(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面側に電荷結合素子からなる電荷読み出し部が形成され、前記半導体基板の裏面側に半導体の一部が除去され薄形化された薄形部が形成されて、前記半導体基板の前記裏面からエネルギー線が入射される半導体エネルギー検出器であって、
前記電荷読み出し部は、
２次元の画素配列を有して構成され、入射したエネルギー線が検出される受光部と、
前記受光部の表面側に前記２次元の画素配列における第１の方向を長手方向としてそれぞれ形成され、前記２次元の画素配列における第２の方向についての電荷転送を行うための転送電圧が印加される転送電極と、
前記転送電極の表面側に形成され、前記転送電圧が印加される金属または金属シリサイドからなる補助配線と、
前記転送電極の表面側に前記補助配線とは直接は接続されないように形成される金属または金属シリサイドからなる付加配線と、を有し、
それぞれの前記補助配線は、前記転送電極に対して蛇行する形状の配線パターンによって、前記第２の方向について繰り返し構造で形成され、前記第２の方向について前記補助配線の幅以上離れて配置されている２つの前記転送電極を少なくとも含む複数の前記転送電極に電気的に接続されて、前記転送電圧を補助的に印加・供給し、
それぞれの前記付加配線は、前記補助配線に電気的に接続されている少なくとも１つの前記転送電極と、前記補助配線に対して電気的に独立な少なくとも１つの前記転送電極とを含む複数の前記転送電極に電気的に接続されて、前記転送電圧を補助的に供給することを特徴とする半導体エネルギー検出器。
【請求項２】
前記補助配線及び前記付加配線の幅が、前記２次元の画素配列の１画素当たりの幅よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体エネルギー検出器。
【請求項３】
前記補助配線及び前記付加配線は、単一層に形成された金属または金属シリサイドからなる配線パターンによって形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体エネルギー検出器。
【請求項４】
それぞれの前記補助配線は、前記第２の方向に対して平行に形成され前記転送電極との接続部が配置される複数の垂直補助配線と、前記第１の方向に対して平行に形成され前記垂直補助配線間を接続する水平補助配線と、を有し、
それぞれの前記付加配線は、前記第２の方向に対して平行に形成され前記転送電極との接続部が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体エネルギー検出器。
【請求項５】
前記電荷結合素子からなる前記電荷読み出し部は、ｎ相の前記転送電圧によって電荷転送が行われるように構成され、
前記補助配線は、前記ｎ相の前記転送電圧がそれぞれ印加されたｎ本の前記補助配線を組として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の半導体エネルギー検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ、Charge Coupled Device）を用いた半導体エネルギー検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮像素子などとして利用される電荷結合素子（ＣＣＤ）は、アナログ電荷群をクロックパルスに同期して一方向に転送するもので、空間情報を時系列信号に変換することができる。ただし、ＣＣＤに光を照射したまま電荷を転送すると、それぞれの部位で光励起された電荷と転送された電荷とが混じり合って、いわゆるスミアを起こし、画像信号が劣化する。そのため通常は、画像の撮像（エネルギー線像の検出）を行う電荷蓄積期間と、画像の転送を行う電荷転送期間とに時分割して動作させて使用される。実用的な撮像デバイスとしては、例えばフレーム転送型（ＦＴ型）、フル・フレーム転送型（ＦＦＴ型）、インターライン転送型（ＩＴ型）などがある。このうち、計測用としては主にＦＦＴ型ＣＣＤが用いられる。ＦＦＴ型ＣＣＤは、蓄積部が無く受光部を大きくできるので、光の利用率が高く、微弱光の計測に適している。
【０００３】
半導体製造分野におけるウエハ検査やフォトマスク（レチクル）検査等に用いられるＣＣＤなどの半導体エネルギー検出器としては、パターンの焼き付け露光に使用される光源を用いて検査が行われるために、紫外光（例えば、高圧水銀灯ｇ線：波長４３６nm、高圧水銀灯ｉ線：３６５nm、ＸｅＣｌエキシマレーザ：３０８nm、ＫｒＦエキシマレーザ：２４８nm、ＡｒＦエキシマレーザ：１９３nm、など）に高い感度を有するものが必要とされる場合がある。
【０００４】
