(57)【要約】【課題】ＣＣＤ型固体撮像素子を高速駆動できるようにすると共に、高品質な被写体画像を撮影できるようにする。【解決手段】二次元アレイ状に配列された複数の受光部（ＰＤ）４２と、受光部４２で構成される複数の受光部列の１つおきの受光部列に沿って形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネル５２と、埋め込みチャネル５２と直交する方向に形成された垂直転送電極５４，５５と、埋め込みチャネル５２毎に設けられ該チャネル５２の上方を覆い受光部４２の上方を開口する第１遮光膜５６ａと、前記複数の受光部列の残りの１つおきの受光部列に沿って設けられ隣接の受光部列との間を遮光し受光部４２の上方を開口する第１遮光膜５６ａとは電気的に分離された導電性材料でなる第２遮光膜５６ｂと、第２遮光膜５６ｂで覆われる垂直転送電極５４，５５と第２遮光膜５６ｂとを電気的に短絡する短絡部５７とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する導電性材料でなる遮光膜と、隣接する遮光膜間を電気的に分離し前記埋め込みチャネルの上方を外れる位置に設けられた電気的分離部と、前記遮光膜から張り出して設けられ前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部と、該遮光膜張出部で覆われる前記垂直転送電極と該遮光膜張出部とを電気的に短絡する短絡部とを備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、前記電気的分離部は、前記遮光膜張出部の先端縁側に形成されるスリットである固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子であって、前記スリットは、隣接する２つの前記遮光膜から対向するように張り出される２つの前記遮光膜張出部の間に形成され、前記短絡部が設けられる側の前記遮光膜張出部の張出長の方が、対向する側の前記遮光膜張出部の張出長より長い固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される複数の受光部列の１つおきの受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する第１遮光膜と、前記複数の受光部列の残りの１つおきの受光部列に沿って設けられ隣接の受光部列との間を遮光し前記受光部の上方を開口する前記第１遮光膜とは電気的に分離された導電性材料でなる第２遮光膜と、該第２遮光膜で覆われる前記垂直転送電極と該第２遮光膜とを電気的に短絡する短絡部とを備える固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像素子であって、前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部が前記第１遮光膜から前記第２遮光膜近傍まで形成される固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４に記載の固体撮像素子であって、前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部が前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜から対向するように形成され、前記第１遮光膜に形成された前記遮光膜張出部の張出長が、前記第２遮光膜に形成された前記遮光膜張出部の張出長より長い固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子であって、前記受光部は格子状に配列形成され、前記埋め込みチャネルは直状に形成される固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子であて、前記受光部は奇数行の受光部行に対して偶数行の受光部が１／２ピッチづつずらして配列形成され、前記埋め込みチャネルはジグザグに蛇行して形成される固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子の前記遮光膜及び前記短絡部を通して前記垂直転送電極に垂直転送パルスを印加する撮像素子駆動手段とを備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及びこの撮像装置に搭載する固体撮像素子に係り、特に、微細化が図られたＣＣＤ型固体撮像素子を高速駆動しかつスミアを抑制するのに好適な撮像装置及び固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、半導体基板表面部に複数の光電変換素子の受光部（フォトダイオード（ＰＤ）の受光部：以下、画素ともいう。）が二次元アレイ状に形成されており、各画素が受光量に応じて蓄積した信号電荷を垂直電荷転送路に読み出し、転送し、出力する構成になっている。
