(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に行列状に配置され、受光部に入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、
それぞれが、前記基板に列ごとに形成された垂直転送チャネル及び該垂直転送チャネルの上に形成された複数の垂直転送電極を含み、前記各光電変換部の電荷を読み出して列方向に転送する複数の垂直転送レジスタと、
前記各垂直転送電極の上に、列ごとに形成され、対応する前記垂直転送電極に駆動パルスを供給する複数のシャント配線と、
前記各垂直転送電極と前記各シャント配線との間に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記各垂直転送電極と対応する前記シャント配線とをそれぞれ電気的に接続する複数のビアプラグとを備え、
前記各シャント配線は、前記各受光部を露出する窓部を有し、前記各受光部を囲むように形成され、
前記各ビアプラグは、前記垂直転送レジスタの上側を除く領域に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記各受光部の平面形状及び前記各窓部の平面形状は、いずれも行方向に沿った対称軸及び列方向に沿った対称軸を有する形状であり、
前記受光部の中心の位置と、前記窓部の中心の位置とは互いに重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記窓部の平面形状は、４回以上の回転対称性を有する形状であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記窓部の平面形状は、円形であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
隣接する２つの前記シャント配線同士の境界は、前記垂直転送チャネルの上に位置していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記各垂直転送電極と前記各シャント配線との間に形成され、前記基板の前記受光部を除く部分への光の入射を防止する遮光膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記シャント配線の上に形成され、前記シャント配線同士の境界部分への光の入射を遮る補助遮光膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、特にＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの撮像装置として需要が拡大している。また、携帯電話に代表される携帯端末装置にカメラ機能を付加することが求められており、固体撮像装置の需要はますます拡大している。固体撮像装置の需要が伸びるのに伴い、高画質化の要求も高まっている。固体撮像装置を高画質化するためには、画素数を増やす高画素化と、Ｓ／Ｎ比を大きくする高感度化の両方が必要である。
【０００３】
固体撮像装置を高画素化するためには、固体撮像装置の動作速度を高くすることが必要である。ＣＣＤ型の固体撮像装置において動作速度を高くするためには、信号電荷を撮像部から電荷の蓄積部に高速に転送する必要がある。
【０００４】
電荷の転送速度を高くするために、転送電極に駆動パルスを供給するシャント配線を設け、転送電極の電気抵抗を下げ、信号電荷の伝搬遅延を抑えることが行われている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
図７は従来のシャント配線を備えたＣＣＤ型固体撮像装置における撮像部の平面構成を拡大して示している。図７に示すように従来のＣＣＤ型固体撮像装置の撮像部は、半導体基板に行列状に形成された複数の光電変換部１０１と、行方向に隣接する光電変換部１０１の間を列方向に延びるように形成された複数の垂直転送チャネル１２４とを備えている。垂直転送チャネル１２４の上には、行方向に延びる複数の垂直転送電極１１１が形成されている。各垂直転送電極１１１は、各光電変換部１０１をよけるように形成されている。
【０００６】
垂直転送電極１１１の上には、各垂直転送チャネル１２４沿って延びる複数のシャント配線１１４が形成されている。垂直転送電極１１１とシャント配線１１４とは層間絶縁膜によって絶縁されている。各シャント配線１１４の一部には、行方向に突出した突出部１１４ａが設けられており、各突出部１１４ａにはシャント配線１１４と垂直転送電極１１１とを電気的に接続するビアプラグ１２９が形成されている。なお、光電変換部１０１のうちのシャント配線１１４及び遮光膜（図示せず）に覆われていない部分のみが光を受光する受光部となる。