そのような撮像素子の１つとして、裏面照射型ＣＣＤがある（例えば特開平６−２９５０６号）。表面照射型ＣＣＤにおいては、受光部を覆っている転送電極を例えば多結晶シリコンによる電極とし、各電極を例えば厚さ数μｍ程度になるＰＳＧ膜によって分離して、表面を受光面として撮像を行うが、特に多結晶シリコンは波長４００ｎｍ以下の光などの吸収係数が大きい入射エネルギー線を吸収してしまうため、紫外光等に対する感度が低くなってしまう。
【０００５】
これに対して裏面照射型ＣＣＤとは、基板を例えば厚さ１０〜３０μｍ程度まで薄くしてＣＣＤを形成し、裏面からエネルギー線を入射して撮像を行うものであり、したがって、表面側に配設される転送電極に影響されずに光などの入射・受光を行うことができ、紫外光などの短波長光（例えば２００nm程度まで）に対しても高い感度を有するＣＣＤが実現される。このようなＣＣＤは、紫外光以外にもγ線や荷電粒子線など、吸収係数が大きいエネルギー線の照射に対して有効である。また、電子衝撃型ＣＣＤとしても応用することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような多結晶シリコンによる転送電極については、金属に比べて抵抗が大きいという問題がある。特に、ＣＣＤの垂直シフトレジスタにおいて高速の電荷転送を行う場合、この多結晶シリコンの配線抵抗によって電荷転送速度が制限されてしまう。また、外から加える転送電圧によるクロック信号が配線の長さに応じて鈍ってしまい、場所によって波形が歪んでその立ち上がり時間に違いが生じ、結果としてＣＣＤの転送効率（ポテンシャルウェル間の電荷転送の割合）が劣化する。この波形の鈍りについては、抵抗だけでなく容量との組み合わせによって決まるが、容量を変化させるとＣＣＤにおいて転送可能な電荷量が変化してしまうため、これによって上記の問題の解決を図ることはできない。
【０００７】
このような問題に対して、例えば特開昭６３−４６７６３号及び特開平６−７７４６１号に、金属または金属シリサイドによる中間層、多層構造、または裏打ち構造を有する抵抗の小さい転送電極を用いたＣＣＤが記載されている。
【０００８】
しかしながら、このような構造においては金属等を用いた配線の形状が転送電極と同様の形状・幅に限定される。このとき、解像度を上げるため画素を微細化した場合に、配線が細くなってしまい、上記のように金属等による配線を用いた場合においても、なお、その配線の高抵抗化を生じて、充分な電荷転送速度を得ることができなくなる。また、ＣＣＤチップを大面積化した場合にも、配線が長くなることによって同様に高抵抗化の問題を生じる。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、高速・高効率での電荷転送が可能な裏面照射型の半導体エネルギー検出器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による半導体エネルギー検出器は、半導体基板の表面側に電荷結合素子からなる電荷読み出し部が形成され、半導体基板の裏面側に半導体の一部が除去され薄形化された薄形部が形成されて、半導体基板の裏面からエネルギー線が入射される半導体エネルギー検出器であって、電荷読み出し部は、２次元の画素配列を有して構成され、入射したエネルギー線が検出される受光部と、受光部の表面側に２次元の画素配列における第１の方向を長手方向としてそれぞれ形成され、２次元の画素配列における第２の方向についての電荷転送を行うための転送電圧が印加される転送電極と、転送電極の表面側に形成され、転送電圧が印加される金属または金属シリサイドからなる補助配線と、転送電極の表面側に補助配線とは直接は接続されないように形成される金属または金属シリサイドからなる付加配線と、を有し、それぞれの補助配線は、転送電極に対して蛇行する形状の配線パターンによって、第２の方向について繰り返し構造で形成され、第２の方向について補助配線の幅以上離れて配置されている２つの転送電極を少なくとも含む複数の転送電極に電気的に接続されて、転送電圧を補助的に印加・供給し、それぞれの付加配線は、補助配線に電気的に接続されている少なくとも１つの転送電極と、補助配線に対して電気的に独立な少なくとも１つの転送電極とを含む複数の転送電極に電気的に接続されて、転送電圧を補助的に供給することを特徴とする。
【００１１】
上記した半導体エネルギー検出器においては、高速での電荷転送を実現するための低抵抗配線を、裏打ち配線等によってではなく、転送電極とは別にその表面側に形成された金属または金属シリサイドからなる補助的な配線によって構成する。この配線は補助配線と付加配線とによって構成される。
【００１２】
このうち、補助配線は、例えば転送電極に対して蛇行する形状など、電荷転送の方向について補助配線の幅以上離れた転送電極を含む複数の転送電極に接続することが可能な、転送電極に対して平行でない形状に形成される。それぞれの補助配線には対応する所定の転送電圧が印加されており、これによって、低抵抗の補助配線を介して転送電極に対する転送電圧の補助的な印加・供給が行われる。
