(57)【要約】      （修正有）【課題】静電破壊に対する耐性の強い固体撮像装置を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体基板５１と、半導体基板の表面近傍に形成された第２導電型のウエルと、ウエル内に形成された入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の第１導電型の電荷蓄積領域と、複数の電荷蓄積領域の列に沿って形成され、電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤとを含む受光領域と、前記垂直ＣＣＤから転送された前記信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤと、水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成された周辺回路と、半導体基板上５１に、受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、第１導電型の半導体基板と電気的に接続されたシールド層９０と、シールド層９０上方に配置され、導電材料で形成された支持体５５と、支持体上に載置された透明部材５７とを有する固体撮像装置。【選択図】図２
2007027318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の表面近傍に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、
前記ウエル内に形成された受光領域であって、行列状に形成され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、複数の前記電荷蓄積領域の列に沿って形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤとを含む受光領域と、
前記ウエル内に形成され、前記垂直ＣＣＤの端部に結合され、前記垂直ＣＣＤから転送された前記信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤと、
前記ウエル内の、前記受光領域及び水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成された周辺回路と、
前記周辺回路の一部の上方を含み、前記半導体基板上に、前記受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、前記第１導電型の半導体基板と電気的に接続されたシールド層と、
前記シールド層上方に配置され、導電材料で形成された支持体と、
前記支持体上に載置された透明部材と
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記シールド層がアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とした銅もしくはシリコンとの合金で形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
更に、前記受光領域の各電荷蓄積領域上方に開口部を備える遮光膜を含む請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光膜がタングステンで形成されている請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記シールド層が前記遮光膜と同一金属層から形成されている請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記行列状に配置された電荷蓄積領域が、第１の正方行列状に配列された第１の電荷蓄積領域と、前記第１の正方行列状に配列された第１の電荷蓄積領域の格子間位置に、第２の正方行列状に配列された第２の電荷蓄積領域とを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１導電型がｎ型である請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
光を照射する光源と、
