TWI472022B - Solid-state imaging devices and electronic machines - Google Patents

Description

固體攝像裝置及電子機器

本發明係關於固體攝像裝置及電子機器，特別係關於於排列有光電轉換部之感測器區域內之周邊部具有遮蔽光電轉換部之黑基準像素之固體攝像裝置、及具有該固體攝像裝置之電子機器。

於攝像區域將光電轉換部以矩陣狀排列而成之固體攝像裝置中，於攝像區域之周緣部分設有配置有經遮光之光電轉換部之光學黑色區域(以下，記為OB區域)。OB區域之遮光係使用配置於光電轉換部之側之傳送電極或覆蓋連接於其之傳送配線之遮光膜，該遮光膜上設有僅露出攝像區域之光電轉換部上之像素開口。

然而，由於OB區域決定像素輸出之黑色位準基準，因而必須確實地遮光，但，已知僅以上述之遮光膜無法獲得充分之遮光性。

因此，藉由將配置於OB區域之更外側之周邊電路用之配線用於OB區域之遮光，來確保OB區域之遮光性。

又，除此之外，有人提案有將包含導電性材料之遮光膜設為夾著絕緣層而電性分離之2層構造，藉由僅2重遮光OB區域上而極力排除由光學黑色位準之基準信號之漏光電荷所產生之影響之構成(以上，參照下述專利文獻1)。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-70912號公報(特別是第0037段落)

但，以如上所述之將周邊電路用之配線用於OB區域之遮光之構成、或將OB區域之遮光膜設為2層構造之構成，雖可確保OB區域之遮光性，但OB區域上層之層數多於攝像區域上層之積層數。故，覆蓋攝像區域及OB區域之平坦化絕緣膜上，會於該等區域之邊界部分產生階差。如此之邊界部分之階差，係產生所謂稱為框緣不均之攝像特性之不良現象的主要原因。

因此，本發明之目的係提供可充分遮光OB區域，且平坦地保持攝像區域與OB區域之邊界部上方，藉此不使攝像特性劣化，可獲得精度良好之光學性黑色位準之基準信號之固體攝像裝置。

用以達成上述目的之本發明之固體攝像裝置，於攝像區域及其周邊區域以矩陣狀配置有光電轉換部。光電轉換部之側方，於垂直方向排列有傳送電極。又，以水平方向上連接該等傳送電極之狀態，配置有積層配線構造之第1層配線及第2層配線。此外，特別係周邊區域中設有第1層配線及第2層配線，作為覆蓋光電轉換部之遮光圖案。另外，本發明亦為具備上述構成之固體攝像裝置之電子機器。

根據如此之構成，周邊區域之光電轉換部被包含第1層配線與第2層配線之積層構造之遮光圖案充分地遮擋。又，由於構成該遮光圖案之第1層配線及第2層配線係於水平方向連接傳送電極者，故亦共通地配置於攝像區域。因此，周邊區域與攝像區域之邊界部上方之積層構造相同，而可平坦地保持該邊界上部。

如以上說明，根據本發明，可在攝像區域之周邊區域中充分地遮蔽光電轉換部，且平坦地保持攝像區域與周邊區域之邊界部上方。藉此，可良好地維持攝像區域全域之攝像特性，且於光電轉換部經充分遮光之周邊區域中獲得精度良好之光學性黑色位準之基準信號。

以下基於圖面，按照如下所示之順序說明本發明之實施形態。

1.固體攝像裝置之概略構成例

2.固體攝像裝置之實施形態

3.電子機器之實施形態

<1.固體攝像裝置之概略構成例>

圖1係顯示本發明所適用之CCD固體攝像裝置之概略構成之一例。

該圖所示之固體攝像裝置1具有：於包含例如單晶矽之半導體基板11之一表面側以矩陣狀排列有光電轉換部3之感測器區域11a，與配置於該感測器區域11a之周圍之驅動區域11b。

感測器11a中設有：包含例如光電二極體之光電轉換部3；於光電轉換部3之側方於垂直方向延伸而設之垂直電荷傳送部5；及用以驅動垂直電荷傳送部5之第1層配線7及第2層配線9。如以下之詳細說明般，垂直電荷傳送部5係由包含雜質區域之垂直傳送路及其上部之垂直傳送電極構成，且進行來自鄰接之光電轉換部3之信號電荷之讀出、與讀出之信號電荷向垂直方向之傳送。第1層配線7及第2層配線9係以於水平方向連接構成垂直電荷傳送部5之各垂直傳送電極之狀態而設置。

