(57)【要約】【課題】固体撮像素子のチップの大きさを低減することができ、かつ、信号電荷の転送を良好に行うことができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換が行われる受光部と、半導体基体１１に形成された水平転送レジスタ４と、半導体層によって形成された水平転送電極１４と、水平転送電極１４の水平転送レジスタ４上の部分に電気的に接続され、金属層によって形成されたバスライン１６，１７と、水平転送電極１４とバスライン１６，１７とを接続するコンタクト部１５において、水平転送電極１４とバスライン１６，１７との界面付近に形成され、水平転送電極１４の半導体層の仕事関数及びバスライン１６，１７の金属層の仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する、バリアメタル層２１とを含む固体撮像素子を構成する。【選択図】図３
2010263156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換が行われる受光部と、
半導体基体に形成された転送レジスタと、
前記転送レジスタの上に、半導体層によって形成された転送電極と、
前記転送レジスタ及び前記転送電極によって構成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記転送電極に駆動パルスを供給するために、前記転送電極の前記転送レジスタ上の部分に電気的に接続され、金属層によって形成されたバスラインと、
前記転送電極と前記バスラインとを接続するコンタクト部において、前記転送電極と前記バスラインとの界面付近に形成され、前記転送電極の前記半導体層の仕事関数及び前記バスラインの前記金属層の仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する、バリアメタル層とを含む
固体撮像素子。
【請求項２】
複数の前記受光部が縦横にマトリクス状に配置され、前記受光部の各列に垂直転送部と、前記垂直転送部の一端に接続された水平転送部とを含み、前記電荷転送部が前記水平転送部であり、前記転送電極が水平転送電極である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記バスラインが、前記転送レジスタを覆う遮光膜を兼ねている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体基体がシリコンからなり、前記転送電極が多結晶シリコン層からなる、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記バリアメタル層が、ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＮ，ＴａＮのいずれかである、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
入射光を集光する集光光学部と、
光電変換が行われる受光部と、半導体基体に形成された転送レジスタと、前記転送レジスタの上に、半導体層によって形成された転送電極と、前記転送レジスタ及び前記転送電極によって構成され、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記転送電極に駆動パルスを供給するために、前記転送電極の前記転送レジスタ上の部分に電気的に接続され、金属層によって形成されたバスラインと、前記転送電極と前記バスラインとを接続するコンタクト部において、前記転送電極と前記バスラインとの界面付近に形成され、前記転送電極の前記半導体層の仕事関数及び前記バスラインの前記金属層の仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する、バリアメタル層とを含み、前記集光光学部で集光した前記入射光を受光して光電変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ等の電荷転送部を有する固体撮像素子、並びに、固体撮像素子を備えた撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ固体撮像素子において、各水平転送電極は、水平ＣＣＤレジスタのチャネル領域外に伸びており、チャネル領域外においてコンタクトによりバスラインと接続されていた。
一般的に、バスラインは、アルミニウム等の金属で形成される。
【０００３】
また、最近のＣＣＤ固体撮像素子においては、水平転送電極を単層の多結晶シリコン層によって形成した構成が提案されている。
【０００４】
単層の多結晶シリコン層によって水平転送電極を形成した、ＣＣＤ固体撮像素子の水平転送レジスタ付近の拡大平面図を、図１０に示す。また、図１０のＸ−Ｘ´における断面図を、図１１に示す。
図１０及び図１１に示すように、半導体基板６１の素子分離層６２以外の部分の表面付近に、水平転送レジスタ６３が形成されている。半導体基板６１の上には、ゲート絶縁膜６４を介して、多結晶シリコンから成る水平転送電極６５が形成されている。水平転送電極６５は、１つ置きに、第１相の水平転送パルスφＨ１と第２相の水平転送パルスφＨ２とが印加される。
図１０において、水平転送レジスタ６３の下方に、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン６８が配置され、さらにその下方に、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン６７が配置されている。これらのバスライン６７，６８は、コンタクト部６６によって、水平転送電極６５に電気的に接続されている。
水平転送レジスタ６３の上には、水平転送電極６５の上方を覆って、遮光膜６９が形成されている。
