(57)【要約】【課題】遮光膜を兼ねたシャント配線を有する固体撮像装置において、読み出し特性を改善する。【解決手段】固体撮像装置は、複数の光電変換部１１と、光電変換された信号電荷を転送する複数の垂直転送レジスタ１５と、複数の垂直転送レジスタからの信号電荷を受け取って転送する水平転送レジスタ１７とを含み、半導体基板２２の上に、絶縁膜２８を介して形成された垂直転送レジスタの垂直転送電極１４と、垂直転送電極１４の上に、垂直転送電極１４と電気的に接続するように形成され、垂直転送電極１４に駆動パルスを供給する金属配線１６と、垂直転送電極１４の側面に絶縁膜２８を介して形成されており、垂直転送電極１４及び金属配線１６と電気的に絶縁すると共に接地された金属配線２９とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に行列状に配置された複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち列状を構成する部分に対応して設けられていると共に前記複数の光電変換部の各々の上部が開口するように設けられており、前記複数の光電変換部のうち列状を構成する部分で光電変換された信号電荷を転送する複数の垂直転送レジスタと、
前記複数の垂直転送レジスタからの前記信号電荷を受け取って転送する水平転送レジスタとを含む固体撮像装置であって、
前記半導体基板の上に、第１の絶縁膜を介して形成された前記垂直転送レジスタの垂直転送電極と、
前記垂直転送電極の上に、前記垂直転送電極と電気的に接続するように形成され、前記垂直転送電極に駆動パルスを供給する第１の金属配線と、
前記垂直転送電極の側面に第２の絶縁膜を介して形成されており、前記垂直転送電極及び前記第１の金属配線と電気的に絶縁すると共に接地された第２の金属配線とを備えている、固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部の上部に形成された暗電流を低減するための高濃度拡散層をさらに備えており、
前記第２の金属配線は、前記高濃度拡散層と接続している、固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインターライン転送型又はフレームライン転送型固体撮像装置に関し、特に垂直ＣＣＤレジスタの垂直転送電極に駆動パルスを供給するための遮光膜を兼ねた金属配線を有し、かつ、読み出し特性が改善される固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたインターライン転送型又はフレームライン転送型固体撮像装置は、一般に図４に示す構成が採用されてきた。
【０００３】
図４は、従来のインターライン転送型固体撮像装置の構成を模式的に示す概略構成図である。
【０００４】
図４に示すように、撮像領域２０には複数の光電変換部１１が２次元的に行列状に配列されており、該複数の光電変換部１１によって構成される各列に対応して垂直ＣＣＤレジスタ１５が設けられている。光電変換部１１と垂直ＣＣＤレジスタ１５との間には電荷読み出し領域１６が形成されている。垂直ＣＣＤレジスタ１５の一端には、水平ＣＣＤレジスタ１７が設けられており、水平ＣＣＤレジスタ１７の一端には電荷検出部１８及び出力増幅器１９が形成されている。
【０００５】
光電変換部１１で光電変換された信号電荷は、電荷読み出し領域１６を介して垂直ＣＣＤレジスタ１５に転送される。読み出された信号電荷は垂直ＣＣＤレジスタ１５により水平ＣＣＤレジスタ１７まで転送され、さらに水平ＣＣＤレジスタ１７により電荷検出部１８まで転送され、出力増幅器１９を介して出力される。
【０００６】
一般的に、垂直ＣＣＤレジスタに配列されている垂直転送電極はポリシリコン膜などで形成されている。このため、垂直バスラインからの距離が遠くなる撮像領域の中央部では、垂直転送電極の抵抗及び容量による垂直駆動パルスの波形なまりにより、転送電荷量の減少及び転送効率の劣化という問題が生じる場合がある。
【０００７】
この問題を解決する目的で、垂直転送電極をタングステン膜やアルミニウム膜などからなる金属配線（以降、シャント配線と呼ぶ）により裏打ちする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図５は、シャント配線１２を有する従来の固体撮像装置における、垂直転送電極１４、シャント配線１２、及び垂直バスラインの接続形態を説明するための図である。なお、同図では、４相の垂直駆動パルス（φＶ１〜φＶ４）を使用する場合を例に図示している。