此外，特別係本發明中，於各光電轉換部3之上方配置有其後將說明之層內透鏡與單片透鏡等微透鏡，謀求向各光電轉換部之聚光率之提高。又，於層內透鏡-單片透鏡間分配配置有透明之白色濾光片或各色濾光片等之濾光片，選擇特定波長之光入射。

另一方面，驅動區域11b包含垂直驅動電路12、水平電荷傳送部13、水平驅動電路14、輸出電路15、控制電路16、及輸出入端子17等。

垂直驅動電路12係由例如移位暫存器構成，其係選擇第1層配線7及第2層配線9，將用以驅動垂直電荷傳送部5之脈衝供給至所選擇之第1層配線7及第2層配線9，並以列單位驅動垂直電荷傳送部5。即，垂直驅動電路12係自感測器區域11a之各光電轉換部3向垂直電荷傳送部5以列單位讀取信號電荷，並於垂直方向依序傳送所讀取之信號電荷。

水平電荷傳送部13與垂直電荷傳送部5相同，係由包含雜質區域之水平傳送路及其上部之水平傳送電極構成，且以構成垂直電荷傳送部5之最終段之狀態朝水平方向延伸而設。該水平電荷傳送部13係進行來自垂直電荷傳送部5之信號電荷向水平方向之傳送。

水平驅動電路14係由例如移位暫存器構成，藉由依次輸出水平掃描脈衝而驅動水平電荷傳送部13。即，水平驅動電路14讀取水平電荷傳送部13上每行自垂直電荷傳送部15傳送而來之信號電荷，並向垂直方向依序傳送所讀取之信號電荷。

輸出電路15係對於水平電荷傳送部13依次被傳送之信號電荷進行信號處理並輸出。例如，有僅進行緩衝之情形，亦有進行黑色位準調整、行不均一修正、各種數位信號處理等情形。

控制電路16接收指令輸入時序、動作模式等之資料，且輸出固體攝像裝置1之內部資訊等資料。即，控制電路16係基於垂直同期信號、水平同期信號、及母鐘，生成作為垂直驅動電路12、水平驅動電路14等之動作基準之時序信號或控制信號。且，將該等信號輸入至垂直驅動電路12及水平驅動電路14等。

輸出入端子17係連接於輸出電路15及控制電路16，進行裝置外部與信號之交流。

如上而構成之固體攝像裝置1，其感測器11a被進一步劃分為攝像區域與周邊區域。攝像區域為佔據感測器區域11a之大部分之中央部分之區域，其係以可使各光電轉換部3受光之方式而構成。另一方面，周邊區域係配置於攝像區域之周邊部分，其係以遮蔽各光電轉換部3使其不能受光之方式構成。如以下之實施形態中之詳細說明，本發明中如此之周邊區域之遮光構造具有特徵性。

<2.固體攝像裝置之實施形態>

圖2係顯示適用本發明之實施形態之固體攝像裝置之構成的要部平面圖及要部剖面圖，其係感測器11a中之攝像區域a與周邊區域b之邊界部周邊之圖。又，圖3~圖6係為說明圖2所示之實施形態之固體攝像裝置之構成，自下層側依序顯示固體攝像裝置之各層之平面圖，且組合各平面圖中之A-A'剖面圖而顯示。

以下，利用圖3~6自下層側依序說明圖2所示之固體攝像裝置之細節。另，對於與已利用圖1說明之構成要件相同之構成要件附註同一符號進行說明。此外，絕緣膜僅圖示剖面圖，平面圖之圖示省略。

首先，如圖3所示，於例如p型半導體基板11中之感測器區域11a之表面側，跨及感測器區域11a之全面，以矩陣狀排列有光電轉換部3。光電轉換部3包含n型雜質層。光電轉換部3之一方側之側方具有間隔且跨及垂直方向設置有垂直傳送路21。垂直傳送路21包含n型雜質層。光電轉換部3與垂直傳送路21之間之間隔，成為用以將光電轉換部3之電荷讀出至垂直傳送路21之通道區域。

此外，於隔著光電轉換部3而與垂直傳送路21相對側之側方，及於垂直方向隔著光電轉換部3之位置，以自3個方向包圍光電轉換部3之狀態設置有元件分離23。元件分離23包含P型雜質層，且連接於光電轉換部3及垂直傳送路21。