【０００７】
垂直転送電極１１１にシャント配線１１４が電気的に接続されているため、垂直転送電極１１１の電気抵抗を下げ、信号電荷の伝搬遅延を抑えることができる。これにより高速に動作する固体撮像装置が実現できる。
【特許文献１】特開平８−２３６７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の固体撮像装置は、高速動作を可能とするが、ノイズに対する信号の比（Ｓ／Ｎ比）の低下及び感度のばらつきが生じるという問題がある。
【０００９】
シャント配線と垂直転送電極とを電気的に接続するビアプラグを垂直転送チャネルの上に設けると、ビアプラグとの接触部分において垂直転送電極の仕事関数が変動してしまい、電荷を転送する際に信号電荷の転送残り等の転送劣化が生じてしまう。このため、シャント配線には突出部を設けなければならない。
【００１０】
しかし、シャント配線に突出部を設けると、シャント配線による光の反射が不規則となり、シャント配線により反射された光が迷光として受光部に入射しやすくなる。また、シャント配線及び遮光膜の切れ目から受光部以外の部分に反射光が入射しやすくなる。さらに、受光部の上部に形成されるオンチップレンズのギャップに存在する無効領域からの光が、シャント配線に反射して迷光となる際に、突出部があることにより迷光の発生が不規則になる。このため、ノイズが増加しＳ／Ｎ比が低下してしまうので、最低被写体照度の増大を招き実効感度が低下する。また、本来入射すべき画素とは異なる画素に光が入射することになり混色の原因ともなる。
【００１１】
また、固体撮像装置はレンズと組み合わせて用いられる。このため、撮像部に入射する光は平行光ではなく、撮像部の外側に行くに従い光が斜めに入射する。従って、撮像部の周縁部に向かうに従い感度及びスミア特性が徐々に変化する。シャント配線の形状が非対称性を有している場合には、感度及びスミア特性の変化が、入射光の向きの影響も受けることになるため不規則となってしまう。これにより、画像が著しく劣化してしまい、また、これを補正することも非常に困難となる。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、画素ごとの感度が高く且つ撮像部内における感度のばらつきが小さい、高画質の固体撮像装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像装置を、シャント配線が受光部を囲むように形成される構成とする。
【００１４】
具体的に本発明に係る固体撮像装置は、基板に行列状に配置され、受光部に入射した光を光電変換する複数の光電変換部と、それぞれが、基板に列ごとに形成された垂直転送チャネル及び該垂直転送チャネルの上に形成された複数の垂直転送電極を含み、各光電変換部の電荷を読み出して列方向に転送する複数の垂直転送レジスタと、各垂直転送電極の上に、列ごとに形成され、対応する垂直転送電極に駆動パルスを供給する複数のシャント配線とを備え、各シャント配線は、各受光部を露出する窓部を有し、各受光部を囲むように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像装置によれば、各シャント配線は、各受光部を露出する窓部を有し、各受光部を囲むように形成されているため、シャント配線の隙間が少なく、各受光部に入射する迷光を削減することができる。従って、各画素のＳ／Ｎ比を大きくし、感度を高くすることが可能となる。また、各受光部が、シャント配線によって同じように囲まれるため、受光部へ入射する光のばらつきを小さくすることができる。従って、撮像部内における感度のばらつきを小さくすることが可能となるので、高画質の固体撮像装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の固体撮像装置において、各受光部の平面形状及び各窓部の平面形状は、いずれも行方向に沿った対称軸及び列方向に沿った対称軸を有する形状であり、受光部の中心の位置と、窓部の中心の位置とは互いに重なり合っていることが好ましい。このような構成とすることにより、各受光部を囲むシャント配線の形状の対称性が向上するため、撮像部内における感度のばらつきを確実に小さくすることができる。
【００１７】