【００１３】
このような補助配線の形状とした場合、補助配線の蛇行等の配線パターンによって、一部の転送電極に対して補助配線による転送電圧の印加・供給ができない、などの問題を生じる。これに対して、それぞれの補助配線間の領域に、補助配線とは独立に付加配線を形成する。この付加配線はそれぞれ所定の転送電圧と対応しているが、転送電圧は直接には印加されておらず、補助配線による転送電圧の補助的な印加・供給がされている転送電極と他の転送電極とを接続する構成とすることによって、補助配線及び付加配線がともに接続されている転送電極を介して、補助配線が接続されていない転送電極に対する転送電圧の補助的な供給が行われる。
【００１４】
上記のようにその接続が構成された補助配線及び付加配線による配線パターンを用いることにより、蛇行パターンなどの様々な補助配線の形状とした場合においても、すべての転送電極に対して転送電圧の補助的な印加または供給が可能な構成とすることができる。特に、転送電圧が印加されている補助配線に対して付加配線を併用し、これによって全体への転送電圧の供給を実現する配線とすることによって、配線のパターン・形状等の自由度を大幅に増大させて、目的とする性能やＣＣＤの具体的構成等に応じて、高速・高効率での電荷転送を可能とする様々な配線パターンの適用・実現が可能となる。
【００１５】
また、補助配線及び付加配線の幅が、２次元の画素配列の１画素当たりの幅よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【００１６】
裏面照射型ＣＣＤの場合、表面側に形成される金属等による配線によってエネルギー線の入射に対する開口率が制限を受けないため、配線の幅を必要に応じて転送電極の幅よりも大きくするなどの形状とすることによって、その配線抵抗をさらに低抵抗化することが可能である。この場合、この配線は転送電極に対する裏打ち等によって形成することはできず、例えば転送電極の表面側に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に金属等による配線のパターンを形成して、絶縁膜の所定箇所に設けられた貫通孔状のコンタクトホールによって転送電極と配線の各部とを接続する方法を用いることができる。このとき、例えば補助配線の幅をＣＣＤの各画素の幅よりも大きくした場合、補助配線を転送電極と平行に設置したのでは、その幅によって、転送電圧の補助的な印加・供給を行うことができない転送電極が存在してしまう。
【００１７】
これに対して、本発明による補助配線及び付加配線からなる配線構造を用いることによって、金属等による配線の幅を上記のように画素幅以上に大きくした場合においても、すべての転送電極に対して転送電圧の印加または供給を行って、高速・高効率での電荷転送を実現する半導体エネルギー検出器とすることができる。なお、このように配線の幅を大きくしても、その配置により配線の総面積は従来とほぼ同等に保たれるので、例えば配線の容量はほとんど変わらない。
【００１８】
また、補助配線及び付加配線は、単一層に形成された金属または金属シリサイドからなる配線パターンによって形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記したように、裏面照射型ＣＣＤでは、表面側における金属等による配線に対して開口率による制限がないが、一方、裏面側からエネルギー線を入射するためにその部分の基板の厚さが１０〜３０μｍ程度に薄く形成されており、この薄さに起因する基板のたわみなどから、金属等のパターニングが難しく、特に多層配線構造を形成することは極めて困難である。これに対して、本発明による補助配線及び付加配線からなる配線構造を用いた配線パターンによれば、単一層の配線構造によっても、すべての転送電極に対して転送電圧の補助的な印加または供給が可能な構成とすることができる。
【００２０】
配線パターンの構造としては、例えば、それぞれの補助配線は、第２の方向に対して平行に形成され転送電極との接続部が配置される複数の垂直補助配線と、第１の方向に対して平行に形成され垂直補助配線間を接続する水平補助配線と、を有し、それぞれの付加配線は、第２の方向に対して平行に形成され転送電極との接続部が配置されていることを特徴とすることが好ましい。
【００２１】
また、転送電圧との対応については、例えば、電荷結合素子からなる電荷読み出し部は、ｎ相の転送電圧によって電荷転送が行われるように構成され、補助配線は、ｎ相の転送電圧がそれぞれ印加されたｎ本の補助配線を組として形成されていることを特徴とすることによって、効率的に転送電圧を印加・供給する配線パターンの構成とすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による半導体エネルギー検出器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２３】