【０００３】
垂直電荷転送路は、半導体基板表面部に画素列に沿って形成された埋め込みチャネルと、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された多数の転送電極線（転送電極膜）とで構成される。夫々の転送電極線は、例えばポリシリコン膜で形成され、画素列に直交する方向に沿って、固体撮像素子チップの一端部から他端部まで延設される。
【０００４】
この転送電極線は、フォトダイオード（画素）の受光面を覆わないように画素と画素との間に設けられる関係で、その線幅は細い。近年の固体撮像素子は、１千万画素以上を搭載する関係で、転送電極線の線幅は非常に細くなっており、その抵抗値が高くなる傾向にある。この転送電極線に垂直転送パルスを一端側から印加すると、抵抗があるため垂直転送パルスの伝播遅延が発生してしまい、固体撮像素子を高速駆動することが困難になってきている。
【０００５】
そこで、例えば下記の特許文献１，２，３記載の従来技術では、遮光膜を利用して垂直転送パルスを印加する構成としている。固体撮像素子では、各画素上に開口を設けた金属膜（例えばタングステン膜）を遮光膜として設け、画素部以外の垂直電荷転送路や画素間の転送電極膜に光が入射しないようにしている。この遮光膜を通して転送電極線に垂直転送パルスを印加する構成とすることにより、垂直転送パルスの伝搬経路の電気抵抗値を下げ、伝播遅延が起きないように、即ち、高速駆動を可能にしている。
【０００６】
図１２は、特許文献１に記載された遮光膜の上面図である。各画素上に開口１が設けられた遮光膜２は、各画素列の中央部分に幅ｄのスリット３を連続して設けることで、各垂直電荷転送路毎に電気的に分離している。
【０００７】
転送電極膜４，５は、遮光膜２の下側（半導体基板側）かつ垂直方向に隣接する画素の間に設けられることになるが、垂直方向の開口１間においては遮光膜幅が狭いため細く形成され、垂直電荷転送路上では遮光膜が広いため幅広に形成される。
【０００８】
この様な構成において、遮光膜２と、その下側の転送電極膜４，５との間を短絡部６によって電気的に接続し、遮光膜２を通して垂直転送パルスφＶｉを印加する様になっている。遮光膜２は、スリット３により垂直電荷転送路毎に分割されており、各垂直電荷転送路対応の分割遮光膜２は、同一位相の垂直転送パルスを印加する転送電極膜に短絡部６で短絡される。即ち、短絡部６は、垂直方向に周期的な位置に設けられる。
【０００９】
図１３は、特許文献４に記載された遮光膜の上面図である。この従来技術では、各画素毎の開口１が設けられた遮光膜２は、垂直電荷転送路上に設けたスリット３により分割されており、短絡部６は、垂直電荷転送路上ではなく、画素開口１近傍（隣接する垂直電荷転送路間）に設けられている。
【００１０】
図１４は、図１３のＸＩＶ―ＸＩＶ線断面図である。半導体基板の表面Ｐウェル層１１には、フォトダイオードを構成するｎ領域１２と垂直電荷転送路を構成する埋め込みチャネルのｎ領域１３とが形成されている。半導体基板の表面にはゲート絶縁膜１４が設けられ、埋め込みチャネル１３の上には、絶縁膜１４を介して転送電極膜４が形成され、その上に、遮光膜２が設けられ、その上に絶縁層１５が設けられる。
【００１１】
遮光膜２は、埋め込みチャネル１３の上のスリット３で分割されており、このスリット３を覆うように第２遮光膜１６が設けられている。
【００１２】
この第２遮光膜１６が存在しないと、スリット３を通して入射光が転送電極膜４，５，埋め込みチャネル１３に入り込み、スミア電荷を発生させることになってしまう。そこで、スミアを回避するために、第２遮光膜１６が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９―３３１０５５号公報
【特許文献２】特開２００８―２５８４７２号公報
【特許文献３】特開平５―２４３５３７号公報
【特許文献４】特開２００８―５３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