この場合において、窓部の平面形状は、４回以上の回転対称性を有していることが好ましい。さらに、窓部の平面形状は、円形であることが好ましい。このような構成とすることにより、窓部の対称性がさらに向上する。
【００１８】
本発明の固体撮像装置において、隣接する２つのシャント配線同士の境界は、垂直転送チャネルの上に位置していることが好ましい。このような構成とすることにより、シャント配線の境界部から入射した光が、迷光となり受光部に入射することを防ぐことができる。
【００１９】
本発明の固体撮像装置において、各垂直転送電極と各シャント配線との間に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜に形成され、各垂直転送電極と対応するシャント配線とをそれぞれ電気的に接続する複数のビアプラグとをさらに備え、各ビアプラグは、垂直転送チャネルの上側を除く領域に形成されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、垂直転送チャネルの上側において垂直転送電極の仕事関数が変化することを防ぐことができるので、転送劣化の発生を抑えることができる。
【００２０】
本発明の固体撮像装置において、各垂直転送電極と各シャント配線との間に形成され、基板の受光部を除く部分への光の入射を防止する第１の遮光膜をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、受光部以外の部分への迷光又は反射光の入射を確実に防ぐことが可能となる。
【００２１】
本発明の固体撮像装置において、シャント配線の上に形成され、シャント配線同士の境界部分への光の入射を遮る第２の遮光膜をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、基板の上に形成する層間絶縁膜等の層の厚さを薄くすることができる。従って、層間絶縁膜の上に形成するオンチップレンズの集光設計の自由度を上げることが可能となり、集光効率が上昇するので、感度を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素ごとの感度が高く且つ撮像部内における感度のばらつきが小さい、高画質の固体撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の平面構成を拡大して示している。図２（ａ）及び（ｂ）は図１のIIａ−IIａ線における断面構成及びIIｂ−IIｂ線における断面構成をそれぞれ示している。
【００２４】
図１及び図２に示すように本実施形態の固体撮像装置の撮像部は、半導体基板１０に行列状に形成された複数のフォトダイオードからなる光電変換部１１と、各光電変換部１１の電荷を読み出し、列方向に転送する複数の垂直転送レジスタ１２とを備えている。
【００２５】
各垂直転送レジスタ１２は、それぞれが行方向に隣接する２つの光電変換部１１の間に列方向に延びるように形成された不純物拡散層である複数の垂直転送チャネル１３と、各垂直転送チャネル１３の上に行方向に延びるように形成されたポリシリコンからなる複数の垂直転送電極１４とを有している。垂直転送電極１４は、第１ポリシリコン層１４Ａと第２ポリシリコン層１４Ｂとが交互に形成されており、第１ポリシリコン層１４Ａと第２ポリシリコン層１４Ｂとは一部が重なり合うように形成されている。また、垂直転送電極１４は光電変換部１１の上側の部分を避けるように形成されている。
【００２６】
垂直転送電極１４の上には、絶縁膜２１を介してタングステン（Ｗ）からなる遮光膜１５が形成されている。遮光膜１５には光電変換部１１の一部を露出する開口部が設けられており、光電変換部１１の開口部から露出した部分は、光が入射する受光部１１ａとなる。また、遮光膜１５には後で説明するビアプラグ１８の形成部分にも開口部が形成されている。
【００２７】
第１ポリシリコン層１４Ａ、第２ポリシリコン層１４Ｂ及び遮光膜１５のそれぞれの間には絶縁膜２１が設けられており、第１ポリシリコン層１４Ａ、第２ポリシリコン層１４Ｂ及び遮光膜１５は互いに絶縁されている。
【００２８】
遮光膜１５を覆うように層間絶縁膜２２が形成されており、層間絶縁膜２２の上にはアルミニウム（Ａｌ）からなり、垂直転送電極１４に駆動パルスを供給するシャント配線１７が形成されている。シャント配線１７は、垂直転送チャネル１３に沿って列ごとに形成されており、シャント配線１７同士の境界部分は垂直転送チャネル１３の上方に位置している。
【００２９】