まず、裏面照射型の半導体エネルギー検出器の構成等について説明する。図１は、本発明に係る裏面照射型の半導体エネルギー検出器の一実施形態を裏面側からみた底面図である。また、図２は、図１に示した半導体エネルギー検出器のＩ−Ｉ矢印断面図である。なお、図２においては図面上の上方が図１に示されている裏面側、下方がＣＣＤが形成されている表面側である。
【００２４】
本実施形態における半導体エネルギー検出器は、厚さ約３００μｍ、抵抗率１０〜１００Ω・ｃｍ程度で、面方位（１００）のＰ型シリコン基板１上に構成されている。裏面照射型の半導体エネルギー検出器においては、基板の薄形化、及び裏面入射面のポテンシャルスロープ（アキュムレーション層）の形成が必要である。基板の薄形化によって、入射面近傍で光電変換されて生じた電子が、電荷転送のポテンシャル井戸に拡散するまでに再結合によって消滅しないようにし、また、光電変換する基板裏面と電荷転送する基板表面との距離を短くして、隣接画素への拡散を抑制させて解像度の低下を防ぐことができる。一方、裏面入射面のポテンシャルスロープ（アキュムレーション層）の形成によって、入射面近傍で光電変換されて生じた電子が電荷転送のためのポテンシャル井戸へ容易に拡散するようにすることができる。このようなポテンシャルスロープ（アキュムレーション層）の形成は、例えばボロンイオンの注入と、その活性化熱処理によってなされる。
【００２５】
基板１の、受光部に対応する領域を含む裏面側の領域には、厚さ１０〜３０μｍ程度に薄くされた（したがって２７０〜２９０μｍ程度の深さでエッチングされた）薄形部２が、エッチングが行われない領域である基板枠１ｂの内側に形成されている。この薄形部２によって、裏面から受光・撮像を行うことができ、紫外光等への高い感度を有する裏面照射型の半導体エネルギー検出器が構成される。
【００２６】
基板１の裏面側には、図２に示すように保護膜であるシリコン酸化膜３が例えば厚さ０．１μｍ程度に形成され、また、薄形部２に対応した基板部分には、Ｐ+高濃度層４が形成されている。Ｐ+高濃度層４は例えば厚さ０．２μｍ程度で濃度５×１０18／ｃｍ3程度に形成され、光入射面に近い部位で光電変換された電荷を表面側へ拡散させる機能を有している。
【００２７】
一方、表面側にはＣＣＤ５が形成されており、これによって、裏面照射型の半導体エネルギー検出器が構成されている。すなわち、裏面側から入射された光は、Ｐ+高濃度層４からＣＣＤ５までの領域において光電変換され、光電変換によって生じた電荷はＣＣＤ５に向けて拡散して、ＣＣＤのポテンシャル井戸に到達し蓄積されて、検出・撮像が行われる。
【００２８】
このような薄形部２を有する構造は、ＣＣＤのウエハプロセスの途中工程において形成される。まず、シリコン基板１にシリコン窒化膜を堆積し、ホトリソグラフィ工程により所望の形状にパターニングし、それをマスクとしてシリコン基板１をＫＯＨからなるエッチング液で、シリコン窒化膜に覆われたチップ周辺部を厚く残したままエッチングすることにより形成される。
【００２９】
図３は、図１に示した半導体エネルギー検出器を表面側からみた上面図であり、本実施形態においては、ＣＣＤ５としてＦＦＴ型ＣＣＤ（例えば約２０μｍ×２０μｍの画素が２次元的に、水平方向に５１２、１０２４または２０４８列、垂直方向に１２８、２５６または５１２行配置されてなる）が形成されている。ただし、図３においては、ＦＦＴ型ＣＣＤの動作について説明するため、電荷転送のための電極または配線等については従来の転送電極のみを示し、転送電極の表面側に形成される本発明による補助配線及び付加配線の配線については図示していない。
【００３０】
基板１の表面上の受光部１ａには、垂直方向を電荷の転送方向とした垂直転送チャネル６が複数列（例えば幅約２０μｍで、５１２、１０２４または２０４８列）配列されており、これに直交する方向（図中の水平方向）を長手方向として、多結晶シリコンからなる複数の垂直転送電極から構成される垂直転送電極群７が配設されて、垂直シフトレジスタが形成されている。垂直転送電極群７においては、複数相の転送電圧、図３においては２相の転送電圧φV1及びφV2、が印加される転送電極がそれぞれ組となって、受光部１ａにおいて複数行（例えば幅約２０μｍで、１２８、２５６または５１２行）の配列が形成されて、これによって受光部１ａにおけるマトリクス状の２次元の画素配列が構成されるとともに、垂直方向への電荷転送が行われる。
【００３１】
配列されたそれぞれの垂直転送チャネル６は水平転送チャネル８（例えば幅約２５〜１００μｍ）に接続され、これに直交して複数の水平転送電極からなる水平転送電極群９が配設されて、水平シフトレジスタが形成されている。なお、垂直転送電極群７については、ＦＴ型ＣＣＤの場合には上下２つの領域に分割されて、それぞれ受光部（上の領域）及び蓄積部（下の領域）が形成される。
