之先反射至焊接線33,入 至像素〗1。 置,具有能夠實現不妨礙光朝著像 之元件形成區域於晶片中所佔之比 固體攝像裝置的效果,對固體攝像 實施型態所關係之固體攝像裝置 -工業實用性-本發明之固體攝像裝 素入射、使形成有像素 例提高、集成度报高之 裝置專有用。 【圖式簡單說明】 圖1是顯示本發明第 的俯視圖。 實施型態所關係之固體攝像裝置之 圖2是將本發明第 要部放大顯示的俯視圖 1 的092.doc •14· !3〇8388 圖3是將本發明第一實施型態所關係之固體攝像裝置之 要部放大顯示的剖面圖。 圖4疋顯示本發明第二實施型態所關係之固體攝像裝置 的俯視圖。 圖5疋將本發明第二實施型態所關係之固體攝像裝置之 要部放大顯示的俯視圖。 圖6疋將本發明第二實施型態所關係之固體攝像裝置之 要部放大顯示的剖面圖。 .θ疋”員示本發明第三實施型態所關係之固體攝像裝置 的俯視圖。 圖8疋將本發明第三實施型態所關係之固體攝像裝置之 要部放大顯示的俯視圖。 圖9疋將本發明第三實施型態所關係之固體攝像裝置之 要部放大顯示的剖面圖。 圖W是顯示習知固體攝像裝置的俯視圖。 圖11疋顯不將習知墊佈置至元件形成區域上之半導體裝 置的剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 半導體基板晶片 2 元件形成區域 2Α 像素形成區域 2Β 水平傳送暫存器形成區域 3 配線區域 11 像素 109092.doc 15 垂直傳送暫存器 水平傳送暫存器 輸出緩衝器 垂直傳送通道 垂直傳送電極 水平傳送通道 水平傳送電極 匯流線配線 層間絕緣膜 外部連接用墊 柱塞 焊接線
Claims (1)
1308388 -十、申請專利範圍: ♦ i -種固體攝像裝置,包括:複數個分別在半導體基板晶 片上以二維矩陣狀排列著的光電變換元件,由垂直傳送 通道和垂直傳送電極構成且將從前述各個光電變換元件 讀出之信號電荷傳送至垂直方向㈣直傳送暫存器,由 水平傳廷通道和纟平傳送電極構成且將從前述垂直傳送 暫存器傳送之前述信號電荷傳送至水平方向的水平傳送 暫存為,電連接前述垂直傳送電極和前述水平傳送電極 的匯机線配線,以及與前述匯流線配線電連接的外部連 接用塾’其特徵在於: 則述外部連接用墊設置在前述匯流線配線和前述水平 傳送電極的上方。 2. 如請求項1所記载之固體攝像裝置,其特徵在於: 月?!述外部連接用墊位於前述水平傳送通道上方。 3. 如請求項2所記載之固體攝像裝置,其特徵在於: 月IJ述水平傳送電極是導體層,前述外部連接用墊是金 屬層。 、 4·如2求項3所記載之固體攝像裝置,其特徵在於: 如述導體層由多晶矽形成。 士明求項1至4中之任一項所記載之固體攝像裝置,i 徵在於: ”狩 月’J述外部連接用墊,相對於前述半導體基板晶片的主 面傾斜而設。 月求項I至4中之任一項所記載之固體攝像裝置,其特 109092.doc 1308388 徵在於: 前述外部連接用墊,藉以接觸柱塞與前述匯流線配線 電連接。 7.如請求項1至4中之任一項所記載之固體攝像裝置,其特 徵在於: 前述光電變換元件、垂直傳送暫存器以及水平傳送暫 存器構成CCD型攝像感測器。
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