TWI652809B - Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device Download PDF

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TWI652809B
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Abstract

本發明之固體攝像裝置1包括受光部2，該受光部2係於半導體基板上複數個圖案2A、2B以於Y軸方向上接合之方式被曝光而形成。受光部2具有呈2維狀排列於Y軸方向與正交於Y軸方向之X軸方向之複數個像素。以包含複數個像素中之排列於X軸方向之複數個像素之像素行作為單位沿X軸方向傳輸電荷。

Description

固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法
本發明係關於一種固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。
先前，已知有如下之固體攝像裝置，其包括受光部，該受光部具有藉由複數列及複數行而構成之矩陣狀之像素構造(例如參照專利文獻1、2)。於該固體攝像裝置中，對應於入射至受光部之光而儲存於像素之電荷藉由被供給至轉移電極之電壓而傳輸。
作為固體攝像裝置之驅動方法之一例，存在TDI(Time Delay and Integration，時間延時積分)驅動法，即一面以與物體之移動速度相應之速度將儲存於像素之電荷傳輸至同一行上之像素，一面進而進行電荷之儲存。根據TDI驅動法，可清晰地拍攝以固定速度移動之物體，例如處於帶式輸送機上之物體等。作為固體攝像裝置之驅動方法之其他例，存在累計於特定個數之像素中產生之電荷作為輸出信號之組合。根據組合，可將鄰接之複數個像素作為單位像素進行處理。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2000-101061號公報
[專利文獻2]日本專利特開2003-347539號公報
且說，近年來，要求固體攝像裝置之感度之提高，隨之，固體 攝像裝置之大面積化不斷進展。另一方面，於固體攝像裝置之製造時之曝光步驟中，一次能夠曝光之面積受限制。因此，於固體攝像裝置之面積較大之情形時，難以藉由一次曝光而製造固體攝像裝置。因此，於製造大面積之固體攝像裝置之情形時，使用拼接曝光(stitching exposure)之方法。拼接曝光係如下之方法，即，藉由使用具有與半導體基板上之複數個區域對應之形狀之圖案之光罩，並依序曝光各個區域而製造固體攝像裝置。
然而，於利用TDI驅動法驅動藉由拼接曝光製造而成之固體攝像裝置之情形時，即便使強度均勻之光入射至該固體攝像裝置之受光部整體，亦會於各個區域之邊界即接縫之部分，輸出變為與接縫以外之部分不同之值。即，於接縫之部分，輸出信號變為不均勻者。
因此，本發明之目的在於提供一種可使輸出信號成為充分均勻者之固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。
本發明之一方面之固體攝像裝置包括受光部，該受光部係於半導體基板上複數個圖案以於第一方向上接合之方式被曝光而形成；且受光部包括呈2維狀排列於第一方向與正交於第一方向之第二方向之複數個像素，以包含複數個像素中之排列於第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向傳輸電荷，於受光部中，複數個圖案接合之邊界係位置僅沿著在交叉於第一方向與第二方向之方向延伸之一條以上之線段上。