【０００９】
図５に示すように、各垂直転送電極１４は、撮像領域２０内で水平方向に伸びており、各垂直ＣＣＤレジスタ１５上に設けられたシャント配線１２と、裏打ちコンタクト１３により接続されている。裏打ちコンタクト１３は、垂直方向には４電極周期、水平方向には４画素周期で設けられている。各シャント配線１２は、撮像領域２０の外部まで伸びており、水平方向に延在する垂直バスラインと、水平方向に４画素周期でコンタクト２１により接続されている。各垂直バスラインには、それぞれΦＶ１〜ΦＶ４の垂直駆動パルスが印加されている。
【００１０】
ところで、固体撮像装置の主要特性の１つにスミア特性がある。スミアというのは、垂直ＣＣＤレジスタに信号電荷が転送されている期間に、電荷転送部にもれ込む偽信号電荷である。通常、スミアを抑制するために、電荷転送部上に設けられた垂直転送電極を覆うように、金属膜による遮光膜が形成されており、シャント配線がこの遮光膜の役割を兼ねる技術が提案されている（例えば、上記特許文献１参照）。
【００１１】
図６は、シャント配線１２が遮光膜を兼ねる固体撮像装置の構成を示す模式的概略平面図であって、上記図４及び図５に示した撮像領域２０の一部を拡大した図である。なお、ここでは、垂直及び水平方向にそれぞれ約４画素分を例に図示している。
【００１２】
図６に示すように、垂直ＣＣＤレジスタ１５には、複数の垂直転送電極１４が設けられている。各垂直転送電極１４は、水平方向に延在していると共に、光電変換部１１上に開口を設けるように、櫛歯状に形成されている。垂直ＣＣＤレジスタ１５上には、各垂直転送電極１４を覆うように、シャント配線１２が垂直方向に延在している。シャント配線１２は、裏打コンタクト１３により、垂直方向には４電極周期、水平方向には４画素周期で、各垂直転送電極１４に接続されている。なお、シャント配線１２は、垂直駆動パルスを各垂直転送電極１４に供給するための配線として機能するため、隣り合うシャント配線１２は分離されている。
【００１３】
図７は、図６のVII-VII線における模式的断面図である。
【００１４】
図７に示すように、半導体基板２２上の一主面上に低濃度ウェル２３が設けられている。低濃度ウェル２３内には、光電変換部１１及び電荷転送部２４が設けられている。光電変換部１１の表面側に接して、暗電流を低減するための高濃度拡散層２５が設けられている。また、電荷転送部２４の表面とは反対側に接して、拡散による電荷転送部２４ヘの電荷の侵入を防ぐためのバリア領域２６が設けられている。光電変換部１１とそれに対応する電荷転送部２４との間には、信号電荷を光電変換部１１から電荷転送部２４に転送するための電荷読み出し領域１６が設けられている。また、電荷読み出し領域１６とは反対側の光電変換部１１と電荷転送部２４との間には、チャネルストップ層２７が設けられている。半導体基板２２の表面には、絶縁膜２８を介して垂直転送電極１４が設けられており、さらに絶縁膜２８を介してシャント配線１２が設けられている。シャント配線１２は、コンタクト１３により垂直転送電極１４に接続されている。シャント配線１２を覆うように、絶縁膜３０が設けられている。
【特許文献１】特開平９−３３１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来の固体撮像装置の構造によると、遮光膜を兼ねたシャント配線１２は、絶縁膜２８を介して、高濃度拡散層２５及びチャネルストップ層２７と接触している。このため、光電変換部１１から信号を読み出す際に、シャント配線１２に印加されている電圧によって、電荷読み出し領域１６及び高濃度拡散層２５の電位が変動してしまい、それに伴って読み出される信号電荷の量も変動する。一方で、シャント配線１２には、４周期毎に垂直駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４が印加されている。その結果、一定の周期でシャント配線１２の列毎に読み出される信号電荷の量が変動し、読み出し特性が劣化してしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、上記従来の固体撮像装置の構造によると、光電変換部１１に斜め方向に入射した光の一部が、半導体基板２２とシャント配線１２との隙間から、電荷転送部２４まで到達してしまうため、スミア特性が悪化してしまうという問題も生じる。
【００１７】