【０００５】
図１０及び図１１に示したＣＣＤ固体撮像素子の構成では、水平転送レジスタ６３の外部に、水平転送電極６５とバスライン６７，６８との接続専用の領域を設ける必要があり、チップ面積が大きくなる、という欠点がある。
また、接続専用の領域まで水平転送電極６５を伸ばすことによって、水平転送電極６５同士間や水平転送電極６５と遮光膜６９との間で負荷容量が増大し、水平転送レジスタ６３上の部分の水平転送電極６５からバスライン６７，６８までの抵抗が大きくなる。
従って、水平転送駆動パルスが鈍化し、水平電荷転送の高速化や低消費電力化が困難になるとともに、水平転送の劣化に繋がる可能性がある。
【０００６】
これらの問題点を改善する技術として、水平転送電極とバスラインとの接続を水平ＣＣＤレジスタ上で行う技術がある（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。
水平ＣＣＤレジスタのチャネル上、即ち活性領域上において金属からなるバスラインと多結晶シリコンからなる水平転送電極とを接続させる技術である。
【０００７】
しかしながら、上述の技術では、金属と多結晶シリコンとの仕事関数の違いが大きいため、ポテンシャルシフトが発生する（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２６０６００１号明細書
【特許文献２】特公平７−８７２４４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】米本和也、阿部秀司，「HDVT用200万画素ＦＩＴ−ＣＣＤイメージセンサ」,電子情報学会、平成２年６月,VLD90-22、ICD90-58
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ポテンシャルシフトが発生した場合にも、水平転送の劣化を招いてしまうので、好ましくない。
そのため、ポテンシャルシフトを生じないように、水平転送電極とバスラインとを接続することが求められる。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、固体撮像素子のチップの大きさを低減することができ、かつ、信号電荷の転送を良好に行うことができる固体撮像素子、並びに固体撮像素子を備えた撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、光電変換が行われる受光部と、半導体基体に形成された転送レジスタと、この転送レジスタの上に、半導体層によって形成された転送電極とを含む。また、転送レジスタ及び転送電極によって構成され、受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、転送電極に駆動パルスを供給するために、転送電極の転送レジスタ上の部分に電気的に接続され、金属層によって形成されたバスラインとを含む。さらに、転送電極とバスラインとを接続するコンタクト部において、転送電極とバスラインとの界面付近に形成され、転送電極の半導体層の仕事関数及びバスラインの金属層の仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する、バリアメタル層を含む。
【００１３】
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、この集光光学部で集光した入射光を受光して光電変換する固体撮像素子と、この固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む。そして、本発明の撮像装置は、固体撮像素子が前記本発明の固体撮像素子の構成であるものである。
【００１４】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、バスラインが転送電極の転送レジスタ上の部分に電気的に接続されているので、転送レジスタの上にバスラインがある。これにより、転送レジスタの外部に転送電極とバスラインとを接続する領域を設ける必要がなくなるため、その分固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能になる。しかも、転送電極を転送レジスタの外部にまで延長する必要がなくなるため、転送電極の負荷容量を低減することができる。
さらに、転送電極とバスラインとを接続するコンタクト部において、転送電極とバスラインとの界面付近に、転送電極の半導体層の仕事関数及びバスラインの金属層の仕事関数の間の大きさの仕事関数を有するバリアメタル層が形成されている。これにより、バスラインが転送レジスタ上に形成されていても、ポテンシャルシフトが発生しないようにすることが可能になる。
【００１５】
上述の本発明の撮像装置の構成によれば、固体撮像素子が前記本発明の撮像装置の構成であるので、固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能になり、また、ポテンシャルシフトが発生しないようにすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明によれば、固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能になるので、理収、即ち１枚のウエハから得られる固体撮像素子のチップの個数を増やすことが可能になる。
また、転送電極の負荷容量を低減することができるので、電荷転送を高速化したり、消費電力を低減したりすることが可能になる。
さらにまた、本発明によれば、ポテンシャルシフトが発生しないようにすることが可能になるため、信号電荷の転送の劣化を防いで、信号電荷の転送を良好に行うことが可能になる。即ち、固体撮像素子で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【００１７】