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面近傍に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、前記ウエル内に形成された受光領域であって、行列状に形成され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、複数の前記電荷蓄積領域の列に沿って形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤとを含む受光領域と、前記ウエル内に形成され、前記垂直ＣＣＤの端部に結合され、前記垂直ＣＣＤから転送された前記信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤと、前記ウエル内の、前記受光領域及び水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成された周辺回路と、前記周辺回路の一部の上方を含み、前記半導体基板上に、前記受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、前記第１導電型の半導体基板と電気的に接続されたシールド層と、前記シールド層上方に配置され、導電材料で形成された支持体と、前記支持体上に載置された透明部材とを有する固体撮像装置と、
前記光源及び前記固体撮像装置を内部に備える伝送管と
を有する内視鏡。
【請求項９】
前記シールド層がアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とした銅もしくはシリコンとの合金で形成されている請求項８に記載の内視鏡。
【請求項１０】
更に、前記受光領域の各電荷蓄積領域上方に開口部を備える遮光膜を含む請求項８または９に記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記遮光膜がタングステンで形成されている請求項１０に記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記シールド層が前記遮光膜と同一金属層で形成されている請求項１０または１１に記載の内視鏡。
【請求項１３】
前記行列状に配置された電荷蓄積領域が、第１の正方行列状に配列された第１の電荷蓄積領域と、前記第１の正方行列状に配列された第１の電荷蓄積領域の格子間位置に、第２の正方行列状に配列された第２の電荷蓄積領域とを含む請求項８〜１２のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１４】
前記第１導電型がｎ型である請求項８〜１３のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１５】
前記光源が、赤外線領域の光をカットされた白色光を出射する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１６】
更に、前記伝送管の内部に備えられ、気体または液体を噴き出す噴き出し装置を含む請求項８〜１５のいずれか１項に記載の内視鏡。
【請求項１７】
更に、前記伝送管は開口部を備え、前記伝送管の内部に備えられ、前記開口部を介して出し入れ可能であり、対象物を挟むことのできる操作装置を含む請求項８〜１６のいずれか１項に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置を用いた内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
保護ガラスで受光領域が保護された固体撮像装置（半導体チップ）について、種々の構造及び製造方法が知られている。（たとえば、特許文献１参照。）
図７（Ａ）〜（Ｇ）は、ウエハレベルＣＳＰ(chip size package)法による固体撮像装置の製造方法を示す概略的な断面図である。
【０００３】
図７（Ａ）を参照する。保護ガラス５７とシリコン基板５５ａを、たとえば紫外線硬化型の接着剤５６で貼着する。なお、シリコン基板５５ａを用いて、次工程でスペーサが形成される。
【０００４】
図７（Ｂ）を参照する。フォトリソグラフィを用いてスペーサとなる部分にレジストパタンを形成した後、シリコン基板５５ａをエッチングし、スペーサ５５を形成する。
【０００５】
図７（Ｃ）を参照する。素子間領域を除くスペーサ５５間領域にレジスト５８を充填し、保護ガラス５７を所定の深さまでエッチングする。
【０００６】
図７（Ｄ）を参照する。保護ガラス５７のエッチングにより、素子間溝部６０を形成する。スペーサ５５の下面に、たとえば熱硬化性の接着剤５４を形成する。図７（Ａ）〜（Ｄ）に示したプロセスによって、封止用カバーガラスを得る。
【０００７】
図７（Ｅ）を参照する。次に、固体撮像素子基板を形成する。
【０００８】