於本發明之一方面之固體攝像裝置中，受光部係複數個圖案以於第一方向上接合之方式被曝光而形成。該受光部具有呈2維狀排列於第一方向與正交於第一方向之第二方向之複數個像素。以包含複數個像素中之排列於第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向傳輸電荷。另一方面，複數個圖案接合之邊界係位於沿著在交叉於 第一方向與第二方向之方向延伸之一條以上之線段上。因此，傳輸電荷之第二方向、與構成像素行之複數個像素之排列方向不同。因此，複數個圖案之邊界之影響並未僅集中於像素之特定行，而是分散於複數個像素行。其結果為，可於複數個圖案之邊界之部分，緩和來自像素行之輸出信號之不均勻性，而使輸出信號成為充分均勻者。
複數個圖案接合之邊界亦可與沿著第二方向延伸之一直線僅於1處交叉。於該情形時，沿第二方向進行電荷之傳輸之像素行與複數個圖案之邊界交叉之部位至多為1處。因此，可進一步緩和由複數個圖案之邊界所引起之輸出信號之不均勻性，而使輸出信號成為更均勻者。
亦可進行TDI驅動。於該情形時，於對以固定速度移動之物體進行拍攝之情形時，可藉由將物體之移動方向設為第二方向，並且TDI驅動固體攝像裝置，而使輸出信號成為充分均勻之狀態，以進行該移動之物體之拍攝。
本發明之一方面之固體攝像裝置之製造方法包括如下步驟：於半導體基板上將複數個圖案以於第一方向上接合之方式曝光而形成受光部；且受光部具有呈2維狀排列於第一方向與正交於第一方向之第二方向之複數個像素，以包含複數個像素中之排列於第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向傳輸電荷，於受光部中，複數個圖案接合之邊界係位置僅沿著在交叉於第一方向與第二方向之方向延伸之一條以上之線段上。
根據本發明之一方面之固體攝像裝置之製造方法，如上所述，獲得傳輸電荷之第二方向、與受光部之形成時接合之圖案之邊界所延伸之方向不同之固體攝像裝置。因此，可緩和由複數個圖案之邊界所引起之輸出信號之不均勻性，而使固體攝像裝置之輸出信號成為充分均勻者。
根據本發明，可提供一種能夠使輸出信號成為充分均勻者之固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。
1‧‧‧固體攝像裝置
1A、1B、1C、101D、101E‧‧‧固體攝像裝置
2‧‧‧垂直傳輸部(受光部)
2A、2B、11A、11B、11C~15C、12A、12B‧‧‧圖案
3‧‧‧水平傳輸部
4‧‧‧輸出部
5‧‧‧接合墊
6‧‧‧像素
20A、20B、20C、120D、120E‧‧‧光罩
21A、21B、21C、22A、22B、22C、23C、121D、121E、122D、122E‧‧‧光罩圖案
111D、111E、112D、112E‧‧‧圖案
LA、LB、LC、LD、LE‧‧‧直線
RII‧‧‧矩形
S、SA、SB、SC1、SC2、SC3、SC4、SD、SE、SE1、SE2、SE3‧‧‧邊界
W‧‧‧晶圓(半導體基板)
y1A、y1B、y1C、y1D、y1E、y2A、y2B、y2C、y2E、y3C、y4C、y5C、y6C、y7C、y8C‧‧‧座標
圖1係表示一實施形態之固體攝像裝置之概略構成之俯視圖。
圖2係放大表示圖1之一部分之圖。
圖3(A)-(C)係表示於一實施形態之固體攝像裝置之製造方法中所使用之光罩之圖案之形狀的概略圖。
圖4(A)-(C)係表示光罩之圖案之另一形狀之概略圖。
圖5(A)-(C)係表示光罩之圖案之又一形狀之概略圖。
圖6(A)-(C)係表示比較例之光罩之圖案之形狀的概略圖。
圖7(A)-(C)係表示另一比較例之光罩之圖案之形狀的概略圖。