前記に鑑み、本発明の目的は、遮光膜を兼ねたシャント配線を有する固体撮像装置において、読み出し特性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明の一側面の固体撮像装置は、半導体基板内に行列状に配置された複数の光電変換部と、複数の光電変換部のうち列状を構成する部分に対応して設けられていると共に複数の光電変換部の各々の上部が開口するように設けられており、複数の光電変換部のうち列状を構成する部分で光電変換された信号電荷を転送する複数の垂直転送レジスタと、複数の垂直転送レジスタからの信号電荷を受け取って転送する水平転送レジスタとを含む固体撮像装置であって、半導体基板の上に、第１の絶縁膜を介して形成された垂直転送レジスタの垂直転送電極と、垂直転送電極の上に、垂直転送電極と電気的に接続するように形成され、垂直転送電極に駆動パルスを供給する第１の金属配線と、垂直転送電極の側面に第２の絶縁膜を介して形成されており、垂直転送電極及び第１の金属配線と電気的に絶縁すると共に接地された第２の金属配線とを備えている。
【００１９】
本発明の一側面の固体撮像装置において、光電変換部の上部に形成された暗電流を低減するための高濃度拡散層をさらに備えており、第２の金属配線は、高濃度拡散層と接続していることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一側面の固体撮像装置によると、垂直転送電極の側面に、接地された第２の金属配線が設けられているため、垂直転送電極に駆動パルスを供給する第１の金属配線に印加される電圧により、読み出される信号電荷の量が変動することがない。このため、読み出し特性が改善される。また、第２の金属配線と高濃度拡散層とが接触しているため、斜めに入射した光が第２の金属配線と半導体基板との間の隙間から電荷転送部まで到達することがない。このため、スミア特性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態の固体撮像装置における撮像領域の一部の模式的平面図である。なお、ここでは、垂直及び水平方向にそれぞれ約４画素分を例に示している。また、図１では、上記図６に示した構成部分と対応する部分には同一の符号を付しており、基本的な構造は上記図６の構造と同様であるが、後述するように、本発明の一実施形態では、主として金属配線２９を備えている点で上記図６の構造と異なるものである。以下に、具体的に説明する。
【００２３】
図１に示すように、垂直ＣＣＤレジスタ１５（図４参照）には、複数の垂直転送電極１４が設けられている。各垂直転送電極１４は、水平方向に延在していると共に、光電変換部１１上に開口を設けるように、櫛歯状に形成されている。垂直ＣＣＤレジスタ１５上には、各垂直転送電極１４を覆うように、遮光膜を兼ねたシャント配線１２が垂直方向に延在している。シャント配線１２は、裏打コンタクト１３により、垂直方向には４電極周期、水平方向には４画素周期で、各垂直転送電極１４に接続されている。なお、シャント配線１２は、垂直駆動パルス（φＶ１〜φＶ４）を各垂直転送電極１４に供給するための配線として機能するように、隣り合うシャント配線１２同士において分離されている。
【００２４】
さらに、図１に示す本実施形態の固体撮像装置では、光電変換部１１を囲むようにして、垂直転送電極１４の側壁部に、後述するように高濃度拡散層２５及びチャンネルストップ層２７に接続する遮光膜を兼ねた金属配線２９が形成されている。また、金属配線２９は、シャント配線１２及び垂直転送電極１４と電気的に絶縁するように形成されている。さらに、金属配線２９は、垂直転送電極１４間のくぼみを通じて、電気的に接続された状態で水平方向に延在していると共に、外周部で接地されている。なお、図１では、４相の垂直駆動パルスを使用している場合を例に説明したが、本実施形態は、４相の垂直駆動パルスを使用する場合に限定されるものではない。
【００２５】
図２は、図１のII-II線における模式的断面図である。
【００２６】
図２に示すように、半導体基板２２上の一主面上に低濃度ウェル２３が設けられている。低濃度ウェル２３内には、光電変換部１１及び電荷転送部２４が設けられている。光電変換部１１の表面側に接して、暗電流を低減するための高濃度拡散層２５が設けられている。また、電荷転送部２４の表面とは反対側に接して、拡散による電荷転送部２４ヘの電荷の侵入を防ぐためのバリア領域２６が設けられている。光電変換部１１とそれに対応する電荷転送部２４との間には、信号電荷を光電変換部１１から電荷転送部２４に転送するための電荷読み出し領域１６が設けられている。また、電荷読み出し領域１６とは反対側の光電変換部１１と電荷転送部２４との間には、チャネルストップ層２７が設けられている。半導体基板２２の表面には、絶縁膜２８（第１の絶縁膜）を介して垂直転送電極１４が設けられており、さらに、垂直転送電極１４の上面には、絶縁膜２８を介して遮光膜を兼ねたシャント配線１２が設けられている。シャント配線１２は、コンタクト１３により垂直転送電極１４に接続されている。絶縁膜２８は、シャント配線１２の上部を覆うようにさらに設けられている。