まず、シリコン基板５１の表面に、個々の半導体チップに分離するための分離線に相当する領域に、エッチングなどの方法により切断溝６９を形成する。続いて通常のシリコンプロセスを用いて、固体撮像素子６８を形成する。更に、表面に配線層を形成し、外部接続のために金属材料でパッド５９を形成する。
【０００９】
図７（Ｆ）を参照する。位置合わせを行って、固体撮像素子基板上に封止用カバーガラスを載置した後、加熱して接着剤５４によって両者を一体化させる。なお、この工程は、真空中、または窒素ガス、不活性ガス雰囲気中が望ましく、あるいは窒素ガス、不活性ガスに若干の空気が混入している雰囲気中にて実行する。
【００１０】
図７（Ｇ）を参照する。保護ガラス５７に化学機械的研磨(chemical mechanical polishing ;CMP)を施し、素子間溝部６０に至るまで、保護ガラス５７の上面側を除去する。更に、シリコン基板５１の裏面側からも同様にＣＭＰを行い、切断溝６９の位置まで研磨することにより、個々の半導体チップに分離する。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−６８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、静電破壊に対する耐性の強い固体撮像装置を提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、静電破壊に対する耐性の強い内視鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一観点によれば、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面近傍に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、前記ウエル内に形成された受光領域であって、行列状に形成され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、複数の前記電荷蓄積領域の列に沿って形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤとを含む受光領域と、前記ウエル内に形成され、前記垂直ＣＣＤの端部に結合され、前記垂直ＣＣＤから転送された前記信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤと、前記ウエル内の、前記受光領域及び水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成された周辺回路と、前記周辺回路の一部の上方を含み、前記半導体基板上に、前記受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、前記第１導電型の半導体基板と電気的に接続されたシールド層と、前記シールド層上方に配置され、導電材料で形成された支持体と、前記支持体上に載置された透明部材とを有する固体撮像装置が提供される。
【００１５】
この固体撮像装置は、たとえば透明部材に発生した静電気によって、支持体下面と半導体基板との間に強い電界が発生した場合でも、入出力保護回路や配線部等のデバイスの破壊を防止することのできる、静電破壊に対する耐性の強い高品質の固体撮像装置である。
【００１６】
また、本発明の他の観点によれば、光を照射する光源と、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面近傍に形成された、前記第１導電型とは逆導電型の第２導電型のウエルと、前記ウエル内に形成された受光領域であって、行列状に形成され、入射光の光量に応じて生成された信号電荷を蓄積する複数の前記第１導電型の電荷蓄積領域と、複数の前記電荷蓄積領域の列に沿って形成され、前記電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷が読み出され、読み出された前記信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤとを含む受光領域と、前記ウエル内に形成され、前記垂直ＣＣＤの端部に結合され、前記垂直ＣＣＤから転送された前記信号電荷を行方向に転送する水平ＣＣＤと、前記ウエル内の、前記受光領域及び水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成された周辺回路と、前記周辺回路の一部の上方を含み、前記半導体基板上に、前記受光領域を取り囲むように導電材料で形成され、前記第１導電型の半導体基板と電気的に接続されたシールド層と、前記シールド層上方に配置され、導電材料で形成された支持体と、前記支持体上に載置された透明部材とを有する固体撮像装置と、前記光源及び前記固体撮像装置を内部に備える伝送管とを有する内視鏡が提供される。