遮光膜を利用して垂直転送パルスを転送電極に印加する構成を採用する場合、異なる位相の垂直転送パルス間での短絡が発生しないように、遮光膜を分割する必要が生じる。この分割のためのスリット３は、スリット３下の垂直電荷転送路に光が漏れ込んでスミア電荷を発生させる原因となるため、図１４に示す様に、第２遮光膜１６が必要になる。しかし、この第２遮光膜１６を設けても、光の漏れ込みを完全に無くすことができない。
【００１５】
固体撮像素子の中心部の画素には、撮影レンズ中央を通った入射光がほぼ垂直に入射するが、固体撮像素子の周辺部の画素には、撮影レンズの周辺部を通った斜めの入射光が入ることになる。この斜めの入射光は、例えば図１４の遮光膜２と第２遮光膜１６との間の隙間に入って多重反射し、埋め込みチャネル１３に漏れ込み、スミアを発生させてしまうからである。
【００１６】
また、図１２の短絡部６の場合も同様である。図１２に示す短絡部６は、例えば遮光膜２の下部に設ける絶縁層にエッチングで穴を開けて転送電極膜４，５を露出させ、その上に遮光膜材料による膜を形成することで製造するため、穴の壁面に蒸着される遮光膜材が薄くなり、斜め入射光を阻止する十分な厚さを確保するのが難しい。
【００１７】
この様に、遮光膜を利用して垂直転送パルスを印加する構成を採用して高速駆動を可能にすると、遮光膜を分割するためのスリットや短絡部からの光の漏れ込みに起因するスミア，ブルーミングを回避することが困難になり、撮像画像の品質を劣化させることになる。
【００１８】
本発明の目的は、遮光膜を利用して垂直転送パルスを印加し高速駆動を可能にすると共に、スミアの発生を抑制して高品質な画像を撮像することが可能な固体撮像素子とこの固体撮像素子を搭載した撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する導電性材料でなる遮光膜と、隣接する遮光膜間を電気的に分離し前記埋め込みチャネルの上方を外れる位置に設けられた電気的分離部と、前記遮光膜から張り出して設けられ前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部と、該遮光膜張出部で覆われる前記垂直転送電極と該遮光膜張出部とを電気的に短絡する短絡部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される複数の受光部列の１つおきの受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する第１遮光膜と、前記複数の受光部列の残りの１つおきの受光部列に沿って設けられ隣接の受光部列との間を遮光し前記受光部の上方を開口する前記第１遮光膜とは電気的に分離された導電性材料でなる第２遮光膜と、該第２遮光膜で覆われる前記垂直転送電極と該第２遮光膜とを電気的に短絡する短絡部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の撮像装置は、上記の固体撮像素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、遮光膜と垂直転送電極とを短絡する短絡部と、遮光膜間を電気的に分離するスリット等の電気的分離部とを、埋め込みチャネルから離れた位置に設けたため、遮光膜を利用して垂直転送パルスが印加できるため高速駆動が可能となり、埋め込みチャネルに短絡部やスリット等から光が漏れ込む虞がないため高品質な被写体画像を撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子の要部拡大上面図である。
【図４】図３のＩＶ―ＩＶ線断面模式図（ａ）及び製造工程図（ｂ）〜（ｅ）である。
【図５】図３に代わる実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の要部拡大上面図である。
【図６】図５のＶＩ―ＶＩ線断面模式図である。
【図７】図２に代わる実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。
【図８】図７に示すＣＣＤ型固体撮像素子の要部拡大上面図である。
【図９】図８に代わる実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の要部拡大上面図である。
【図１０】本発明の更に別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部拡大上面図である。
【図１１】図１０のＸＩ―ＸＩ線断面模式図である。
【図１２】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の上面図である。