上述の本発明の撮像装置によれば、固体撮像素子においてチップの大きさを低減することが可能になるので、撮像装置の小型化を図ることができる。
また、固体撮像素子の電荷転送を高速化して、撮像装置の動作を高速化することや、撮像装置の消費電力を低減することが可能になる。
さらに、固体撮像素子の信号電荷の転送を良好に行って、撮像装置で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の固体撮像素子の第１の実施の形態の概略構成図（平面図）である。
【図２】図１のＣＣＤ固体撮像素子の水平転送レジスタ及びその周辺の拡大平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ´における断面図である。
【図４】本発明の固体撮像素子の第２の実施の形態の水平転送レジスタ及びその周辺の拡大平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ´における断面図である。
【図６】本発明の固体撮像素子の第３の実施の形態の水平転送レジスタ及びその周辺の拡大平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ´における断面図である。
【図８】本発明の固体撮像素子の第４の実施の形態の概略構成図（平面図）である。
【図９】本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）である。
【図１０】単層の多結晶シリコン層によって水平転送電極を形成した、ＣＣＤ固体撮像素子の水平転送レジスタ及びその周辺の拡大平面図である。
【図１１】図１０のＸ−Ｘ´における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の第１の実施の形態
２．固体撮像素子の第２の実施の形態
３．固体撮像素子の第３の実施の形態
４．固体撮像素子の第４の実施の形態
５．変形例
６．撮像装置の実施の形態
【００２０】
＜１．固体撮像素子の第１の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の第１の実施の形態の概略構成図（平面図）を、図１に示す。
本実施の形態は、本発明の固体撮像素子をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
このＣＣＤ固体撮像素子１は、画素を構成し、例えばフォトダイオードからなり、光電変換が行われる、複数個の受光部２が、マトリクス状に配置されて構成されている。
各列の受光部２の左側に、垂直方向Ｖに延びる垂直転送レジスタ３が配置され、この垂直転送レジスタ３の一端（下端）に、水平方向Ｈに延びる水平転送レジスタ４が接続されている。水平転送レジスタ４の左端には、出力アンプ５と出力端子６が接続されている。
【００２１】
このＣＣＤ固体撮像素子１においては、各列の受光部２から読み出された信号電荷が、対応する垂直転送レジスタ３に読み出される。その後、垂直転送レジスタ３内において信号電荷が転送されて、水平転送レジスタ４に転送される。さらに、信号電荷は水平転送レジスタ４内において転送されて、出力アンプ５で電圧信号に変換されて、出力端子６から出力される。
【００２２】
次に、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の水平転送レジスタ４及びその周辺の拡大平面図を、図２に示す。また、図２のＡ−Ａ´における断面図を、図３に示す。
図３に示すように、シリコン基板又は基板上のシリコン層から成る半導体基体１１の素子分離層１２以外の部分の表面付近に、水平転送レジスタ４が形成されている。この水平転送レジスタ４は、具体的には、半導体基体１１に形成された不純物領域による転送チャネル領域によって構成される。
半導体基体１１の上には、ゲート絶縁膜１３を介して、多結晶シリコンから成る水平転送電極１４が形成されている。そして、水平転送レジスタ４と、その上方の水平転送電極１４とにより、水平転送部が構成される。
なお、図３の水平転送レジスタ４よりも右側には、図示しないが、垂直転送部の垂直転送レジスタ３及び垂直転送電極が設けられている。垂直転送レジスタ３及び受光部１のフォトダイオードも、半導体基体１１内に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、水平転送電極１４は、第１相の水平転送パルスφＨ１が印加される水平転送電極１４と、第２相の水平転送パルスφＨ２が印加される水平転送電極１４とが、交互に１つ置きに配置されている。なお、水平転送電極１４は、隣接する水平転送電極１４との重なりがなく、単層の電極層により形成されている。
【００２４】
また、第１相の水平転送パルスφＨ１が印加される水平転送電極１４には、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン１６が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。第２相の水平転送パルスφＨ２が印加される水平転送電極１４には、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン１７が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。
これらのバスライン１６，１７は、金属配線層により形成され、水平転送レジスタ４と並行するように水平方向Ｈに延びて形成されている。
バスライン１６，１７を形成する金属配線層の材料としては、例えば、アルミニウム、タングステン、銅等を使用することができる。なお、その他の金属元素や合金をバスライン１６，１７に使用しても構わない。