以上之光電轉換部3、垂直傳送路21、及元件分離23係藉由例如離子佈值及其後之熱處理而形成。

其後，如圖4所示，於表面層設置有光電轉換部3、垂直傳送路21、及元件分離23之半導體基板11上，介隔閘極絕緣膜25而設置有垂直傳送電極27。垂直傳送電極27係與垂直傳送路21共同構成垂直電荷傳送部5者，且跨及垂直方向排列於垂直傳送路21上。排列於垂直方向之各垂直傳送電極27，分別以絕緣之狀態排列，且以大於垂直傳送路21之寬度予以圖案化。此外，作為於水平方向並排排列之垂直傳送電極27彼此，如圖示，可於元件分離23之上方彼此連結成連續圖案，亦可不連結。如上之垂直傳送電極27係由例如多晶矽構成，其係藉由將多晶矽膜圖案化而形成。

以上之層構成中，各構成要件之圖案在感測器區域11a之全域相同，在攝像區域a與周邊區域b中無差別，自後續層之圖案具有特徵性。

即，如圖5所示，設有垂直傳送電極27之半導體基板11上，介隔層間絕緣膜29而設置有第1層配線7、及與第1層配線7於同一層構成之第1遮光罩7a。

第1層配線7係用以與以下將說明之第2層配線共同驅動垂直傳送電極27者。如此之第1層配線7中之一配線形態係，於垂直方向排列之光電轉換部3-光電轉換部3間之元件分離23上，朝水平方向(列方向)延伸而設，例如以連接配置於水平方向之偶數列之垂直傳送電極27彼此之狀態而配線。

此外，各第1層配線7之另一配線形態，為藉由以下將說明之第2層配線連接例如以奇數列配置於水平方向之垂直傳送電極27，而以電極墊形狀設於以奇數列配置之垂直傳送電極27上。另，剖面圖相當於以奇數列配置於水平方向之垂直傳送電極27部分之剖面。

如上之各形態之第1層配線7，係經由設於層間絕緣膜29之連接孔，而連接於各垂直傳送電極27。

特別係根據本實施形態，如上經配線之各第1層配線7在攝像區域a中為將各光電轉換部3開口之形狀，與此相對，在周邊區域b中係作為遮蔽光電轉換部3之遮光圖案而設置，此點具有特徵性。

此處，設於攝像區域a之周邊之周邊區域b中，於攝像區域a之水平方向鄰接而配置之區域，係作為用以獲得光學性黑色位準之基準信號之OB區域b1而設置。如此之OB區域b1中，配置有第1層配線7作為覆蓋光電轉換部3上之遮光圖案。又，OB區域b1中，將第1層配線7各自獨立而圖案化，另一方面，為相對光電轉換部3確保充分的遮光狀態，較好為以狹小間隔來配置。

另一方面，設於攝像區域a之周邊之周邊區域b中，於攝像區域a及OB區域b1之垂直方向鄰接而配置之區域，係作為為均一地保持攝像區域a之剖面構造直至周端部而配置之遮光區域b2而設置。如此之遮光區域b2中，由於光電轉換部3係虛設配置，故無須進行電荷之讀出。由此，該遮光區域b2中，與第1層配線7於同一層構成之第1遮光罩7a係不連接於垂直傳送電極27地配置。如此之第1遮光罩7a係處於浮動狀態，故以接地之狀態而設。又，第1遮光罩7a若接地，則連接於垂直傳送電極27亦可。

以上之第1層配線7及第1遮光罩7a係以如金屬材料般之遮光性與導電性優良之導電性材料構成，係藉由將例如氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)、鎢(W)之積層膜圖案化而形成。

其後如圖6所示，於設有第1層配線7及第1遮光罩7a之半導體基板11上，介隔層間絕緣膜31而設有第2層配線9、及與第2層配線9於同一層構成之第2遮光罩9a。

第2層配線9係用以與第1層配線7共同驅動垂直傳送電極27者。如此之第2層配線9之配線形態，係於排列於垂直方向之光電轉換部3間之元件分離23上配線於第1層配線7上，且於光電轉換部3間，向以奇數列配置之各垂直傳送電極27上朝垂直方向(列方向)延伸而設。繼而，以連接例如於水平方向以奇數列配置之垂直傳送電極27彼此之狀態而配線。

以上之第2層配線9係經由設置於層間絕緣膜31之連接孔而連接於以奇數列配置之第1層配線7，且經由第1層配線7而連接於以奇數列配置之各垂直傳送電極27。

特別係根據本實施形態，如上經配線之第2層配線9於攝像區域a中為將光電轉換部3開口之形狀，與此相對，於周邊區域b之OB區域b1中，係作為遮蔽光電轉換部3之遮光圖案而設置，此點具有特徵性。此外，OB區域b1中，覆蓋第1層配線7之圖案間之上部，且與第1層配線7保持充分重合而設有第2層配線9，藉此，OB區域b1被充分遮光。又，為防止因第1層配線7與第2層配線9之重合而產生之寄生電容，亦可以僅覆蓋第1層配線7之圖案間之上部，且以第2層配線9僅遮蔽未被第1層配線7遮蔽之部分之方式，使第2層配線9形成圖案。