【図１３】別の従来のＣＣＤ型固体撮像素子の上面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ―ＸＩＶ線断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置（この例ではデジタルスチルカメラ）２０の機能構成図である。この撮像装置２０は、撮像部２１と、撮像部２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，撮像部２１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュライト２５とを備える。
【００２６】
撮像部２１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系２１ａと、該光学レンズ系２１ａを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ２１ｂと、光学レンズ系２１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型固体撮像素子３５とを備える。
【００２７】
本実施形態の撮像装置２０は更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、カメラ背面等に設けられメニュー画面やスルー画像，撮像画像を表示する液晶表示部２８と、撮像装置全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス３４とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
【００２８】
図２は、図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子３５の表面模式図である。半導体基板４１の表面部には、二次元アレイ状に、図示する例では正方格子状に、複数の画素（フォトダイオード：ＰＤ）４２が配列形成されている。
【００２９】
２列の画素列毎に、２列の中央に垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）４３が設けられており、２列の画素列が１本の垂直電荷転送路４３を共用する構成となっている。そして、２列の画素列から共用の垂直電荷転送路４３に同時に信号電荷が読み出されないように、一方の画素列の読出電極４４と他方の画素列の読出電極４５とが垂直方向にずれるように設けられている。
【００３０】
２列の画素列が１本の垂直電荷転送路４３を共用する構造のため、画素列毎に垂直電荷転送路を設けた固体撮像素子に比較して画素面積（フォトダイオードの受光面）の増大を図ることができ、撮像素子の高感度化を図ることが可能となる。図示する例のＣＣＤ型固体撮像素子３５では、隣接する画素列で異なる垂直電荷転送路４３に信号電荷を読み出す画素列の間には、垂直方向に長手の素子分離帯４６が設けられている。
【００３１】
各垂直電荷転送路４３の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）４７が設けられ、水平電荷転送路４７の出力端部に、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ４８が設けられている。
【００３２】
図３は、図２の要部拡大上面図であり、図４（ａ）は図３のＩＶ―ＩＶ線断面模式図である。半導体基板４１の表面Ｐウェル層には、フォトダイオード（ＰＤ）を構成するｎ領域５１と垂直電荷転送路の埋め込みチャネルを構成するｎ領域５２と、高濃度ｐ型不純物領域でなる図２に示す素子分離帯４６とが形成されている。
【００３３】
半導体基板４１の表面にはゲート絶縁膜５３が形成され、このゲート絶縁膜５３の上には、図３に示す様に、垂直方向に隣接するフォトダイオード（ＰＤ）間で水平方向に延びる垂直転送電極膜５４，５５（読出電極兼用の転送電極膜５４，５５が、図２の読出電極４４，４５となる。）が垂直方向に交互に設けられている。図３に示す２枚の垂直転送電極膜５４，５５は、例えば特開２００５―３５３６８４号公報に記載されている様な、単層膜構造になっている。
【００３４】
垂直転送電極膜５４，５５は、垂直方向に隣接するフォトダイオード（ＰＤ）間で細く、フォトダイオード（ＰＤ）が無い埋め込みチャネル５２上，素子分離帯４６上では垂直方向に幅広に形成され、電極膜５４，５５間は極めて狭い絶縁領域を挟んで隣接する様に形成されている。
【００３５】