【００１７】
この内視鏡は、入出力保護回路や配線部等のデバイスの破壊を防止することのできる、上述の固体撮像装置を含む高品質の内視鏡である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静電破壊に対する耐性の強い固体撮像装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、静電破壊に対する耐性の強い内視鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１（Ａ）は、保護ガラスで受光領域が保護された固体撮像装置の形成された半導体チップ５０の一例を示す概略的な平面図である。また、  図１（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線、及び１Ｃ−１Ｃ線に沿った断面図である。
【００２１】
半導体チップ５０は、シリコン基板５１、シリコン基板５１に形成された半導体デバイス５２、半導体デバイス５２上に形成されたスペーサ（支持部）５５、スペーサ５５上に接着された保護ガラス５７、及び、シリコン基板５１の周辺部に形成された複数のパッド５９を含む。
【００２２】
半導体デバイス５２は、固体撮像素子とその周辺回路（たとえば外部よりのサージ電圧に対して内部回路を保護するための回路である入出力保護回路、及び外周配線部等の配線部）を含む。なお、本明細書においては、説明の便宜上、シリコン基板５１の表面近傍に形成された部分を特に半導体デバイス５２ということとする。
【００２３】
半導体デバイス５２上には、絶縁膜を介して、たとえばＳｉ等の導体により、スペーサ５５が形成されている。スペーサ５５は、平面視において、固体撮像素子の受光領域６１の周囲を取り囲むように形成される。
【００２４】
スペーサ５５上には、透光性部材、たとえば保護ガラス５７が載置される。保護ガラス５７は、たとえば固体撮像素子を損なう水分や力学的要因から、当該素子を保護する。また、半導体チップ５０は、シリコンウエハに多数の半導体デバイス５２を形成し、半導体デバイス５２ごとに分離することで製造されるが、保護ガラス５７によって、この製造過程中、主にダイシング工程以降の工程で生じる塵埃が受光領域６１に付着することを防止することができる。
【００２５】
複数のパッド５９は、半導体チップ５０と、駆動回路、配線等が形成されている回路基板との電気的な接続のために用いる外部接続端子である。
【００２６】
図１（Ｂ）を参照する。半導体デバイス５２は、シリコン基板５１にイオン注入等を行うことにより作製される。半導体デバイス５２上には、たとえば厚さ２μｍのパシベーション膜５３が形成される。パシベーション膜５３上には、たとえば厚さ１００μｍのスペーサ５５が、エポキシ樹脂系の接着剤５４を用いて接着される。接着剤５４の厚さは、たとえば２μｍである。
【００２７】
スペーサ５５上に、たとえば厚さ２５０μｍの保護ガラス５７が、紫外線硬化性の接着剤５６を用いて接着される。
【００２８】
図１（Ｃ）を参照する。前述のように、パッド５９は、半導体チップ５０と外部配線基板との電気的な接続（ワイアボンディング）に用いられる。パッド５９は、ワイアボンディングの際に、ボンダのキャピラリが、保護ガラス５７と接触しない位置に形成される。これは、両者が接触すると、保護ガラス５７が破損する可能性があるためである。したがって、パッド５９は、保護ガラス５７の端部と一定距離以上離して形成される。
【００２９】
半導体チップ５０の小型化の要求を満たすために、本願発明者も種々の提案（たとえば特願２００４−１８３８６８号の［特許請求の範囲］及び［明細書］の［発明を実施するための最良の形態］の［００４１］〜［００７９］参照。）を行っている。たとえば内視鏡の伝送管を細くするため、幅２ｍｍ、画素数１７万の固体撮像装置を作製した。しかし小型化を実現した結果、スペーサ５５が、周辺回路（入出力保護回路等、または外周配線部等の配線部）の一部の上方に形成される場合が生じるようになった。そして出入力保護回路や配線部の回路動作が正常でなくなる現象が見られるようになった。
【００３０】
本願発明者が考察するに、出入力保護回路や配線部は、半導体デバイス５２の表面（最上面）からたとえば１〜５μｍ下に位置する。また、スペーサ５５下面からそれらまでの距離は、たとえば２〜１０μｍと近接している。