【００３２】
電荷蓄積期間に受光・撮像によってポテンシャル井戸に蓄積された電荷は、垂直転送チャネル６及び垂直転送電極群７を有する垂直シフトレジスタと、水平転送チャネル８及び水平転送電極群９を有する水平シフトレジスタとによって、電荷転送期間に順次転送され、時系列信号となる。転送された電荷は、一定電位のアウトプットゲート５０の下を通過し、リセットゲート５１によって一定の電位に保たれたフローティングダイオード５２のポテンシャル井戸に送り込まれて、フローティングダイオード５２の電位を変化させる。この電位の変化をオンチップのＦＥＴ５３と、外付けの負荷抵抗５４からなるソースフォロワ回路を通して読み出し、出力端子５５より画像出力を得る。その後、フローティングダイオード５２に送り込まれた電荷は、リセットゲート５１の下を通過してリセットドレイン５６より放出される。
【００３３】
なお、表面側の電荷読み出し部の構成については、このようなＦＦＴ型ＣＣＤに限られるものではなく、例えばＦＴ型ＣＣＤなど他の形態のＣＣＤを用いた半導体エネルギー検出器とすることも可能である。
【００３４】
次に、具体的な実施例に基づいて、本発明に係る裏面照射型の半導体エネルギー検出器における電極及び補助的な配線の構成等について説明する。本発明による半導体エネルギー検出器においては、垂直転送電極群７を構成している多結晶シリコンからなる垂直シフトレジスタの転送電極（以下、単に転送電極という）の表面側に、多結晶シリコンよりも低抵抗である金属または金属シリサイド製の補助配線及び付加配線を有する配線パターンが形成されて、これによって転送電圧を補助的に印加・供給する配線を低抵抗化して、高速・高効率での電荷転送を実現する。
【００３５】
なお、以下の各図においては、図中における電荷転送方向等は図３と一致している。したがって、垂直転送電極群７の転送電極の長手方向は図中の水平（横）方向、垂直転送チャネル６の電荷転送方向は図中の垂直（縦）方向である。
【００３６】
図４は、図１〜図３に示したような裏面照射型の半導体エネルギー検出器に適用される本発明による補助配線及び付加配線からなる配線の一実施例を一部拡大して示す上面図である。本実施例においては、電荷読み出し部はＦＦＴ型ＣＣＤであって、その画素配列は、１８μｍ×１８μｍの画素が２次元的に、水平方向に２０４８列、垂直方向に５１２行配列されて構成されており、受光部全体の面積は３６８６４×９２１６μｍ2である。
【００３７】
本実施例におけるＦＦＴ型ＣＣＤは３相の転送電圧φV1、φV2、φV3による３相駆動型に構成され、水平方向を長手方向とする転送電極（図示していない）は、それぞれの画素行（水平方向の１次元の画素配列）に対して、転送電圧φV1、φV2、φV3がそれぞれ印加される３本の転送電極が配置されている。
【００３８】
転送電極の表面側は、その全面に絶縁膜である酸化膜が形成され、この酸化膜の上面に、金属または金属シリサイド製、好ましくはアルミニウム製の補助配線及び付加配線が形成される。特に本実施例においては図４に示すように、これらの補助配線及び付加配線は、薄い基板部分上にも比較的形成が容易な単一層のアルミニウムによる配線パターンから形成されている。また、酸化膜には後述するように所定の部位に、転送電極と配線パターンの各部とを電気的に接続するための接続部である貫通孔状のコンタクトホールが形成されている。
【００３９】
図４に示した実施例におけるアルミニウムの配線パターンは、図中に点線によってその繰り返し構造の境界線（仮想線）をそれぞれ示したように、垂直方向については６４画素をその繰り返し周期とする配線構造によって配線パターンが形成されている。また、水平方向については、１２８画素がその繰り返し周期であるが、その１パターンを２分割したそれぞれの領域、例えば図中の領域Ａ及び領域Ｂ、はその境界線について線対称に形成されており、したがって、図中には水平方向についても６４画素を繰り返し周期としてその境界線を示してある。
【００４０】
本実施例における補助配線は３相の転送電圧φV1、φV2、φV3がそれぞれ印加された３本の補助配線を１組とし、配線パターンの繰り返し構造の各行に対して１組、したがって垂直方向について６４画素分の６４×３本の転送電極に対して１組３本の補助配線が形成されている。このように、例えば３相の転送電圧に対して３本の補助配線を組とし、その繰り返し構造とすることによって、効率的に転送電圧の印加・供給を行うことができる。図４中においては、それぞれ転送電圧φV1、φV2、φV3が印加された、繰り返し構造の図中１行目の１組３本の補助配線１０1〜１０3、２行目の補助配線２０1〜２０3、３行目の補助配線３０1〜３０3が示されている。
【００４１】