【００２５】
そして、図２に示すように、バスライン１６，１７及びコンタクト部１５は、水平転送レジスタ４とほぼ同じ平面位置にあり、図３に示すように、水平転送レジスタ４の上方に配置されている。
これにより、図１０及び図１１に示した、水平転送レジスタの外部にバスライン及びコンタクト部を配置した構成のように水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
【００２６】
さらに、バスライン１６，１７の間の隙間に相当する部分やバスライン１６，１７の外側に相当する部分の水平転送電極１４上を覆って、遮光膜１８が形成されている。
この遮光膜１８としては、例えば、タングステンやアルミニウムを使用することができる。
図１０及び図１１に示した構成では、バスラインと同じ層の金属層により遮光膜を形成していたが、本実施の形態では、バスライン１６，１７の間にスリット状の隙間がある。そのため、本実施の形態では、このスリット状の隙間を埋めるために、バスライン１６，１７よりも下層の金属層により遮光膜１８を形成している。
このように遮光膜１８を形成していることにより、水平転送レジスタ４内に光が入射して信号電荷が変化することを、防止することができる。
【００２７】
本実施の形態の固体撮像素子においては、特に、図３に示すように、コンタクト部１５において、バスライン１６，１７の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。
【００２８】
バリアメタル層２１としては、例えば、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、タングステンナイトライド（ＷＮ）、タンタルナイトライド（ＴａＮ）等を使用することができる。
これらの材料の仕事関数は、バスライン１６，１７の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
また、これらの材料以外であっても、バスライン１６，１７の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する材料であれば、同様に使用することが可能である。
【００２９】
本実施の形態の固体撮像素子のバリアメタル層２１及びバスライン１６，１７は、例えば、以下のようにして、形成することができる。
まず、従来の構成の場合と同様に、水平転送電極１４の多結晶シリコン層をパターニングして、水平転送電極１４を形成する。
その後、水平転送電極１４を、絶縁層で覆う。
次に、コンタクト部１５となる部分の絶縁層をエッチングにより除去して、絶縁層に水平転送電極１４に達する穴を形成する。
次に、スパッタリング等により、バリアメタル層２１の材料（ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＮ，ＴａＮ等）の膜を成膜する。これにより、穴の底部においては、水平転送電極１４に接してバリアメタル層２１が形成される。
次に、バスライン１６，１７となる金属配線層を、穴の内部を埋めて全面的に形成する。
次に、金属配線層をパターニングして、バスライン１６，１７を形成する。このパターニングの際に、バスライン１６，１７よりも外側の絶縁層上の不要なバリアメタル層も除去する。
このようにして、コンタクト部１５において、水平転送電極１４とバスライン１６，１７との間に、バリアメタル層２１を形成することができる。
なお、上述した方法以外の方法を用いて、バリアメタル層２１を形成しても構わない。
【００３０】
上述の本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１の構成によれば、コンタクト部１５において、バスライン１６，１７の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。そして、バリアメタル層２１の材料の仕事関数が、バスライン１６，１７の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
これにより、水平転送レジスタ４におけるポテンシャルシフトの発生を抑制することができるので、水平転送レジスタ４において、信号電荷の転送劣化を防いで、信号電荷の転送を良好に行うことが可能になる。即ち、ＣＣＤ固体撮像素子１で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【００３１】
また、バスライン１６，１７及びコンタクト部１５が、水平転送レジスタ４の上方の水平レジスタ４とほぼ同じ平面位置に形成されているので、水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
これにより、ＣＣＤ固体撮像素子１の面積を低減することができるため、ＣＣＤ固体撮像素子１のチップの大きさを低減することが可能となる。このため、理収即ち、ウエハ１枚から得られるＣＣＤ固体撮像素子１のチップの個数を増やすことが可能となる。
しかも、水平転送電極１４を水平転送レジスタ４の外部にまで延長する必要がなくなるため、水平転送電極１４の負荷容量を低減することができる。このため、水平転送レジスタ４における信号電荷の転送を高速化したり、ＣＣＤ固体撮像素子１の消費電力を低減したりすることが可能になる。
【００３２】
さらに、本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１においては、バスライン１６，１７が水平転送レジスタ４用の遮光膜を兼ねており、バスライン１６，１７の間の隙間に遮光膜１８が配置されている。これにより、バスライン１６，１７及び遮光膜１８によって、水平転送レジスタ４上を完全に覆うことができるので、水平転送レジスタ４に光が入射して偽信号が発生することを防止することができる。