【００３１】
固体撮像素子の受光領域６１をスペーサ５５上に載置した保護ガラス５７で覆う構造の半導体チップ５０を製造する際には、図７（Ａ）〜（Ｇ）を参照して説明したように、まず、スペーサ５５と保護ガラス５７とを接着し、その後、スペーサ５５を介して、保護ガラス５７を半導体デバイス５２に接着することが多い。これらはシリコンウエハ上で行われ、半導体チップ５０は、半導体デバイス５２ごとにダイシングすることで製造される。
【００３２】
スペーサ５５と保護ガラス５７との接着工程、保護ガラス５７の接着されたスペーサ５５と半導体デバイス５２との接着工程、及びダイシング工程等においては、保護ガラス５７の表面に静電気が発生する場合がある。
【００３３】
保護ガラス５７の表面に静電気が発生すると、保護ガラス５７の下面には、それとは反対の極性の電荷が生じる。保護ガラス５７の下面と半導体デバイス５２との間には、導体で形成されたスペーサ５５が存在するため、スペーサ５５下面から出入力保護回路や配線部までの、たとえば距離にして２〜１０μｍの狭い領域に、静電気に起因する強い電界が発生する。この強い電界によって、出入力保護回路や配線部が静電破壊し、回路動作が正常でなくなる場合が生じるのだろう、と本願発明者は考えた。
【００３４】
なお、広範に使用されているセラミックパッケージにおいては、回路動作の不具合は発生しにくい。これは、セラミックパッケージにおいては、パッケージ上面の保護ガラス下面から半導体デバイスの出入力保護回路及び配線部まで、数百μｍの距離があるため、固体撮像素子の受光領域をスペーサ上に載置した保護ガラスで覆う構造の半導体チップよりも、２桁程度弱い電界しか、静電気に起因して発生しないことが原因であろう。
【００３５】
以上のような考察をもとに、本願発明者は、新規な構造の固体撮像装置、及び内視鏡を案出した。
【００３６】
図２は、実施例による固体撮像装置の概略的な断面図である。
【００３７】
シリコン基板５１に半導体デバイス５２が形成される。半導体デバイス５２は、固体撮像素子とその周辺回路（たとえば入出力保護回路、及び外周配線部等の配線部）を含む。
【００３８】
半導体デバイス５２上方には、アルミニウム等の導体（たとえばアルミニウム、またはアルミニウムを主成分としたアルミニウムと銅、もしくはシリコンとの合金）で形成されたシールド層９０を介して、たとえばＳｉにより、スペーサ５５が配置される。スペーサ５５は、平面視において（保護ガラス５７の位置から半導体デバイス５２を見たとき）、固体撮像素子の受光領域の周囲を取り囲むように配置される。したがって、スペーサ５５の下方に形成されるシールド層９０もまた、受光領域の周囲を取り囲むように形成される。
【００３９】
スペーサ５５上には、透光性部材、たとえば保護ガラス５７が載置される。外部配線基板との電気的な接続のために用いられるパッド５９が、シリコン基板５１上に形成される。
【００４０】
なお、半導体デバイス５２上とシールド層９０との間、及び、シールド層９０とスペーサ５５との間には、絶縁層が形成されている。
【００４１】
シールド層９０は、ｎ型のシリコン基板５１と電気的に接続されており、低抵抗でシリコン基板５１の下面と導通している。したがって、シールド層９０とシリコン基板５１（の下面）とはほぼ同電位である。
【００４２】
また、シリコン基板５１の下面は、外部装置と電気的に接続されている。
【００４３】
図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、シリコン基板の主機能部分について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、図３（Ｃ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略を示す断面図である。
図３（Ａ）を参照する。ＣＣＤ型固体撮像素子は、たとえば正方行列状に配置された複数の感光領域６２、複数の感光領域６２の列に沿って形成された複数の垂直転送チャネル（垂直ＣＣＤ）６４、受光領域（画素配列領域）６１外で各垂直転送チャネル６４の端部に電気的に結合された水平転送チャネル（水平ＣＣＤ）６６、及び水平転送チャネル６６の端部に結合された電荷検出部６７を含んで構成される。なお、受光領域６１は感光領域６２及び垂直転送チャネル６４を含んで構成される。
【００４４】