以下，參照隨附圖式對本發明之較佳之實施形態進行詳細地說明。再者，於說明中，對於相同要素或具有相同功能之要素使用相同符號，且省略重複說明。
首先，參照圖1及圖2對本實施形態之固體攝像裝置1之構成進行說明。圖1係表示固體攝像裝置1之概略構成之俯視圖。圖2係放大表示圖1中之矩形RII之內部之圖。
如圖1所示，固體攝像裝置1包括垂直傳輸部(受光部)2、水平傳輸部3、輸出部4及接合墊5。如下所述，固體攝像裝置1係能夠TDI驅動之固體攝像裝置。
垂直傳輸部2係於半導體基板上，複數個(圖1所示之例中為2個)圖案2A、2B以於邊界S在Y軸方向(第一方向)上接合之方式曝光而形成。如圖2所示，垂直傳輸部2具有呈2維狀排列於Y軸方向與正交於Y軸方向之X軸方向(第二方向)之複數個像素6。像素6分別接收入射至 垂直傳輸部2之光而產生對應於受光強度之量之電荷。
複數個像素6中之排列於X軸方向之複數個像素6構成像素行。垂直傳輸部2以像素行作為單位沿X軸方向之正向傳輸電荷。垂直傳輸部2於像素6之上方具有與Y軸方向平行地延伸之複數個電極(未圖示)。垂直傳輸部2藉由使該電極之電位變化且使位於電極下方之半導體層之電位之深度變化而傳輸電荷。尤其是於固體攝像裝置1進行TDI驅動之情形時，垂直傳輸部2以與沿X軸方向移動之攝像對象物之移動速度相等之速度沿X軸方向傳輸電荷。垂直傳輸部2將電荷最終傳輸至水平傳輸部3。
垂直傳輸部2之圖案2A與圖案2B接合之邊界S係位置於沿著在交叉於X軸方向與Y軸方向之方向延伸之一條以上之線段上。尤其是於本實施形態中，邊界S係沿著與X軸方向與Y軸方向均交叉之一條線段呈直線狀設置。再者，圖案2A與圖案2B亦可於邊界S之附近具有相互重合之區域。
水平傳輸部3對自垂直傳輸部2傳輸之電荷沿Y軸方向進行傳輸。水平傳輸部3與垂直傳輸部2同樣地具有電極(未圖示)。水平傳輸部3與垂直傳輸部2中之電荷之傳輸同樣地，藉由使電極之電位變化且使位於電極下方之半導體層之電位之深度變化而傳輸電荷。
輸出部4將自水平傳輸部3傳輸之電荷轉換為與其電荷量對應之電壓而輸出。作為輸出部4，可使用例如浮動擴散放大器。
接合墊5係用以對為了傳輸垂直傳輸部2及水平傳輸部3中之電荷而使用之電極，自固體攝像裝置1之外部賦予電位。接合墊5亦可用於其他目的，例如提取自輸出部4輸出之電壓信號。
其次，對本實施形態之固體攝像裝置之製造方法進行說明。該固體攝像裝置之製造方法包括如下步驟於半導體基板上以接合之方式曝光複數個圖案而形成受光部之步驟。
首先，參照圖3對曝光所使用之光罩之光罩圖案之較佳之形狀進行說明。於圖3(A)表示用以形成受光部之曝光中所使用之光罩之形狀之一例。光罩20A具有俯視下為梯形形狀之光罩圖案21A及光罩圖案22A。
於圖3(B)表示使用光罩20A進行曝光之情形時之晶圓W(半導體基板)中之圖案之配置。於晶圓W中，圖案11A與圖案12A介隔邊界SA於Y軸方向上接合。圖案11A與圖案12A接合而形成固體攝像裝置1A。圖案11A係根據光罩圖案21A被曝光之圖案。圖案12A係根據光罩圖案22A被曝光之圖案。邊界SA係位置沿著在交叉於X軸方向與Y軸方向之方向延伸之線段上。尤其是圖3(B)所示之邊界SA與沿X軸方向延伸之一直線LA僅於1處交叉。