另一方面，周邊區域b中，於攝像區域a之垂直方向鄰接而配置之遮光區域b2中，與第2層配線9於同一層構成之第2遮光罩9a係未連接於第1遮光罩7a及垂直傳送電極27而配置。如此之第2遮光罩9a由於處於浮動狀態，故係以接地之狀態而設。又，第2遮光罩9a若接地，則亦可連接於第1遮光罩7a或垂直傳送電極27。另，為防止因第1遮光罩7a與第2遮光罩9a之重合所產生之寄生電容，亦可於遮光區域b僅設置第1遮光罩7a或第2遮光罩9a之一者。

以上之第2層配線9及第2遮光罩9a係以如金屬材料般之遮光性與導電性優良之導電性材料構成，係藉由將例如氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)、鎢(W)之積層膜圖案化而形成。

其後如圖2所示，於設有第2層配線9及第2遮光罩9a之半導體基板11上，介隔層間絕緣膜33而設置有遮光膜35。該遮光膜35具有僅在排列於攝像區域a中之光電轉換部3上各自露出之複數個感測器開口35a。如此之遮光膜35係用例如鎢(W)般遮光性良好之材料構成。

此外，該遮光膜35上設有平坦化絕緣膜37，平坦化絕緣膜37上，配置有用以使光聚光於排列於攝像區域a之各光電轉換部3之微透鏡39，構成固體攝像裝置1。

如上構成之固體攝像裝置1中，配置於周邊區域b中特別係OB區域b1之光電轉換部3，係藉由包含亦配置於攝像區域a之第1層配線7及第2層配線9之積層構造之遮光圖案而被充分地遮光。因此，自OB區域b1之光電轉換部3讀出之信號電荷，可用作精度良好之光學性黑色位準之基準信號。

此外，配置於周邊區域b中之遮光區域b2之光電轉換部3亦藉由與第1層配線7及第2層配線9在同一層構成之第1遮光罩7a、及第2遮光罩9a之積層構造遮光。即，相對攝像區域a，周邊區域b不追加特別的遮光層，而是藉由與攝像區域a同一之層構成來遮光。

由上可知，在包含OB區域b1及遮光區域b2之周邊區域b，與配置有未經遮光之光電轉換部3之攝像區域a處，半導體基板11之上方之積層構造相同。藉此，覆蓋攝像區域a與周邊區域b之平坦化絕緣膜37之表面，對應於攝像區域a-周邊區域b之邊界部之部分不會產生階差。

藉此，於包含與周邊區域b之邊界部之攝像區域a之全域中，可良好地維持攝像特性。即，在攝像區域a中與周邊區域b之邊界附近之平坦化絕緣膜37之階差上配置微透鏡，可防止聚光特性劣化等不佳狀況之產生，從而在相較攝像區域a更大之範圍內確保良好之攝像特性。

此外，由於如上可良好地維持攝像區域a之全域之攝像特性，故於攝像區域a中與周邊區域b之邊界部設定虛設區域之情形下，可縮小攝像區域a中所占之虛設區域，而擴大有效像素區域。又，所謂虛設區域，係配置有不直接參與像素顯示之光電轉換部3之區域。

根據如上本實施形態中已說明之固體攝像裝置1，可良好地維持攝像區域a之全域之攝像特性，且於光電轉換部3經充分遮光之周邊區域b(OB區域b1)中獲得精度良好之光學性黑色位準之基準信號。

<3.電子機器之實施形態>

上述實施形態中已說明之本發明之固體攝像裝置，可適用於例如數位相機或攝像機等相機系統、具有攝像功能之行動電話、或是具有攝像功能之其他機器等之電子機器。

圖7係作為本發明之電子機器之一例，顯示適用固體攝像裝置之相機之構成圖。本實施形態例之相機，係以可拍攝靜止圖像與動畫之攝像機為例者。本實施形態例之相機91具有：固體攝像裝置1；將入射光導入至固體攝像裝置1之受光感測器部之光學系統93；快門裝置94；驅動固體攝像裝置1之驅動電路95；及處理固體攝像裝置1之輸出信號之信號處理電路96。