垂直電荷転送路５４，５５の垂直方向に幅広に形成された部分の上には、タングステン膜でなるストライプ状の遮光膜５６が設けられている。垂直電荷転送路（埋め込みチャネル５２）上の遮光膜を「５６ａ」、素子分離帯４６上の遮光膜を「５６ｂ」としている。即ち、本実施形態の遮光膜５６の開口は、フォトダイオード（ＰＤ）の受光面列に沿ってストライプ状に開けられており、各遮光膜５６ａ，５６ｂは夫々電気的に分離されている。この実施形態では、電気的分離を行う分離部は、ストライプ状の遮光膜開口縁となる。
【００３６】
本実施形態では、素子分離帯４６上の転送電極膜５４，５５の水平方向幅より、埋め込みチャネル５２上の転送電極膜５４，５５の水平方向幅が広いため、遮光膜５６ｂの水平方向の幅を、遮光膜５６ａの水平方向幅より狭く形成している。
【００３７】
なお、遮光膜開口がストライプ状になっており、垂直方向に並ぶ各フォトダイオード（ＰＤ）の遮光膜開口が連続していても、各フォトダイオード（ＰＤ）の受光面の上方には、それぞれ、図示省略のマイクロレンズが積層されているため、入射光はマイクロレンズによってフォトダイオードの受光面内に集光されることになる。
【００３８】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３５では、ストライプ状の各遮光膜５６ａ，５６ｂのうち、垂直電荷転送路上の遮光膜５６ａを所定電位たとえばアース電位に固定し、垂直電荷転送路上で無い方の、素子分離帯４６上の遮光膜５６ｂを垂直転送パルス印加用の遮光膜とし、転送電極膜のうち、同一位相の転送パルスを印加する転送電極膜の幅広部分と遮光膜５６ｂとを、短絡部５７で短絡している。
【００３９】
短絡部５７は、その遮光膜５６ｂにおいて同一位相の転送パルスを印加するため、１本の遮光膜５６ｂ上で周期的位置に設けられる。別位相の転送パルスを印加する別の遮光膜５６ｂでは、当然ながら、短絡部５７を設ける転送電極は別の転送電極となる。
【００４０】
短絡部５７は、例えば次の様にして形成する。図４に示す様に、転送電極膜５５（ｏｒ５４：図示の例では５５）を形成した後、その上に絶縁層５８が積層されるが、この絶縁層５８の所定位置にエッチングにより穴を開けて転送電極膜５５を露出させる。その後、タングステン金属をスパッタリングする等してストライプ状の遮光膜５６ａ，５６ｂを絶縁層５８上に積層すると、エッチング穴の周壁にもタングステン膜が形成され、遮光膜５６ｂと転送電極膜５５とが短絡される。
【００４１】
この短絡部５７のタングステン膜の膜厚は薄くなる可能性があり、斜め入射光が短絡部５７から洩れ込む虞がある。しかし、本実施形態の場合、短絡部５７の下部には埋め込みチャネル５２は無いため、スミアやブルーミングの発生はなくなる。
【００４２】
上述した短絡部５７の製造方法では、短絡部５７を遮光膜５６ａ，５６ｂと一緒に製造しているため、短絡部５７の膜厚が薄くなり電気抵抗が高くなる可能性があるため、短絡部５７を遮光膜とは別途に製造することも可能である。この製造工程を図４（ｂ）〜（ｅ）に示す。
【００４３】
先ず、図４（ｂ）に示す様に、半導体基板４１に、フォトダイオード（ｎ領域）５１と、垂直電荷転送路の埋め込みチャネル（ｎ領域）５２と、素子分離帯（ｐ領域）４６とをイオン注入により製造すると共に半導体基板４１の表面にゲート酸化膜５３を形成する。
【００４４】
次に、図４（ｃ）に示す様に、ゲート酸化膜５３の上に、ポリシリコン膜やＤＡＳＩ（Doped Amorphous Silicon）膜で電極５４，５５を形成する。そして、その上に絶縁層５８を形成した後、所定位置にエッチングにより電極５５に達する穴を開けて先ず穴内に金属膜をスパッタ又は蒸着によって短絡部５７を形成し（図４（ｄ））、その後に、遮光膜５６ａ，５６ｂを形成することで、遮光膜５６ｂと短絡部５７との電気接触を図ることで、図４（ｅ）の構造（＝図４（ａ））が得られる。
【００４５】
以上述べた実施形態によれば、ＣＣＤ型固体撮像素子３５を高速駆動するために遮光膜５６ｂを利用して垂直転送パルスを垂直転送電極５４，５５に印加しても、スミアの発生を回避でき、高品質な撮像画像を得ることが可能となる。
【００４６】
本実施形態では、勿論、短絡部５７の上に第２遮光膜を設けても良いが、スミアを発生させることがないため、第２遮光膜を省略することができる。これにより、製造工程数が削減されて製造コストの低減と製造歩留まりの向上を図ることも可能となる。
【００４７】