【００３３】
さらにまた、バリアメタル層２１の形成工程以外は、既存の工程を利用することができる。これにより、バリアメタル層２１の形成工程を増やすだけで、その他には工程を増やすことなくＣＣＤ固体撮像素子を製造することができる。
【００３４】
上述した第１の実施の形態では、図２に示すように、遮光膜１８をバスライン１６，１７の間のスリット状の隙間に対して平行な、帯状に形成していた。
これに対して、例えば、コンタクト部１５の周囲に開口を有し、コンタクト部１５及びその周囲を除いた水平転送電極１４上全体に、遮光膜１８を形成するようにしても構わない。この場合、例えば、遮光膜の開口の大きさを、コンタクト部１５の大きさよりも数μｍ程度大きくする。
【００３５】
＜２．固体撮像素子の第２の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の第２の実施の形態の概略構成図（要部の拡大平面図）を、図４に示す。また、図４のＢ−Ｂ´における断面図を、図５に示す。
なお、概略平面図は、図１に示した第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態も、本発明の固体撮像素子をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
【００３６】
図４及び図５に示すように、第１相の水平転送パルスφＨ１が印加される水平転送電極１４には、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。第２相の水平転送パルスφＨ２が印加される水平転送電極１４には、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン２３が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。
これらのバスライン２２，２３は、金属配線層により形成され、水平転送レジスタ４と並行するように水平方向Ｈに延びて形成されている。
バスライン２２，２３を形成する金属配線層の材料としては、例えば、アルミニウム、タングステン、銅等を使用することができる。なお、その他の金属元素や合金をバスライン２２，２３に使用しても構わない。
【００３７】
また、図４に示すように、バスライン２２，２３及びコンタクト部１５は、水平転送レジスタ４とほぼ同じ平面位置にあり、図５に示すように、水平転送レジスタ４の上方に配置されている。
これにより、図１０及び図１１に示した、水平転送レジスタの外部にバスライン及びコンタクト部を配置した構成のように水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
【００３８】
そして、本実施の形態において、バスライン２２，２３は、図１に示した垂直転送レジスタ３用の金属層と同じ金属層によって、形成されている。この垂直転送レジスタ３用の金属層としては、垂直転送レジスタ３や垂直転送電極を覆う遮光膜、並びに、垂直転送電極に駆動パルスを供給する配線層、等が挙げられる。
従って、金属層を全面に形成して、パターニングすることにより、水平転送レジスタ４用のバスライン２２，２３と、垂直転送レジスタ３用の金属層（遮光膜又は配線層等）とを、同時に形成することができる。
【００３９】
また、水平転送レジスタ４用の遮光膜１８は、バスライン２２，２３よりも上層に形成され、かつ、水平転送レジスタ４及び水平転送電極１４上の全面に形成されている。
【００４０】
本実施の形態の固体撮像素子においては、コンタクト部１５において、バスライン２２，２３の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。
バリアメタル層２１としては、例えば、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、タングステンナイトライド（ＷＮ）、タンタルナイトライド（ＴａＮ）等を使用することができる。これらの材料の仕事関数は、バスライン２２，２３の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
また、これらの材料以外であっても、バスライン２２，２３の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する材料であれば、同様に使用することが可能である。
【００４１】
その他の構成は、第１の実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００４２】
上述の本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子の構成によれば、コンタクト部１５において、バスライン２２，２３の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。そして、バリアメタル層２１の材料の仕事関数が、バスライン２２，２３の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
これにより、第１の実施の形態と同様に、水平転送レジスタ４におけるポテンシャルシフトの発生を、抑制することができるので、水平転送レジスタ４において、信号電荷の転送劣化を防いで、信号電荷の転送を良好に行うことが可能になる。即ち、ＣＣＤ固体撮像素子で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【００４３】
また、バスライン２２，２３及びコンタクト部１５が、水平転送レジスタ４の上方の水平レジスタ４とほぼ同じ平面位置に形成されているので、水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