【００２７】
また、垂直転送電極１４の側面には、シャント配線１２及び垂直転送電極１４と電気的に絶縁するように、絶縁膜２８（第２の絶縁膜）を介して金属配線２９が設けられている。金属配線２９は、高濃度拡散層２５及びチャネルストップ層２７と接続されている。さらに、金属配線２９は、上述のように、図示しない外周部で接地されている。金属配線２９は、遮光特性が得られるよう、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有することが好ましく、下限の厚さとして１００ｎｍ以上有するとより好ましい。さらに、金属配線２９は、平面的に見て、シャント配線１２と該金属配線２９とが５０ｎｍ以上オーバーラップするように設けられていることが好ましい。ここで、半導体基板２２と垂直転送電極１４との間に形成された絶縁膜２８と、垂直転送電極１４とシャント配線１２との間に形成された絶縁膜２８と、垂直転送電極１４と金属配線２９との間に形成された絶縁膜２８と、シャント配線１２を覆うように形成された絶縁膜２８とは、異なる工程で作成された絶縁膜であって、絶縁膜の種類は同じでも異なっていてもどちらでもよい。
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００２９】
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図であって、上記図２に示した断面に対応する工程断面図を示している。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板２２内に、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパターンをマスクとしてイオン注入することにより、光電変換部１１、高濃度拡散層２５、バリア領域２６、電荷転送部２４、電荷読み出し領域１６、及びチャネルストップ層２７を形成する。続いて、半導体基板２２の上に、例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などからなる絶縁膜（第１の絶縁膜）を形成した後、ポリシリコン膜を形成する。続いて、ポリシリコン膜上にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜をさらに形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパターンをマスクとして、ポリシリコン膜上の該シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を選択的にエッチングすることにより、後述する垂直転送電極１４を形成するためのハードマスクを形成する。続いて、そのハードマスクを用いて、下層のポリシリコン膜を選択的にエッチングして垂直転送電極１４を形成する。その後、半導体基板２２上の全面にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる絶縁膜（第２の絶縁膜）を形成した後、絶縁膜をエッチバックして垂直転送電極１４の側面上に絶縁膜２８を残存させる。この時、絶縁膜２８の側方下に、高濃度拡散層２５及びチャネルストップ層２７の表面を露出させる。このようにして、図７（ａ）に示す形状の垂直転送電極１４及び絶縁膜２８が形成される。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板２２の全面に、例えばスパッタリング法や化学気相成長法などを用いて、例えばタングステンなどの高融点金属からなる層を堆積する。その後、エッチバックすることにより、垂直転送電極１４の側面には、垂直転送電極１４と電気的に絶縁するように、絶縁膜２８を介して高融点金属からなる遮光膜を兼ねた金属配線２９を形成する。金属配線２９は、高濃度拡散層２５及びチャネルストップ層２７と接続するように形成されている。さらに、金属配線２９は、図示しない外周部で接地される。続いて、半導体基板２２上の全面に、例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる絶縁膜を形成する。なお、高融点金属のエッチバック時には、垂直転送電極１４間のくぼみ（図１参照）に入り込んだ金属は、完全に除去されず残っているため、金属配線２９は垂直転送電極１４間のくぼみを通じて、撮像領域２０の垂直方向に電気的に接続された状態で延在する（図１参照）。