図５は、図３に代わる本発明の別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子３６の表面模式図であり、図６は、図５のＶＩ―ＶＩ線断面模式図である。本実施形態は、図３の実施形態に比べて、遮光膜５６ａの形状以外は全く同じであるため、遮光膜５６ａ以外についての説明は省略する。なお、図６は、図４と異なり、短絡部５７の断面図ではない。
【００４８】
本実施形態では、アース電位とする遮光膜５６ａに、左右の遮光膜５６ｂ近傍まで延びる張出部５６ａ’を設け、垂直方向に隣接するフォトダイオード間に敷設された転送電極膜５４，５５を張出部５６ａ’で覆う様にした点が図３の実施形態と異なる。
【００４９】
これにより、遮光膜開口は、フォトダイオード（ＰＤ）の受光面をほぼ囲む形状となり、受光面以外の遮光状態が向上して混色が抑制され、撮像画像の品質を向上させることが可能となる。張出部５６ａ’と遮光膜５６ｂとの間に若干の隙間（スリット）５９が残るが、この程度の隙間であれば、マイクロレンズの集光効果によって混色の影響はない。
【００５０】
スリット５９は、なるべく遮光膜５６ｂに近い位置に設けられる。これは、スリット５９からの漏洩光があっても、埋め込みチャネル５２から遠い位置であればスミアの原因にならないからである。
【００５１】
なお、図５に示す実施形態では、遮光膜張出部５６ａ’を遮光膜５６ａからだけ張り出すように設けたが、張出部５６ａ’を設けると共に、遮光膜５６ｂからも張出部５６ａ’に対向するように張出部を設けてもよい。この場合、遮光膜５６ｂから張り出す張出部の長さより、張出部５６ａ’の張出長を長くしておけば、スミア特性が改善する。
【００５２】
図７は、図２のＣＣＤ型固体撮像素子３５に代わる別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子３７の表面模式図である。図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子３５の各画素４２が正方格子状に配列されているのに対し、図７のＣＣＤ型固体撮像素子３７は、各画素４２が所謂ハニカム画素配列されている点が異なる。即ち、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして形成されており、画素列に沿って形成される垂直電荷転送路４３が、垂直方向の画素を避けるように蛇行して形成される点が図２と異なる。
【００５３】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３７も、図２のＣＣＤ型固体撮像素子３５と同様に、２列の画素列が中央の１本の垂直電荷転送路４３を共用する構成になっており、隣接する２つの画素列であって異なる垂直電荷転送路４３に信号電荷を読み出す２つの画素列の間には、素子分離帯４６が設けられている。
【００５４】
図８は、図７に示すＣＣＤ型固体撮像素子３７の要部拡大上面図であり、図３に対応する図である。埋め込みチャネル５２は垂直方向にジグザグ状に蛇行して設けられており、垂直転送電極膜５４，５５は、水平方向にフォトダイオード（ＰＤ）を避けるようにジグザグ状に蛇行して設けられている。なお、本実施形態の垂直転送電極膜５４，５５は２層構造（縁部分において垂直転送電極５４，５５が重なる構造）でなるが、図３と同様に単層膜構造でも良い。
【００５５】
垂直方向にジグザグに蛇行して設けられる遮光膜５６は、埋め込みチャネル５２に沿って設けられ、隣接する遮光膜５６間には、垂直方向にジグザグに蛇行して連続する遮光膜開口が形成され、各遮光膜５６間は電気的に分離される。
【００５６】
遮光膜開口が連続していても、各々のフォトダイオード（ＰＤ）の上方に積層される図示省略のマイクロレンズの集光効果により、入射光はフォトダイオード（ＰＤ）の受光面に集光されることになる。
【００５７】
各遮光膜５６のジグザグ状に屈曲した部分（ＰＤが水平方向に隣接する部分）において、屈曲部分が隣接するＰＤ側に若干張り出すように張出部５６ｃが設けられ、この張出部５６ｃに、下層の転送電極５４（ｏｒ５５）と電気的にショートする短絡部５７が設けられている。
【００５８】
本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３７でも、短絡部５７によって遮光膜５６を介して垂直転送電極膜５４（ｏｒ５５）に垂直転送パルスを印加する構成になっているが、埋め込みチャネル５２から離れる様に遮光膜の張出部５６ｃを設け、その張出部５６ｃに短絡部５７を設けているため、短絡部５７を第２遮光膜で覆わなくても、短絡部５７からの漏洩光によってスミアが発生するのを回避することができる。また、埋め込みチャネル５２の上方は隙間無く遮光膜５６で覆われるため、埋め込みチャネル５２に遮光膜５６を通して光が侵入することもない。