各シャント配線１７は、各受光部１１ａを露出する複数の窓部１７ａを有しており、各受光部１１ａは、シャント配線１７に囲まれている。窓部１７ａの平面寸法は、受光部１１ａの平面寸法と同一又はそれ以上であり、シャント配線１７によって受光部１１ａに入射する光が遮られることはない。
【００３０】
各シャント配線１７は対応する垂直転送電極１４とビアプラグ１８によって電気的に接続されている。このため、各シャント配線に互いに位相が異なる垂直駆動パルスを印加することにより、垂直転送電極が駆動され、光電変換部１１からの電荷の読み出し及び列方向の電荷の転送を行う。本実施形態においては、垂直駆動パルスφＶ１〜垂直駆動パルスφＶ４の４相のクロックパルスにより駆動する固体撮像装置を示しているが、これに限らず例えば３相のクロックパルスにより駆動する固体撮像装置もほぼ同様の構成とすることができる。
【００３１】
ビアプラグ１８は、垂直転送チャネル１３の上を避けて形成されている。また、遮光膜１５のビアプラグ１８の形成部分には、開口部が形成されており、遮光膜１５とビアプラグ１８とは絶縁されている。
【００３２】
シャント配線１７の上には、上層の層間絶縁膜、カラーフィルタ及びオンチップレンズ等が必要に応じて形成されているが、本発明と直接関係ないため図示を省略している。
【００３３】
本実施形態の固体撮像装置は、受光部１１ａがシャント配線１７に囲まれている。Ａｌ等の金属により形成されたシャント配線１７は、遮光膜１５と共に受光部１１ａ以外の部分に不要な迷光が入射しないように遮光する。従って、列方向に連続的に形成されたシャント配線１７により、受光部１１ａの近傍において迷光が入射又は反射する隙間の発生を抑えることができ、迷光の影響を低減することが可能となる。これにより、固体撮像装置のＳ／Ｎ比を改善できる。
【００３４】
また、本実施形態の固体撮像装置においては、窓部１７ａ及び受光部１１ａが共に平面方形状に形成され且つ窓部１７ａの中心と受光部１１ａの中心とが重なり合うように形成されている。このため、窓部１７ａの形状は、受光部１１ａの中心に対して点対称な形となる。従って、シャント配線１７によって反射された光が各受光部１１ａに与える影響を撮像部内においてそろえることができる。また、迷光が各受光部１１ａに与える影響もそろえることができる。撮像部内における反射光及び迷光の影響をそろえることができるため、撮像部内におけるＳ／Ｎ比のばらつきを小さくすることができる。また、各受光部１１ａが同じように迷光の影響を受けるため、迷光の補正を行ったり、迷光を遮光する対策を行ったりすることが容易となる。
【００３５】
さらに、シャント配線１７が対称性を有するため、入射光の方向により、感度及びスミア特性に大きなばらつきが生じることがない。従って、撮像部内における感度及びスミア特性等のばらつきを小さくすることができる。
【００３６】
この場合、受光部１１ａの平面形状及び窓部１７ａの平面形状は、少なくとも行方向に沿った対称軸と列方向に沿った対称軸とを有していることが好ましい。このようにすれば、少なくとも撮像部の中心を挟んで等距離にある画素に同じように光が入射するため、撮像部内における感度及びスミア特性のばらつきをより小さくすることができる。さらに、正方形等の４回以上の回転対称性を有する形状とすれば、より対称性が増すためばらつきを小さくすることができる。
【００３７】
対称性の観点からは、図３に示すように受光部１１ａの平面形状及びシャント配線の窓部１７ａの平面形状を共に円形とすることがより好ましい。この場合シャント配線１７の対称性が最も向上し、入射光の方向の影響を小さくすることが可能となる。また、遮光膜１５の光電変換部１１を露出する開口部を方形状とし、シャント配線１７の窓部１７ａのみを円形状としてもよい。このようにすれば、固体撮像装置の開口率を落とすことなく、シャント配線１７の対称性を向上させることができる。
【００３８】