これにより、第１の実施の形態と同様に、ＣＣＤ固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能となり、理収即ち、ウエハ１枚から得られるＣＣＤ固体撮像素子のチップの個数を増やすことが可能となる。また、水平転送電極１４の負荷容量を低減することができるため、水平転送レジスタ４における信号電荷の転送を高速化したり、ＣＣＤ固体撮像素子の消費電力を低減したりすることが可能になる。
【００４４】
＜３．固体撮像素子の第３の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の第３の実施の形態の概略構成図（要部の拡大平面図）を、図６に示す。また、図６のＣ−Ｃ´における断面図を、図７に示す。
なお、概略平面図は、図１に示した第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態も、本発明の固体撮像素子をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
【００４５】
図６及び図７に示すように、第１相の水平転送パルスφＨ１が印加される水平転送電極１４には、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。第２相の水平転送パルスφＨ２が印加される水平転送電極１４には、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン２４が、コンタクト部１５によって電気的に接続されている。
これらのバスライン２２，２４は、金属配線層により形成され、水平転送レジスタ４と並行するように水平方向Ｈに延びて形成されている。
バスライン２２，２４を形成する金属配線層の材料としては、例えば、アルミニウム、タングステン、銅等を使用することができる。なお、その他の金属元素や合金をバスライン２２，２４に使用しても構わない。
【００４６】
また、図６に示すように、バスライン２２，２４及びコンタクト部１５は、水平転送レジスタ４とほぼ同じ平面位置にあり、図７に示すように、水平転送レジスタ４の上方に配置されている。
これにより、図１０及び図１１に示した、水平転送レジスタの外部にバスライン及びコンタクト部を配置した構成のように水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
【００４７】
そして、本実施の形態において、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２は、第２の実施の形態と同様に、図１に示した垂直転送レジスタ３用の金属層と同じ金属層によって、形成されている。この垂直転送レジスタ３用の金属層としては、垂直転送レジスタ３や垂直転送電極を覆う遮光膜、並びに、垂直転送電極に駆動パルスを供給する配線層、等が挙げられる。
従って、金属層を全面に形成して、パターニングすることにより、水平転送レジスタ４用の第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２と、垂直転送レジスタ３用の金属層（遮光膜又は配線層等）とを、同時に形成することができる。
【００４８】
ただし、本実施の形態においては、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２の平面パターンが、第２の実施の形態とは異なっている。具体的には、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン２４と水平転送電極１４とのコンタクト部１５及びその周辺を除くように、バスライン２２に開口２２Ａが形成されている。そして、この開口２２Ａ以外の部分の、水平転送レジスタ４の上方に、バスライン２２が形成されている。
開口２２Ａの大きさは、例えば、バスライン２４と水平転送電極１４とのコンタクト部１５の大きさよりも、数μｍ程度大きく形成する。
【００４９】
一方、第２相の水平転送パルスφＨ２を供給するバスライン２４は、第１の実施の形態のバスライン１６，１７と同様に、垂直転送レジスタ３用の金属層と同じ金属層ではなく、垂直転送レジスタ３用の金属層とは別の金属層である。このバスライン２４は、第１相の水平転送パルスφＨ１を供給するバスライン２２よりも上層に形成され、かつ、水平転送レジスタ４上の全面に形成されている。
そして、本実施の形態では、２つのバスライン２２，２４によって、水平転送レジスタ４用の遮光膜を兼ねている。特に上層のバスライン２４には、水平転送レジスタ４上に隙間がないので、他に遮光膜を設けなくても、２つのバスライン２２，２４によって充分に遮光することができる。
【００５０】
本実施の形態の固体撮像素子においては、コンタクト部１５において、バスライン２２，２４の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。
バリアメタル層２１としては、例えば、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、タングステンナイトライド（ＷＮ）、タンタルナイトライド（ＴａＮ）等を使用することができる。これらの材料の仕事関数は、バスライン２２，２４の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
また、これらの材料以外であっても、バスライン２２，２４の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさの仕事関数を有する材料であれば、同様に使用することが可能である。
【００５１】