於圖3(C)表示使強度均勻之光入射至固體攝像裝置1A之情形時之輸出信號強度相對於Y軸之變化。由於入射至固體攝像裝置1A之光之強度均勻，因而輸出信號強度較佳為變為固定。於固體攝像裝置1A之情形時，因圖案11A與圖案12A之位置對準之偏差等，輸出信號強度於邊界SA之一端之Y座標y1A與邊界SA之另一端之Y座標y2A之間，與其他部分相比略產生差。該差係由以下原因引起，即，於位於邊界SA上之像素6中，因圖案11A與圖案12A之位置位準之偏差等影響，與未位於邊界SA上之像素6相比，入射光之強度與產生之電荷之量之間的關係不同。於Y座標y1A與Y座標y2A之間之區域中，於沿X軸方向之像素行中包含位於邊界SA上之像素6，相對於此，於Y座標小於y1A之區域，或Y座標大於y2A之區域中，於沿X軸方向之像素行中不包含位於邊界SA上之像素6。因此，如圖3(C)所示，於Y座標y1A與Y座標y2A之間之區域中，與其他區域相比，輸出信號強度之特性略產生差。然而，圖3(C)所示之輸出信號強度於Y座標上之差足夠小，於實際應用上，輸出信號強度仍變為充分均勻者。
其次，參照圖4對曝光所使用之光罩之光罩圖案之另一較佳之形狀進行說明。於圖4(A)表示光罩之形狀之一例。光罩20B具有五邊形形狀之光罩圖案21B及光罩圖案22B。
於圖4(B)表示使用光罩20B進行曝光之情形時之晶圓W中之圖案之配置。於晶圓W中，圖案11B與圖案12B介隔邊界SA於Y軸方向上接合。圖案11B與圖案12B接合而形成固體攝像裝置1B。圖案11B係根據光罩圖案21B被曝光之圖案。圖案12B係根據光罩圖案22B被曝光之圖案。邊界SB設為具有由一個角隔開之兩個部分之摺線。兩個部分係位置分別沿著在交叉於X軸方向與Y軸方向之方向延伸之兩條線段之各者。圖4(B)所示之邊界SB與沿著X軸方向延伸之一直線LB於2處交叉。邊界SB中，Y座標成為最小之點之Y座標為y1B，Y座標成為最大之點之座標為y2B。
於圖4(C)表示使強度均勻之光入射至固體攝像裝置1B之情形時之輸出信號強度相對於Y軸之變化。於固體攝像裝置1B之情形時，因圖案11B與圖案12B之位置位準之偏差等，輸出信號強度於Y座標y1B與Y座標y2B之間，與其他部分相比略產生差。該差雖稍大於圖3(C)所示之Y座標y1A與Y座標y2A之間之區域與其他區域之輸出信號強度之差，但仍充分小，於實際應用上，輸出信號強度仍成為充分均勻者。
再者，比較圖3所示之固體攝像裝置1A之圖案11A、12A與圖4所示之固體攝像裝置1B之圖案11B、12B之邊界SB之形狀，關於其等之特徵於下文敍述。如圖3(B)所示，沿直線LA之像素行與邊界SA於1處交叉，相對於此，如圖4(B)所示，沿直線LB之像素行與邊界SB於2處交叉。因此，固體攝像裝置1A與固體攝像裝置1B相比，位於邊界上之像素數較少，因而於輸出信號強度成為更均勻者之方面有利。另一方面，於將邊界設為沿相對於X軸以固定角度傾斜之1條以上之線段之直線或摺線之情形時，圖4(A)所示之光罩20B之面積可小於圖3(A) 所示之光罩20A之面積，於該方面有利。
光罩圖案之數量及固體攝像裝置之垂直傳輸部中之圖案之數量並不分別限定於2個。亦可將光罩圖案之數量與固體攝像裝置之圖案之數量設為不同之數量。參照圖5對曝光所使用之光罩之光罩圖案之進而另一較佳之形狀進行說明。於圖5(A)表示光罩之形狀之一例。光罩20C具有梯形形狀之光罩圖案21C、平行四邊形形狀之光罩圖案22C、及梯形形狀之光罩圖案23C。
於圖5(B)表示使用光罩20C進行曝光之情形時之晶圓W中之圖案之配置。於晶圓W中，圖案11C、12C、13C、14C、15C分別介隔邊界SC1、SC2、SC3、SC4於Y軸方向上接合。邊界SC1~SC4分別沿著相對於X軸方向與Y軸方向之兩者分別呈固定角度之線段而配置。就邊界SC1、SC2、SC3、SC4而言，各者之一端之Y座標為y1C、y3C、y5C、y7C，各者之另一端之Y座標為y2C、y4C、y6C、y8C。邊界SC1與沿X軸方向延伸之一直線於1處交叉。邊界SC2~SC4亦同樣地與沿X軸方向延伸之直線於1處交叉。