また、図４に示すように、プログレッシブスキャン型の固体撮像装置においても同様の構成を実現することができる。この場合、１つの光電変換部に対して４枚の独立した垂直転送電極が必要となるため、シャント配線と垂直転送電極とを電気的に接続するビアプラグの数が増加する。しかし、シャント配線が受光部を囲むように形成されているため、シャント配線のパターンを変更することなく対応することが可能である。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５は第２の実施形態に係る固体撮像装置における撮像部の平面構成を拡大して示している。図６（ａ）及び（ｂ）は図５のVIａ−VIａ線における断面構成及びVIｂ−VIｂ線における断面構成をそれぞれ示している。図５及び図６において図１及び図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の固体撮像装置は、垂直転送電極１４の上に、絶縁膜２１を介して遮光膜を兼ねるシャント配線２７が形成されている。シャント配線２７は、第１の実施形態と同様に、列ごとに形成され、受光部１１ａを露出する窓部２７ａを有している。また、シャント配線２７同士の境界部分は、垂直転送チャネル１３の上に形成されている。各シャント配線と対応する垂直転送電極１４とは、絶縁膜２１に形成されたビアプラグ２８によって電気的に接続されている。
【００４１】
シャント配線２７を覆うように撮像部全体に層間絶縁膜２２が形成され、層間絶縁膜２２の上には、補助遮光膜２５が形成されている。補助遮光膜２５は、シャント配線２７の境界部分の上に形成され、シャント配線２７の境界部分から基板に光が入射することを防止する。補助遮光膜２５は光を通さなければどんなものでもよく、金属又はブラックフィルタ等を用いることができる。
【００４２】
補助遮光膜２５の上には、上層の層間絶縁膜、カラーフィルタ及びオンチップレンズ等が必要に応じて形成されているが、本発明と直接関係ないため図示を省略している。
【００４３】
本実施形態の固体撮像装置は、シャント配線２７が遮光膜を兼ねている。このため、遮光膜とシャント配線とを両方形成する場合と比べて、基板の上に形成しなければならない層の厚さを薄くすることができる。従って、光学的な設計の自由度が上昇する。つまり、オンチップレンズの形状の最適化を図ることができるため、集光効率が上昇し、感度を高くすることが可能となる。
【００４４】
本願に係る固体撮像装置は、Ｓ／Ｎ比が高く且つ撮像部内における感度のばらつきが小さい。従って、本願に係る固体撮像装置を用いることにより、高感度で且つ画像のムラが少ない、高画質のスチルカメラ及びビデオカメラを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る固体撮像装置は、画素ごとの感度が高く且つ撮像部内における感度のばらつきが小さい、高画質の固体撮像装置を実現でき、固体撮像装置、特にＣＣＤ型の固体撮像装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の撮像部を示す平面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の撮像部を示し、（ａ）は図１のIIa−IIa線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIb−IIb線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の撮像部を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の撮像部を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の撮像部を示す平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の撮像部を示し、（ａ）は図５のVIa−VIa線における断面図であり、（ｂ）は図５のVIb−VIb線における断面図である。
【図７】従来例に係る固体撮像装置の撮像部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    基板
１１    光電変換部
１１ａ  受光部
１２    垂直転送レジスタ
１３    垂直転送チャネル
１４    垂直転送電極
１４Ａ  第１ポリシリコン層
１４Ｂ  第２ポリシリコン層
１５    遮光膜
１７    シャント配線
１７ａ  窓部
１８    ビアプラグ
２１    絶縁膜
２２    層間絶縁膜
２５    補助遮光膜
２７    シャント配線
２７ａ  窓部
２８    ビアプラグ
【図１】
0004833680.tif 000002
【図２】
0004833680.tif 000003
【図３】
0004833680.tif 000004
【図４】
0004833680.tif 000005
【図５】
0004833680.tif 000006
【図６】
0004833680.tif 000007
【図７】
0004833680.tif 000008