感光領域６２は、感光素子、たとえばフォトダイオード及びトランスファーゲートを含んで構成される。フォトダイオードは、入射した光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する。蓄積された信号電荷は、トランスファーゲートから垂直転送チャネル６４に読み出され、垂直転送チャネル６４内を、全体として水平転送チャネル６６に向かう方向（垂直方向、列方向）に転送される。垂直転送チャネル６４の端部まで転送された信号電荷は、水平転送チャネル６６内に転送される。
【００４５】
水平転送チャネル６６に転送された信号電荷は、水平転送チャネル６６内を、全体として垂直方向と交差する方向、たとえば水平方向（垂直方向と直交する方向、行方向）に転送された後、電荷検出部６７に転送される。電荷検出部６７においては、水平転送チャネル６６から転送された信号電荷を基に、電荷−電圧変換、及び信号の増幅が行われる。増幅された画像信号は、外部に取り出される。
【００４６】
なお、感光領域６２の配列は、図３（Ａ）に示したような行方向及び列方向にそれぞれ一定ピッチで配列される正方配列、長方形配列の他、行方向及び列方向に１つおきにたとえば１／２ピッチずつ位置をずらして配列される画素ずらし配列(pixel interleaved array; PIA)がある。
【００４７】
図３（Ｂ）は、画素ずらし配列されたＣＣＤ型固体撮像素子の概略的な平面図である。画素ずらし配列とは、第１の正方行列的に配列された感光領域と、その格子間位置に第２の正方行列的に配列された感光領域とからなる感光領域の配列のことをいう。垂直転送チャネル６４は、感光領域６２の間を蛇行するように形成される。この場合も、信号電荷は垂直転送チャネル６４内を全体として水平転送チャネル６６に向かう方向（垂直方向）に転送される。なお、画素ずらし配列における感光領域６２は多くの場合、八角形状である。
【００４８】
図３（Ｃ）に、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略的な断面を示す。たとえばｎ型のシリコン基板５１に形成されたｐ型のウエル層８２に、ｎ型の不純物添加領域で構成される電荷蓄積領域７１、及びその隣にｐ型のトランスファーゲート７２を介して、複数の電荷蓄積領域７１に近接したｎ型領域の垂直転送チャネル６４が形成されている。フォトダイオードは、ｎ型の電荷蓄積領域７１、及びその下方のｐ型ウエル層８２を含んで構成される。
【００４９】
トランスファーゲート７２及び垂直転送チャネル６４上方には絶縁膜７４を介して、垂直転送電極７５が形成されている。隣り合う電荷蓄積領域７１間にはｐ型のチャネルストップ領域７６が形成されている。
【００５０】
チャネルストップ領域７６は、電荷蓄積領域７１、垂直転送チャネル６４等の電気的な分離を行うための領域である。絶縁膜７４は、たとえばシリコン基板５１表面上に形成された、酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層構造（ＯＮＯ膜）である。垂直転送電極７５は、たとえばポリシリコンで形成される第１層垂直転送電極及び第２層垂直転送電極を含む。これらはアモルファスシリコンで形成することも可能である。垂直転送電極７５は、垂直転送チャネル６４及びトランスファーゲート７２のポテンシャルを制御することによって、電荷蓄積領域７１に蓄積された電荷を垂直転送チャネル６４に読み出し、読み出された電荷を垂直転送チャネル６４の列方向に転送する。
【００５１】
垂直転送電極７５上には、たとえばポリシリコンの熱酸化により得られる絶縁性の酸化シリコン膜７７が形成されている。
【００５２】
垂直転送電極７５上方には、絶縁性の酸化シリコン膜７７、基板全面上にＣＶＤ等で形成された酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を介して、たとえばタングステン（Ｗ）により遮光膜７９が形成されている。遮光膜７９には、電荷蓄積領域７１の上方に開口部７９ａが形成されている。遮光膜７９は、受光領域６１に入射する光が電荷蓄積領域７１以外の領域に入射するのを防止する。遮光膜７９上には、窒化シリコン膜７８が形成されている。
【００５３】