圖案11C、12C、13C、14C、15C接合而形成固體攝像裝置1C。圖案11C根據光罩圖案21C被曝光。圖案12C、13C、14C根據光罩圖案22C被曝光。圖案15C根據光罩圖案23C被曝光。圖案12C、13C、14C之曝光係藉由一面改變光罩20C相對於晶圓W之位置一面進行重複曝光而進行。
於圖5(C)表示使強度均勻之光入射至固體攝像裝置1C之情形時之輸出信號強度相對於Y軸之變化。於固體攝像裝置1C之情形時，因圖案11C~15C之位置對準之偏差等，輸出信號於Y座標y1C~y2C、Y座標y3C~y4C、Y座標y5C~y6C、Y座標y7C~y8C之區域，與其他區域相比產生差。然而，圖5(C)所示之輸出信號強度於Y座標上之差充分小，於實際應用上，輸出信號強度仍成為充分均勻者。
以下，參照圖6及圖7對針對本發明之實施形態之比較例進行說明。於圖6(A)表示比較例之光罩之形狀之一例。光罩120D具有長方形形狀之光罩圖案121D及光罩圖案122D。
於圖6(B)表示使用光罩120D進行曝光之情形時之晶圓W中之圖案之配置。於晶圓W中，圖案111D與圖案112D介隔邊界SD於Y軸方向上接合。圖案111D與圖案112D接合而形成固體攝像裝置101D。圖案111D係根據光罩圖案121D被曝光之圖案。圖案112D係根據光罩圖案122D被曝光之圖案。邊界SD係位置沿X軸方向。圖6(B)所示之邊界SD係位置與沿X軸方向延伸之一直線LD平行。邊界SD上之各點之Y座標為y1D。
於圖6(C)表示使強度均勻之光入射至固體攝像裝置101D之情形時之輸出信號強度相對於Y軸之變化。於固體攝像裝置101D之情形時，因圖案111D與圖案111D之位置位準之偏差等，輸出信號強度於Y座標y1D與其他部分相比產生較大之差。該差明顯大於圖3所示之Y座標為y1A~y2A之區間與其他區間之輸出信號強度之差。其原因在於，由於構成Y座標成為y1D之像素行之像素6全部位於邊界SD上，因而與其他位置之像素6相比輸出信號強度之特性不同。
於圖7表示另一比較例。於圖7(A)表示比較例之光罩之形狀之一例。光罩120E具有六邊形形狀之光罩圖案121E及光罩圖案122E，其等係以包含交叉於X軸方向及Y軸方向之兩者之2條邊、與連接該等邊且平行於Y軸之1條邊之摺線替換長方形之短邊之中一邊而成。
於圖7(B)表示使用光罩120E進行曝光之情形時之晶圓W中之圖案之配置。於晶圓W中，圖案111E與圖案112E介隔邊界SA於Y軸方向上接合。圖案111E與圖案112E接合而形成固體攝像裝置101E。圖案111E係根據光罩圖案121E被曝光之圖案。圖案112E係根據光罩圖案122E被曝光之圖案。邊界SE包括交叉於X軸方向及Y軸方向之兩者之 部分SE1、SE3、及平行於Y軸方向之部分SE2。圖6(B)所示之邊界SE與沿X軸方向延伸之一直線LE於3處交叉。邊界SE上之各點之Y座標為y1D。
於圖7(C)表示使強度均勻之光入射至固體攝像裝置101E之情形時之輸出信號強度相對於Y軸之變化。於固體攝像裝置101E之情形時，因圖案111E與圖案112E之位置對準之偏差等，輸出信號強度於Y座標y1E~y2E與其他部分相比產生較大之差。該差大於圖4所示之Y座標為y1B~y2B之區間與其他區間之輸出信號強度之差。其原因在於：由於在邊界SE存在平行於Y軸方向之部分SE2，因此構成位於Y座標為y1E~y2E之區間之像素行之像素6中之位於部分SE2上之像素存在於邊界SE，藉此位於邊界SE上之像素6之數量增加。如此，於圖案之邊界上設置平行於Y軸方向之部分會使輸出信號強度之特性成為不均勻者，故而欠佳。