固體攝像裝置1適用上述實施形態之構成者。光學系統(光學透鏡)93係使來自被攝體之像光(入射光)成像於固體攝像裝置1之攝像面上。藉此，於固體攝像裝置1內蓄積一定時間段之信號電荷。光學系統93亦可為由複數個光學透鏡構成之光學透鏡系統。快門裝置94係控制對固體攝像裝置1之光照射期間及遮光期間。驅動電路95係供給控制固體攝像裝置1之傳送動作及快門裝置94之快門動作之驅動信號。藉由自驅動電路95供給之驅動信號(時序信號)，進行固體攝像裝置1之信號傳送。信號處理電路96係進行各種信號處理。經信號處理之影像信號，被存儲於記憶體等記憶媒體，或輸出至監視器。

根據以上已說明之本實施形態之電子機器，藉由利用可良好地維持攝像區域a之全域之攝像特性，且可獲得精度良好之光學性黑色位準之基準信號的固體攝像裝置1，可獲得高畫質之圖像。

1．．．固體攝像裝置

3．．．光電轉換部

7．．．第1層配線

9．．．第2層配線

7a．．．第1遮光罩

9a．．．第2遮光罩

27．．．垂直傳送電極(傳送電極)

35．．．遮光膜

35a．．．感測器開口

37．．．平坦化絕緣膜

39．．．微透鏡

91．．．電子機器

93．．．光學系統

96．．．信號處理電路

a．．．攝像區域

b．．．周邊區域

圖1係本發明所適用之CCD固體攝像裝置之概略構成圖。

圖2係顯示實施形態之固體攝像裝置之構成之要部剖面圖。

圖3係用以說明實施形態之固體攝像裝置之構成之要部步驟圖(其1)。

圖4係用以說明實施形態之固體攝像裝置之構成之要部步驟圖(其2)。

圖5係用以說明實施形態之固體攝像裝置之構成之要部步驟圖(其3)。

圖6係用以說明實施形態之固體攝像裝置之構成之要部步驟圖(其4)。

圖7係實施形態之電子機器之構成圖。

1．．．固體攝像裝置

3．．．光電轉換部

5．．．垂直電荷傳送部

7．．．第1層配線

9．．．第2層配線

11．．．半導體基板

11a．．．感測器區域

21．．．垂直傳送路

23．．．元件分離

25．．．閘極絕緣膜

27．．．垂直傳送電極(傳送電極)

29．．．層間絕緣膜

31．．．層間絕緣膜

33．．．層間絕緣膜

35．．．遮光膜

35a．．．感測器開口

37．．．平坦化絕緣膜

39．．．微透鏡

a．．．攝像區域

b．．．周邊區域

Claims (6)

1. 一種固體攝像裝置，其包含：以矩陣狀配置於攝像區域與其周邊區域之光電轉換部；在上述光電轉換部之側方，於垂直方向排列之傳送電極；及以於水平方向連接上述傳送電極之狀態而配置之積層配線構造之第1層配線及第2層配線；且上述周邊區域中，設置有上述第1層配線及第2層配線作為覆蓋上述光電轉換部之遮光圖案。
2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述周邊區域中，以覆蓋上述第1層配線之圖案間之上部之狀態，設置有上述第2層配線。
3. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述周邊區域中，以與上述第1層配線或第2層配線在同一層而構成之遮光罩，係以與該第1層配線及第2層配線絕緣之狀態而設置於上述光電轉換部上。
4. 如請求項3之固體攝像裝置，其中上述遮光罩係接地。
5. 如請求項1至4中任一項之固體攝像裝置，其係於設置有上述第1層配線及第2層配線之上述攝像區域及周邊區域上，依序設置有：具有將配置於上述攝像區域之上述光電轉換部之上方露出的感測器開口之遮光膜；覆蓋上述攝像區域及周邊區域之平坦化絕緣膜；及 對應上述光電轉換部而排列於上述平坦化絕緣膜上之微透鏡。
6. 一種電子機器，其包含：固體攝像裝置；將入射光導入上述固體攝像裝置之攝像區域之光學系統；及處理上述固體攝像裝置之輸出信號之信號處理電路；且，上述固體攝像裝置包含：以矩陣狀配置於上述攝像區域與其周邊區域之光電轉換部；在上述光電轉換部之側方，於垂直方向排列之傳送電極；及以於水平方向連接上述傳送電極之狀態而配置之積層配線構造之第1層配線及第2層配線；且上述周邊區域中，設置有上述第1層配線及第2層配線作為覆蓋上述光電轉換部之遮光圖案。