遮光膜７９上方には、たとえばＢＰＳＧ(boro-phospho silicateglass)でつくられた平坦化層８３ａが形成され、その平坦な表面上に、たとえば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカラーフィルタ層８４が形成される。その上を平坦化するために、更に平坦化層８３ｂが形成される。平坦な表面を有する平坦化層８３ｂ上には、たとえばマイクロレンズ用のフォトレジストパタンを溶融、固化してマイクロレンズ８５が形成される。マイクロレンズ８５は、各電荷蓄積領域７１の上方に、たとえば微小な半球状の凸レンズが配列されたものである。マイクロレンズ８５は入射光を電荷蓄積領域７１に集光する。１つのマイクロレンズ８５で集束される光は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかの色のカラーフィルタ層８４を通して１つの電荷蓄積領域７１（フォトダイオード）に入射する。したがって、複数のフォトダイオードは、それぞれ上方に形成された赤（Ｒ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオード、緑（Ｇ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオード、青（Ｂ）のカラーフィルタ層８４を透過した光が入射するフォトダイオードの３種類のフォトダイオードを含む。
【００５４】
入射光量に応じて電荷蓄積領域７１に蓄積された信号電荷は、トランスファーゲート７２上方の垂直転送電極７５に印加される駆動信号（読み出し電圧）により垂直転送チャネル６４に読み出され、垂直転送電極７５へ印加される駆動信号（転送電圧）により、垂直転送チャネル６４内を転送される。
【００５５】
図４（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、シリコン基板の周辺部分（シールド層９０下方の出入力保護回路等）及びスペーサ５５について説明する。
【００５６】
図４（Ａ）を参照する。本図においては、シリコン基板において周辺回路が形成される領域を点線で囲み、斜線を付して示した。
【００５７】
たとえば入出力保護回路は広範囲にわたって形成されており、その一部のみがスペーサの下方に存在する場合もある。
【００５８】
外部配線基板との接続のために用いられる複数のパッド５９は、ＶＳＳが電源電圧端子（グラウンド端子）、ＯＳが出力電圧端子、ＯＤが電源電圧端子、ＲＳがリセットパルス電圧端子、Ｈ１及びＨ２が水平転送電極駆動信号端子、ＰＷがプロテクタ・ウエル電圧端子、そしてＶ１〜Ｖ４が垂直転送電極駆動信号端子である。
【００５９】
このうちＶＳＳ、ＯＤ、ＰＷについては保護回路がなく、Ｖ１〜Ｖ４は、保護回路を介してＰＷに接続されている。また、Ｈ１、Ｈ２、及びＲＳは、保護回路を介してＶＳＳに接続されている。
【００６０】
図４（Ｂ）は、保護回路の等価回路を示す。パッド５９は、保護抵抗９５を介して固体撮像素子と接続されており、固体撮像素子に至る以前において、メタルゲートトランジスタ９６及びダイオード９７の並列接続回路を介して、ＶＳＳまたはＰＷのパッド５９と電気的に接続されている。
【００６１】
図示の保護回路によって、たとえばパッド５９からマイナスのサージ電圧が入力された場合は、ダイオード９７がオンして、サージ電圧はＶＳＳまたはＰＷに吸収され、固体撮像素子内の回路は保護される。また、プラスのサージ電圧が入力された場合は、メタルゲートフィールドトランジスタ９６がオンして、電圧はＶＳＳまたはＰＷに吸収され、固体撮像素子内の回路は保護される。
【００６２】
図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示す保護回路の実現態様の一つを示す。ｎ型のシリコン基板５１表面に、ＳｉＯ２層（素子分離領域）９１が形成される。また、シリコン基板５１表面近傍には、ＳｉＯ２層９１下方に縁の画定されたｐ型のウエル層８２が形成される。ｐ型のウエル層８２中には、ＳｉＯ２層９１の一方の側に高濃度ｐ型不純物層３０が形成され、高濃度ｐ型不純物層３０及びＳｉＯ２層９１上に、ドレイン・ゲート電極３３が形成される。
【００６３】
シリコン基板５１の表面近傍であって、ＳｉＯ２層９１に関して高濃度ｐ型不純物層３０と反対側に高濃度ｐ型不純物層３１が形成される。また、シリコン基板５１の表面近傍には、高濃度ｎ型不純物層３２が形成される。高濃度ｐ型不純物層３１と高濃度ｎ型不純物層３２とは共通結線され、パッド５９と接続されている。
【００６４】
高濃度ｎ型不純物層３２、ｎ型シリコン基板５１、ｐ型ウエル８２を含んで、ダイオード９７が構成される。また、高濃度ｐ型不純物層３１をソース、高濃度ｐ型不純物層３０、ｐ型ウエル８２をドレイン、ＳｉＯ２層９１下方のｎ型領域をチャネル、ＳｉＯ２層９１上の電極をゲートとしてメタルゲートフィールドトランジスタ９６が構成される。
【００６５】
図４（Ｄ）を参照する。本図は、図４（Ａ）におけるＨ１のパッド５９近傍の保護回路の一例を示したものである。保護回路は、たとえば図４（Ｂ）に示した保護抵抗９５及びメタルゲートフィールドトランジスタ９６を含んで構成される。シールド層、及びスペーサは、たとえばこの保護回路のメタルゲートフィールドトランジスタ９６上方に形成され、これを静電破壊から保護する。