【００３２】
次に、垂直転送電極１４の上面を露出する開口部を絶縁膜２８に形成した後、該開口部内に例えばタングステンなどからなるコンタクト１３を形成する。続いて、スパッタリング法や化学気相成長法などにより、タングステンやアルミニウムからなる層を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したレジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチングなどによりエッチングすることにより、コンタクト１３に接続する遮光膜を兼ねたシャント配線１２を形成する。その後、レジストパターンを除去した後、半導体基板２２の全面に絶縁膜を形成する。このようにして、半導体基板２２上には、垂直転送電極１４及び遮光膜を兼ねたシャント配線１２と電気的に絶縁するように、絶縁膜２８を介して遮光膜を兼ねた金属配線２９が形成されていると共に、これらの構造を覆うように絶縁膜２８がさらに形成された上記図２に示した構造を有する固体撮像装置が製造される。
【００３３】
なお、本実施形態は、外部に接地されると共に遮光膜として機能する金属配線２９は、高濃度拡散層２５及びチャンネルストップ２７に接続されている構造である場合を例に説明したが、金属配線２９が高濃度拡散層２５及びチャンネルストップ２６との間に絶縁膜２８を介在させている構造である場合であっても、少なくとも、本発明の読み出し特性が改善されるという効果を得ることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、垂直転送電極１４の側面に遮光膜を兼ねた接地された金属配線２９を有することから、垂直転送電極１４に駆動パルスを供給するための遮光膜を兼ねた金属配線１２に印加される電圧により、読み出される信号電荷の量が変動することがない。このため、本実施形態に係る固体撮像装置の読み出し特性が改善される。
【００３５】
また、遮光膜を兼ねた接地された金属配線２９と高濃度拡散層２５及びチャネルストップ層２７とが、絶縁膜２８を介することなく直接接触しているため、斜めに入射した光が金属配線２９と半導体基板２２との間の隙間から電荷転送部２４まで到達することがない。このため、本実施形態に係る固体撮像装置のスミア特性が改善される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、読み出し特性を改善するための固体撮像装置の構造及びその製造方法等にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置における撮像領域の一部を示す模式的平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置における図１のII-II線の断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を製造方法を示す要部断面図である。
【図４】従来のインターライン転送型固体撮像装置の構成を模式的に示す概略構成図である。
【図５】シャント配線を有する従来の固体撮像装置における、垂直転送電極、シャント配線、及び垂直バスラインの接続形態を説明するための図である。
【図６】シャント配線が遮光膜を兼ねる従来の固体撮像装置の構成を示す模式的概略平面図である。
【図７】図６のVII-VII線における模式的断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１  光電変換部
１２  シャント配線
１３  裏打ちコンタクト
１４  垂直転送電極
１５  垂直ＣＣＤレジスタ
１６  電荷読み出し領域
１７  水平ＣＣＤレジスタ
１８  電荷検出部
１９  出力増幅器
２０  撮像領域
２１  コンタクト
２２  半導体基板
２３  低濃度ウェル
２４  電荷転送部
２５  高濃度拡散層
２６  バリア領域
２７  チャネルストップ層
２８  絶縁膜
２９  金属配線
３０  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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