【００５９】
図９は、図８に代わる本発明の別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子３８の表面模式図である。本実施形態は、図８の実施形態に比べて、遮光膜５６の形状以外は殆ど同じであるため、遮光膜５６以外についての説明は省略する。
【００６０】
図８の実施形態では、遮光膜５６で覆わない垂直転送電極膜５４，５５の部分が広かったが、本実施形態では、垂直転送電極膜５４，５５の殆どの部分を遮光膜５６が覆うように、転送電極膜５４，５５の伸びる方向に遮光膜５６に張出部５６ｄを設け、この張出部５６ｄに短絡部５７を設けるようにしている。
【００６１】
この様に張出部５６ｄを広く設けることで、短絡部５７の位置を、隣接する２本の埋め込みチャネル５２の中間位置に持ってくることができ、スミアやブルーミングが発生する虞を更に低減することが可能になると共に、遮光膜５６の遮光性の向上，混色の抑制も図ることができる。更に、隣接する遮光膜５６間に形成されるスリット５９の位置を短絡部５７に近接させることで、スリット５９からの漏洩光によるスミア発生もより一層回避可能となる。
【００６２】
図８，図９の実施形態に対し更に別の実施形態も考えられる。例えば、図８の遮光膜５６に張出部５６ｃを設けずに、隣接する遮光膜５６間に、遮光膜５６とは電気的に分離されたジグザク形状の別の遮光膜（図７の素子分離帯４６に沿う遮光膜：図３の遮光膜５６ｂに相当する遮光膜）を設け、この遮光膜に短絡部５７を設ける。これにより、遮光性能が向上すると共に高速駆動が可能になり、高品質な画像を撮像することが可能となる。
【００６３】
図１０は、本発明の更に別実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３９の要部拡大上面図であり、図１１は、図１０のＸＩ―ＸＩ線断面模式図である。本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３９では、各画素４２が正方格子状に配列形成され、各画素列毎に垂直電荷転送路の埋め込みチャネル５２が設けられている。
【００６４】
遮光膜５６は、各画素（フォトダイオード（ＰＤ））４２の受光面上に矩形の開口を持っている。本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子３９も、遮光膜５６を利用して垂直転送パルスを垂直転送電極膜５４，５５に印加するため、遮光膜５６を各垂直電荷転送路毎に電気的に分離する必要がある。
【００６５】
そこで、本実施形態では、遮光膜５６を分離するための電気的分離部を形成するスリット５９を、垂直電荷転送路の埋め込みチャネル５２から離れた位置、図示する例では、隣接する埋め込みチャネル５２間の略中央部分となる位置に設けている。これにより、分離された隣接する遮光膜５６の一方からスリット５９を形成する張出部５６ｅが突設され、他方からは該スリット５９を形成する張出部５６ｆが突設された形状となっている。
【００６６】
スリット５９は、埋め込みチャネル５２間の略中央部分に設けられると述べたが、更に詳しくは、張出部５６ｅと張出部５６ｆとは非対称に設けられ、スリット５９は、上記の中央部分から若干偏奇した位置に設けられる。そして、張出量の大きい方の張出部５６ｅの先部分に、短絡部５７が設けられる。
【００６７】
スミアの原因となる漏洩光は、スリット５９と短絡部５７から侵入する可能性がある。そこで、短絡部５７を設ける箇所においては、スリット５９と短絡部５７とを近接配置すると共に、両者間の中央が、埋め込みチャネル５２間の中央に来るように配置するのが、スミア低減にとって最も有効である。
【００６８】
以上述べた様に、本実施形態による固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する導電性材料でなる遮光膜と、隣接する遮光膜間を電気的に分離し前記埋め込みチャネルの上方を外れる位置に設けられた電気的分離部と、前記遮光膜から張り出して設けられ前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部と、該遮光膜張出部で覆われる前記垂直転送電極と該遮光膜張出部とを電気的に短絡する短絡部とを備えることを特徴とする。
【００６９】
また、本実施形態の固体撮像素子の前記電気的分離部は、前記遮光膜張出部の先端縁側に形成されるスリットであることを特徴とする。
【００７０】