於本發明之實施形態之固體攝像裝置1中，垂直傳輸部2係複數個圖案11、12以於第一方向接合之方式被曝光而形成。該垂直傳輸部2具有呈2維狀排列於X軸方向與正交於X軸方向之Y軸方向之複數個像素6。以包含複數個像素6中之排列於X軸方向之複數個像素之像素行作為單位沿X軸方向傳輸電荷。另一方面，複數個圖案接合之邊界係位置沿著在交叉於X軸方向與Y軸方向之方向延伸之一條以上之線段上。因此，傳輸電荷之X軸方向與構成像素行之複數個像素6之排列方向不同。因此，複數個圖案之邊界之影響並未僅集中於像素6之特定行，而是分散於複數個像素行。其結果為，可於複數個圖案之邊界之部分，緩和來自像素行之輸出信號之不均勻性，而使輸出信號成為充分均勻者。
於複數個圖案11、12接合之邊界與沿著X軸方向延伸之一直線僅於1處交叉之情形時，沿Y軸方向進行電荷之輸送之像素行與複數個 圖案11、12之邊界交叉之部位成為1處。因此，可進一步緩和由複數個圖案之邊界所引起之輸出信號不均勻性，而使輸出信號成為更均勻者。
於固體攝像裝置1能夠實現TDI驅動之情形時，當對以固定速度移動之物體進行拍攝時，藉由將物體之移動方向設為X軸方向，並且TDI驅動固體攝像裝置，而使輸出信號成為充分均勻之狀態，從而進行該移動之物體之拍攝。
本實施形態係固體攝像裝置之製造方法，該固體攝像裝置包括受光部，該受光部具有呈2維狀排列於第一方向與正交於第一方向之第二方向之複數個像素，且以包括複數個像素中之排列於第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向傳輸電荷；該固體攝像裝置之製造方法包括如下步驟，即，於半導體基板上以於第一方向接合之方式曝光複數個圖案而形成受光部；且於形成受光部之上述步驟中，使複數個圖案接合之邊界沿著在交叉於第一方向與第二方向之方向延伸之一條以上之線段上而設置。
以上，對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述之實施形態。關於圖案之邊界之形狀，只要圖案之邊界係沿著在交叉於上述第一方向與上述第二方向之方向延伸之一條以上之線段上而設置，則並不限定於圖3~5所示者，亦可為任何形狀。又，本發明之固體攝像裝置亦可藉由傳輸電荷而進行組合而將鄰接之複數個像素作為單位像素進行處理。
[產業上之可利用性]
本發明可利用於固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。

Claims (4)

  1. 一種固體攝像裝置，其包括受光部，該受光部係於半導體基板上複數個圖案以於第一方向上接合之方式被曝光而形成；且上述受光部具有呈2維狀排列於上述第一方向與正交於上述第一方向之第二方向之複數個像素，以包含上述複數個像素中之排列於上述第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向傳輸電荷，於上述受光部中，上述複數個圖案接合之邊界係位置僅沿著在交叉於上述第一方向與上述第二方向之方向延伸之一條以上之線段上。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述複數個圖案接合之上述邊界與在上述第二方向延伸之一條直線僅於一處交叉。
  3. 如請求項1或2之固體攝像裝置，其係可進行TDI驅動。
  4. 一種固體攝像裝置之製造方法，其包括如下步驟：於半導體基板上以於第一方向上接合之方式曝光複數個圖案而形成受光部；且上述受光部具有呈2維狀排列於上述第一方向與正交於上述第一方向之第二方向之複數個像素，以包含上述複數個像素中之排列於上述第二方向之複數個像素之像素行作為單位沿第二方向輸送電荷，於上述受光部中，上述複數個圖案接合之邊界係位置僅沿著在交叉於上述第一方向與上述第二方向之方向延伸之一條以上之線段上。
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