その他の構成は、第１の実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子１と同様であるので、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５２】
上述の本実施の形態のＣＣＤ固体撮像素子の構成によれば、コンタクト部１５において、バスライン２２，２４の金属層と水平転送電極１４の多結晶シリコン層との界面及びその付近に、バリアメタル層２１が形成されている。そして、バリアメタル層２１の材料の仕事関数が、バスライン２２，２４の金属配線層と、水平転送電極１４の多結晶シリコン層との、各仕事関数の間の大きさである。
これにより、第１の実施の形態と同様に、水平転送レジスタ４におけるポテンシャルシフトの発生を、抑制することができるので、水平転送レジスタ４において、信号電荷の転送劣化を防いで、信号電荷の転送を良好に行うことが可能になる。即ち、ＣＣＤ固体撮像素子で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【００５３】
また、バスライン２２，２４及びコンタクト部１５が、水平転送レジスタ４の上方の水平レジスタ４とほぼ同じ平面位置に形成されているので、水平転送電極とバスラインとを接続する専用の領域を設ける必要がなくなる。
これにより、第１の実施の形態と同様に、ＣＣＤ固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能となり、理収即ち、ウエハ１枚から得られるＣＣＤ固体撮像素子のチップの個数を増やすことが可能となる。また、水平転送電極１４の負荷容量を低減することができるため、水平転送レジスタ４における信号電荷の転送を高速化したり、ＣＣＤ固体撮像素子の消費電力を低減したりすることが可能になる。
【００５４】
さらに、本実施の形態においては、バスライン２２，２４が水平転送レジスタ４用の遮光膜を兼ねており、バスライン２２，２４によって、水平転送レジスタ４上を完全に覆うことができる。これにより、水平転送レジスタ４に光が入射して偽信号が発生することを防止することができる。また、バスライン２２，２４とは別に遮光膜を設ける必要がなくなる。
【００５５】
＜４．固体撮像素子の第４の実施の形態＞
第１の実施の形態〜第３の実施の形態は、受光部からなる画素が縦横に配置されたエリアセンサであったが、本発明は、受光部からなる画素が直線状に配置されたラインセンサにも適用することができる。この場合を、本発明の固体撮像素子の第４の実施の形態として示す。
【００５６】
本発明の固体撮像素子の第４の実施の形態の概略平面図を、図８に示す。
本実施の形態も、本発明の固体撮像素子をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
【００５７】
図８に示すように、このＣＣＤ固体撮像素子は、画素を構成し、例えばフォトダイオードからなる、複数個の受光部３１が、直線状に並んで配置されて構成されている。
各受光部３１の下側に、左右方向に延びる転送レジスタ３３が配置され、受光部３１と転送レジスタ３３との間に、読み出しゲート３２が設けられている。
読み出しゲート３２は、各受光部３１に共通して１本に形成されている。これにより、読み出しゲート３２を駆動させることにより、各受光部３１に蓄積された信号電荷を同時に転送レジスタ３３に読み出すことができる。
転送レジスタ３３の左端には、出力アンプ３４と出力端子３５が接続されている。
【００５８】
このＣＣＤ固体撮像素子においては、各受光部３１から読み出された信号電荷が、読み出しゲート３２の駆動によって、転送レジスタ３３の対応する部分に読み出される。その後、転送レジスタ３３内において信号電荷が転送されて、出力アンプ３４で電圧信号に変換されて、順次出力端子３５から出力される。そして、転送レジスタ３３とその上に形成される転送電極（図示せず）によってＣＣＤ構造の電荷転送部が構成される。
【００５９】
そして、本実施の形態においては、詳細の図示を省略するが、転送レジスタ３３用の転送電極及びそのバスラインを、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の水平転送電極１４及びバスライン１６，１７，２２，２３，２４と同様に構成することができる。即ち、転送レジスタ３３の上方に、転送電極及びバスラインとこれらのコンタクト部を配置すると共に、コンタクト部においてバスラインの金属層と転送電極の多結晶シリコン層との界面及びその付近にバリアメタル層を形成することができる。
【００６０】
これにより、転送レジスタ３３におけるポテンシャルシフトの発生を抑制することができるので、転送レジスタ３３において、信号電荷の転送劣化を防いで、信号電荷の転送を良好に行うことが可能になる。即ち、ＣＣＤ固体撮像素子で得られる画像の画質を良好にすることができる。
【００６１】
また、ＣＣＤ固体撮像素子のチップの大きさを低減することが可能となり、理収即ち、ウエハ１枚から得られるＣＣＤ固体撮像素子のチップの個数を増やすことが可能となる。また、転送電極の負荷容量を低減することができるため、転送レジスタ３３における信号電荷の転送を高速化したり、ＣＣＤ固体撮像素子の消費電力を低減したりすることが可能になる。
【００６２】
なお、図８では、受光部３１が１行に並び、転送レジスタ３３が１つである構成を示していたが、カラー用のラインセンサのように、３行の受光部の１行毎に転送レジスタが１つずつ設けられた構成とすることも可能である。
【００６３】
＜５．変形例＞
上述した第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、水平転送レジスタ４が１つのみ形成されていたが、本発明は、水平転送レジスタが複数形成されている構成にも、同様に適用することが可能である。