これらの補助配線１０1〜１０3、２０1〜２０3、３０1〜３０3は、いずれも受光部１ａの画素配列における４画素分の７２μｍをその幅として形成されている。このように、それぞれの転送電極と幅が略一致する裏打ち電極等によるのではなく、画素の幅よりも大きい幅を有する補助配線を用いることにより、充分に低抵抗化された配線によって転送電圧の補助的な印加・供給を行って、高速・高効率での電荷転送を可能にすることができる。
【００４２】
このように複数画素分をその幅とする補助配線の構成とした場合、それぞれの補助配線が複数の画素領域の上面側を覆ってしまうために、例えば従来のように転送電極と平行に補助配線を配置した場合には、１画素行に対する３本（３相）の転送電極の上面側に１相の転送電圧に対応する補助配線のみが存在する構成となり、したがって、転送電圧の補助的な印加・供給を行うことができない転送電極が存在してしまう。これに対して、本実施例においては、図４に示すように補助配線１０1〜１０3、２０1〜２０3、３０1〜３０3を転送電極に対して蛇行するような形状とし、それらの間の領域に、補助配線とは独立に付加配線、例えば領域Ａにおける付加配線１１1、１１2及び１２2、１２3、を形成して、すべての転送電極に対する転送電圧の補助的な供給を実現している。
【００４３】
図５は、図４に示した配線パターンについて、その繰り返し構造の領域Ａ及びＢについて拡大して示す上面図である。以下特に、繰り返し構造を有する配線の１パターン分に相当する領域Ａの配線構造について説明する。領域Ａにはアルミニウムによる配線として、領域Ａ内を通過するように配置されている補助配線１０1〜１０3、及び領域Ａ内に配置される付加配線１１1、１１2、１２2、１２3が形成されている。
【００４４】
領域Ａは、上述したように、６４行６４列の画素の配列構造に対応している。ここで、図５中での領域Ａの左上の画素を原点とし、ｉ行ｊ列目の画素を符号Ｐi,j（ｉ＝１〜６４、ｊ＝１〜６４）によって表す。また、ｊ列目及びｊ＋１列目の画素Ｐi,j及びＰi,j+1の間の部位を画素間部位Ｃi,jによって表す。また、ｉ行目の画素行（画素Ｐi,1〜Ｐi,64に対応）に対して水平方向を長手方向としてそれぞれ形成されている、３相の転送電圧φV1、φV2、φV3に対応する３本の転送電極をそれぞれ符号７１i、７２i、７３iによって表す。
【００４５】
各補助配線１０1〜１０3、及び付加配線１１1、１１2、１２2、１２3は、それぞれ配線を充分に低抵抗化するようにいずれも４画素分の７２μｍをその幅として形成されている。また、各配線間の距離については、付加配線１１2の左側の領域、及び付加配線１２2の右側の領域がそれぞれ６画素分（１０８μｍ）とされている以外は、すべて各配線の幅と同じ４画素分の７２μｍである。
【００４６】
補助配線１０1〜１０3の領域Ａ内に形成されている部分は、領域Ａの中央部付近において垂直方向に形成されている垂直補助配線１０ａ1〜１０ａ3と、この垂直補助配線１０ａ1〜１０ａ3を領域Ａの左右の領域内にそれぞれ形成されている補助配線１０1〜１０3の他の配線部分へと接続して、補助配線１０1〜１０3を構成するために、垂直補助配線１０ａ1〜１０ａ3の両側に水平方向に形成されている水平補助配線１０ｂ1〜１０ｂ3、１０ｃ1〜１０ｃ3とから構成されている。一方、付加配線１１1、１１2、１２2、１２3は、他の領域内の配線との接続の必要がないため、垂直付加配線のみから構成されている。
【００４７】
なお、付加配線１１1、１１2、及び付加配線１２2、１２3のそれぞれの図中における左右の位置関係については、対応する垂直補助配線との間隔が等しくなるように、付加配線１１2及び１２2がそれぞれ外側に配置されている。
【００４８】
それぞれの配線の接続については、その垂直方向の配線部分、すなわち、垂直補助配線１０ａ1〜１０ａ3、及び付加配線１１1、１１2、１２2、１２3に対して、その幅方向の中心部においてそれぞれ対応する転送電極上の酸化膜に貫通孔であるコンタクトホールが複数形成されており、コンタクトホール内のアルミニウムによってそれぞれの配線と転送電極との電気的な接続が行われる。
【００４９】
すなわち、転送電圧φV1が印加されている垂直補助配線１０ａ1は画素間部位Ｃ1,40〜Ｃ44,40において対応する転送電極７１1〜７１44に、転送電圧φV2が印加されている垂直補助配線１０ａ2は画素間部位Ｃ13,32〜Ｃ52,32において対応する転送電極７２13〜７２52に、転送電圧φV3が印加されている垂直補助配線１０ａ3は画素間部位Ｃ21,24〜Ｃ64,24において対応する転送電極７３21〜７３64に、それぞれ接続される。
【００５０】
また、付加配線１１1は画素間部位Ｃ29,16〜Ｃ64,16において対応する転送電極７１29〜７１64に、付加配線１１2は画素間部位Ｃ29,8〜Ｃ64,8において対応する転送電極７２29〜７２64に、付加配線１２2は画素間部位Ｃ1,56〜Ｃ36,56において対応する転送電極７２1〜７２36に、付加配線１２3は画素間部位Ｃ1,48〜Ｃ36,48において対応する転送電極７３1〜７３36に、それぞれ接続される。