また、本実施形態の固体撮像素子の前記スリットは、隣接する２つの前記遮光膜から対向するように張り出される２つの前記遮光膜張出部の間に形成され、前記短絡部が設けられる側の前記遮光膜張出部の張出長の方が、対向する側の前記遮光膜張出部の張出長より長いことを特徴とする。
【００７１】
また、本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列された複数の受光部と、該受光部で構成される複数の受光部列の１つおきの受光部列に沿って前記半導体基板に形成された垂直電荷転送路の埋め込みチャネルと、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して形成され前記埋め込みチャネルとは直交する方向に形成された垂直転送電極と、前記埋め込みチャネル毎に設けられ該埋め込みチャネルの上方を覆い前記受光部の上方を開口する第１遮光膜と、前記複数の受光部列の残りの１つおきの受光部列に沿って設けられ隣接の受光部列との間を遮光し前記受光部の上方を開口する前記第１遮光膜とは電気的に分離された導電性材料でなる第２遮光膜と、該第２遮光膜で覆われる前記垂直転送電極と該第２遮光膜とを電気的に短絡する短絡部とを備えることを特徴とする。
【００７２】
また、本実施形態の固体撮像素子は、前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部が前記第１遮光膜から前記第２遮光膜近傍まで形成されることを特徴とする。
【００７３】
また、本実施形態の固体撮像素子は、前記受光部列の列方向に隣接する受光部間に形成された前記垂直転送電極を覆う遮光膜張出部が前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜から対向するように形成され、前記第１遮光膜に形成された前記遮光膜張出部の張出長が、前記第２遮光膜に形成された前記遮光膜張出部の張出長より長いことを特徴とする。
【００７４】
また、本実施形態の固体撮像素子は、前記受光部が格子状に配列形成され、前記埋め込みチャネルは直状に形成されることを特徴とする。
【００７５】
また、本実施形態の固体撮像素子の前記受光部は、奇数行の受光部行に対して偶数行の受光部が１／２ピッチづつずらして配列形成され、前記埋め込みチャネルはジグザグに蛇行して形成されることを特徴とする。
【００７６】
本実施形態の撮像装置は、上記のいずれかに記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子の前記遮光膜及び前記短絡部を通して前記垂直転送電極に垂直転送パルスを印加する撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００７７】
これにより、本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子は、遮光膜を利用して垂直転送パルスを転送電極膜に印加することができ、固体撮像素子の高速駆動が可能になる。しかも、構造的に漏洩光が垂直電荷転送路の埋め込みチャネルに侵入しないため、スミア発生やブルーミング発生が抑制され、高品質な被写体画像を撮像することができる。更に、垂直転送パルスを転送電極膜に印加する短絡部を、別の遮光膜で覆う必要がないため、製造工程数が低減して製造歩留まりが向上し、製造コストの低減も図ることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子は、高速駆動が可能になると共に高品質な被写体画像を撮像することができるため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話機、ＰＤＡやノートパソコン等のカメラ付電子装置、内視鏡等の撮像装置一般に適用すると有用である。
【符号の説明】
【００７９】
３５，３６，３７，３８，３９  ＣＣＤ型固体撮像素子
４２  画素（フォトダイオードＰＤの受光部）
４３  垂直電荷転送路
４６  素子分離帯
４７  水平電荷転送路
４８  出力アンプ
５２  垂直電荷転送路の埋め込みチャネル
５６，５６ａ，５６ｂ  遮光膜
５６ａ’，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ  遮光膜の張出部
５７  短絡部
５９  スリット（電気的分離部）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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