例えば、特開２００４−３１２６６４号公報や特開２００７−１６５６５０号公報に記載されているように、水平転送レジスタを２つ設けることも可能である。
【００６４】
第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、いずれも水平転送部を２相で駆動する場合の構成であった。
本発明では、水平転送部やラインセンサの電荷転送部を、３相で駆動する場合にも適用することが可能である。
第１の実施の形態及び第２の実施の形態を変形して、３相で駆動する場合には、単純にバスラインの本数を３本に増やせばよい。
第３の実施の形態を変形して、３相で駆動する場合には、第１相のバスラインと第３相のバスラインを同じ配線層で形成すればよい。
【００６５】
第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、いずれも、２本のバスラインのうち、第２相の駆動パルスφＨ２を供給するバスライン１７，２３，２４の方を垂直転送部に近い側に配置していた。これに対して、２本のバスラインの配置を逆にして、第１相の駆動パルスφＨ１を供給するバスライン１６，２２の方を垂直転送部に近い側に配置しても構わない。
また、第３の実施の形態に対して、下層の開口部を有するバスラインと、上層のバスラインとを逆にして、第２相の駆動パルスφＨ２を供給するバスラインの方を下層にしても構わない。
【００６６】
第１の実施の形態では、半導体基体１１としてシリコン基板又はシリコン層を用いて、転送電極１４として多結晶シリコン層を形成していた。
本発明において、受光部や転送レジスタが形成される半導体基体、転送電極の半導体層は、シリコンに限定されるものではなく、他の半導体材料を使用することも可能である。
【００６７】
上述した各実施の形態では、電荷転送部がＣＣＤ構造であるＣＣＤ固体撮像素子に、本発明を適用したが、本発明は、ＣＣＤ構造以外の電荷転送部を有する固体撮像素子についても、同様に適用することが可能である。
【００６８】
＜６．撮像装置の実施の形態＞
次に、本発明の撮像装置の実施の形態を説明する。
本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）を、図９に示す。
この撮像装置としては、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等が挙げられる。
【００６９】
図９に示すように、撮像装置５００は、固体撮像素子（図示せず）を備えた撮像部５０１を有している。この撮像部５０１の前段には、入射光を集光して像を結像させる結像光学系５０２が備えられている。また、撮像部５０１の後段には、撮像部５０１を駆動する駆動回路、固体撮像素子で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部５０３が接続されている。また、信号処理部５０３によって処理された画像信号は、画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。
このような撮像装置５００において、固体撮像素子として、前述した実施の形態の固体撮像素子等の、本発明の固体撮像素子を用いることができる。
【００７０】
本実施の形態の撮像装置５００によれば、本発明の固体撮像素子、即ち、前述したように、チップの大きさを低減することが可能であり、信号電荷の転送を良好に行うことができる固体撮像素子を用いている。これにより、撮像装置５００の小型化を図り、撮像装置５００で得られる画像の画質を良好にすることができる、という利点がある。また、固体撮像素子の電荷転送を高速化したり、消費電力を低減したりすることが可能になるため、撮像装置５００の動作を高速化することや、撮像装置５００の消費電力を低減することが可能になる。
【００７１】
なお、本発明の撮像装置は、図９に示した構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる撮像装置であれば、適用することが可能である。
例えば、固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
本発明の撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器等、各種の撮像装置に適用することができる。また、「撮像」の広義の意味として、指紋検出装置等も含む。
【００７２】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００７３】
１  ＣＣＤ固体撮像素子、２  受光部、３  垂直転送レジスタ、４  水平転送レジスタ、５  出力アンプ、６  出力端子、１１  半導体基体、１２  素子分離層、１３  ゲート絶縁膜、１４  水平転送電極（多結晶シリコン層）、１５  コンタクト部、１６，１７，２２，２３，２４  バスライン、１８  遮光膜、２１  バリアメタル層、５００  撮像装置、５０１  撮像部、５０２  結像光学系、５０３  信号処理部
【図１】
2010263156.tif 000003
【図２】
2010263156.tif 000004
【図３】
2010263156.tif 000005
【図４】
2010263156.tif 000006
【図５】
2010263156.tif 000007
【図６】
2010263156.tif 000008
【図７】
2010263156.tif 000009
【図８】
2010263156.tif 000010
【図９】
2010263156.tif 000011
【図１０】
2010263156.tif 000012
【図１１】
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