【００５１】
図６に、上記した転送電極及びそれぞれの配線の接続方法を、画素Ｐ1,38〜Ｐ2,59の画素領域（１〜２行、３８〜５９列）について拡大して示す。補助配線１０1の垂直補助配線１０ａ1は転送電圧φV1が印加されており、図示された領域では、画素間部位Ｃ1,40及びＣ2,40において対応する転送電極７１1及び７１2に対してコンタクトホールＣＨが設けられて、このコンタクトホールＣＨ内のアルミニウムによって互いに電気的に接続されている。
【００５２】
また、付加配線１２3は転送電圧φV3を供給するものであり、画素間部位Ｃ1,48及びＣ2,48において対応する転送電極７３1及び７３2に対してコンタクトホールＣＨを介して接続されている。また、付加配線１２2は転送電圧φV2を供給するものであり、画素間部位Ｃ1,56及びＣ2,56において対応する転送電極７２1及び７２2に対してコンタクトホールＣＨを介して接続されている。
【００５３】
なお、領域Ｂの配線構造については、上述したように、その配線パターン及び転送電極への接続関係等に関して領域Ａに対して線対称に形成されている。すなわち、補助配線１０1〜１０3については図５に示したように、線対称な形状によって領域Ａ内の配線部分と接続されて形成されている。また、付加配線については、付加配線１３1及び１３2がそれぞれ付加配線１１1及び１１2に対応して、転送電圧φV1及びφV2の補助的な供給を行うものであり、付加配線１４2及び１４3がそれぞれ付加配線１２2及び１２3に対応して、転送電圧φV2及びφV3の補助的な供給を行うものである。以下、受光面内のその他の領域についても領域Ａ及びＢについて示した構造の繰り返し構造によって、それぞれ配線のパターンが形成される。
【００５４】
補助配線、付加配線、及びそれらと転送電極との接続による転送電圧の印加・供給等について、上記した領域Ａにおける構成に基づいて説明する。
【００５５】
本発明による半導体エネルギー検出器における金属等の補助的な配線では、転送電圧を補助的に印加・供給する補助配線を、例えば垂直補助配線と水平補助配線とからなって蛇行パターンを形成する形状とし、それらの間の領域に補助配線とは直接は接続されない付加配線を形成して、転送電圧の補助的な供給を行って、すべての転送電極に対する転送電圧の補助的な印加または供給を実現している。
【００５６】
すなわち、３相の転送電圧のうちφV1については、補助配線１０1の垂直補助配線１０ａ1が画素配列１〜４４行目の対応する転送電極にそれぞれ接続され、付加配線１１1が２９〜６４行目の対応する転送電極にそれぞれ接続されている。この構成において、１〜４４行目の転送電極については、補助配線１０1から転送電圧が印加・供給される。一方、２９〜４４行目の転送電極については、補助配線１０1及び付加配線１１1がともに接続されており、補助配線１０1からの転送電圧がこれらの２９〜４４行目の転送電極を介して付加配線１１1に供給される。これによって、補助配線１０1から転送電圧が印加・供給されていない４５〜６４行目の転送電極についても、付加配線１１1を介して転送電圧が供給される。
【００５７】
同様に、φV2については、補助配線１０2の垂直補助配線１０ａ2が１３〜５２行目の対応する転送電極にそれぞれ接続され、付加配線１１2が２９〜６４行目の対応する転送電極にそれぞれ接続され、付加配線１２2が１〜３６行目の対応する転送電極にそれぞれ接続されている。この構成において、１３〜５２行目の転送電極については、補助配線１０2から転送電圧が印加・供給される。さらに、補助配線１０2から転送電圧が印加・供給されていない５３〜６４行目の転送電極についても、付加配線１１2を介して転送電圧が供給され、また、補助配線１０2から転送電圧が印加・供給されていない１〜１２行目の転送電極についても、付加配線１２2を介して転送電圧が供給される。
【００５８】
また、φV3については、補助配線１０3の垂直補助配線１０ａ3が２１〜６４行目の対応する転送電極にそれぞれ接続され、付加配線１２3が１〜３６行目の対応する転送電極にそれぞれ接続されている。この構成において、２１〜６４行目の転送電極については、補助配線１０3から転送電圧が印加・供給される。さらに、補助配線１０3から転送電圧が印加・供給されていない１〜２０行目の転送電極についても、付加配線１２3を介して転送電圧が供給される。
【００５９】
以上のように、図４〜図６に示した実施例による補助配線及び付加配線からなる配線パターンによって、すべての転送電極に対する対応する相の転送電圧の補助的な印加または供給が実現されている。この補助的な印加または供給は、多結晶シリコン製の転送電極とは別に形成された金属または金属シリサイド製の補助配線及び付加配線によって行われるので、これによって、解像度を高めるために画素を小さくした場合や、受光面を大面積化した場合においても、各相の駆動クロックを高速かつ波形の歪みを抑制した状態で伝達することができ、高速かつ高効率での電荷転送が可能となる。例えば、上記した配線パターンでは、従来の転送電極に対するアルミニウムの裏打ち配線を用いた場合に比べて、約１００倍程度その抵抗が低減される。
【００６０】
なお、製造工程上から見ても、上記の配線パターンのようにその配線の幅を太くすることによって、必要とされる配線のパターニング精度が低減されるので、これによって製造工程を簡素化するとともに製造の歩留まりを向上させることができる。
【００６１】
本発明による半導体エネルギー検出器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、ＣＣＤの駆動の相数については、３相駆動以外の単相、２相、または４相などの駆動方法に対しても同様に本発明の配線パターンを適用することができる。なお、このような３相以外での駆動においても、ｎ相の転送電圧に対して、ｎ相の転送電圧がそれぞれ印加されたｎ本の補助配線を組とし、その繰り返し構造を用いることによって、効率的に転送電圧を印加・供給することができる。
【００６２】
また、補助配線及び付加配線の形状についても、様々な形状が可能である。
【００６３】
また、上記した実施例においては、すべての転送電極に対して転送電圧の補助的な印加または供給が行われているが、必要とされる電荷転送速度及び効率が確保される範囲において、一部の転送電極に対して転送電圧の補助的な印加または供給が行われない構成としても良い。例えば、上記した実施例では３相駆動の転送電圧に対して３本の補助配線を組として用いているが、３相駆動に対して２本の補助配線を組とした構造などによっても、電荷転送速度を高めた構成とすることが可能である。
【００６４】
また、補助配線及び付加配線の配線の材質については、例えばＣｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の他の金属、またはＴｉＳｉ2、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＮｂＳｉ2等の金属シリサイドを用いても良い。
【００６５】
【発明の効果】
本発明による半導体エネルギー検出器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、転送電極における転送電圧の伝達を補助する金属等による配線を、転送電圧の印加・供給を行う補助配線と、転送電圧の供給を行う付加配線とを有する配線のパターンとすることによって、配線の幅を画素幅よりも大きく形成された配線パターンや、単一の金属等の層によって形成された配線パターンなど、様々な形状・構成を有する配線と、すべての転送電極への転送電圧の印加・供給とを両立させた配線構成が実現可能となる。
【００６６】
このような配線構成は、表面側の開口率による制限がない裏面照射型ＣＣＤにおいて非常に有効であり、電子線、Ｘ線、紫外光などに対しても高い感度を有すると同時に、高速読み出しが可能な半導体エネルギー検出器が実現される。さらに、この高速読み出しを保持したままでの画素の微細化やチップの大面積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】裏面照射型の半導体エネルギー検出器の一実施形態を裏面側からみた底面図である。
【図２】図１に示した半導体エネルギー検出器のＩ−Ｉ矢印断面図である。
【図３】図１に示した半導体エネルギー検出器を表面側からみた上面図である。
【図４】裏面照射型の半導体エネルギー検出器に適用される補助配線及び付加配線からなる配線パターンの一実施例を示す平面図である。
【図５】図４に示した配線パターンの拡大平面図である。
【図６】図５に示した配線パターンについて一部を拡大して配線及び電極の接続方法について示す平面図である。
【符号の説明】
１…Ｐ型シリコン基板、１ａ…受光部、１ｂ…基板枠、２…薄形部、３…シリコン酸化膜、４…Ｐ+高濃度層、５…ＣＣＤ、６…垂直転送チャネル、７…垂直転送電極群、８…水平転送チャネル、９…水平転送電極群、
１０1〜１０3、２０1〜２０3、３０1〜３０3…補助配線、１０ａ1〜１０ａ3…垂直補助配線、１０ｂ1〜１０ｂ3、１０ｃ1〜１０ｃ3…水平補助配線、１１1、１１2、１２2、１２3、１３1、１３2、１４2、１４3…付加配線、７１i、７２i、７３i…転送電極、Ｐi,j…画素、Ｃi,j…画素間部位、ＣＨ…コンタクトホール、
５０…アウトプットゲート、５１…リセットゲート、５２…フローティングダイオード、５３…ＦＥＴ、５４…負荷抵抗、５５…出力端子、５６…リセットドレイン。
【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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