【００６６】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、シールド層９０の近傍を示す概略的な断面図である。図５（Ａ）は、ゲート電極を構成する多結晶シリコン層が現れている部分についての断面図、図５（Ｂ）は、ゲート電極のかわりにソース／ドレインのＡｌ電極が現れている部分についての断面図である。
【００６７】
図５（Ａ）を参照する。ｎ型のシリコン基板５１の表面近傍に形成されたｐ型のウエル層８２には半導体デバイスの周辺回路、たとえば図４（Ｂ）〜（Ｄ）を用いて説明した出入力保護回路が形成される。周辺回路は、ｐ型のウエル層８２内に、固体撮像素子の受光領域及び水平ＣＣＤの周辺領域の一部に形成される。
【００６８】
ウエル層８２表面には、絶縁層であるＳｉＯ２層（素子分離領域）９１が形成され、ＳｉＯ２層９１によって画定された活性領域には、ソース／ドレイン電極を構成するＡｌ層９２、またはゲート電極を構成する多結晶シリコン層９３が形成される。Ａｌ層９２がウエル層８２と電気的に接続され、ウエルコンタクトが形成される。
【００６９】
Ａｌ層９２の上方に、たとえばＡｌによりシールド層９０が形成される。シールド層９０は、ウエル層８２が形成されない位置のｎ型のシリコン基板５１と電気的に接続している（基板コンタクト９４）。パシベーション膜５３ａはゲート電極の絶縁のために用いられ、パシベーション膜５３ｂは、Ａｌ層９２の絶縁のために用いられる。
【００７０】
シールド層９０上にはパシベーション膜５３ｃが形成され、この上方にスペーサが形成される。
【００７１】
図５（Ｂ）を参照する。図５（Ａ）に示した構造と同様に、シールド層９０が、ｎ型のシリコン基板５１と導通している。
【００７２】
このような構造を採用することによって、スペーサと保護ガラスとの接着工程、スペーサと半導体デバイスとの接着工程、及びダイシング工程等において、保護ガラスの表面に静電気が発生し、スペーサの下面に高電圧が生じた場合であっても、その電圧はデバイスではなく、シリコン基板に電気的に接続されているシールド層に印加され、シールド層９０からシリコン基板５１を経由して半導体チップの外部に逃がすことができる。このため、半導体デバイス（出入力保護回路や配線部等）を静電破壊から保護することができる。したがって、半導体チップの小型化に有利な「保護ガラスを受光領域にのみ配置する方式」であっても、静電気耐性の高い、高品質の固体撮像装置を実現することができる。
【００７３】
なお、シールド層９０は、図２（Ｃ）に示した遮光膜７９と同一金属層で形成することもできる。
【００７４】
上述の固体撮像装置を用いて、小型化が可能な、高品質の内視鏡を実現することができる。
【００７５】
図６（Ａ）は、上部消化管精査用光学拡大電子スコープ（内視鏡）の先端部の概略を示す平面図であり、図６（Ｂ）は、当該スコープの先端部及び先端部付近のチューブを示す斜視図であり、図６（Ｃ）及び（Ｄ）は当該スコープの観察光学系を説明するための概略図である。
【００７６】
図６（Ａ）を参照する。上部消化管精査用光学拡大電子スコープの先端部は、たとえば６．０ｍｍ径以下のほぼ円形状に形成され、光源１１、観察光学系１２、ノズル１３及び鉗子口１４を含んで構成される。図に光源１１と示してあるのは、発光源、導光体（ファイバ）、出射口を含む光源の出射口である。また、電子スコープは、たとえば胃カメラとして使用される。
【００７７】
光源１１は、２箇所に形成され、たとえば赤外線領域の光をカットした白色光を出射し、生体内部、たとえば人間の胃壁に光を照射する。観察光学系１２は、実施例による固体撮像装置と同様の固体撮像装置を含んで構成され、光源１１から出射され、胃壁で反射された光を主に受けて像を形成し、観察者に送信する。観察光学系１２については、後に詳述する。ノズル１３は、気体または液体、たとえば患部観察を容易にするための洗浄液や染色液を噴き出す噴き出し口である。鉗子口１４は、鉗子の出し入れ口である。鉗子口１４は、たとえば２．８ｍｍ径である。
【００７８】
図６（Ｂ）を参照する。鉗子口１４からは鉗子１４ａが出し入れされる。鉗子１４ａは、先端部が鋏の刃部と類似の開閉動作を行い、対象物をはさむことが可能である。鉗子１４ａを操作することによって、詳細に患部の観察を行ったり、患部の細胞を採取したり、患部の切除を行ったりすることができる。
【００７９】
光源１１（の出射口）、観察光学系１２、ノズル１３及び鉗子口１４（鉗子１４ａ）は、チューブ１５の内部、たとえば先端部付近に備えられる。チューブ１５をたとえば鼻から体内に導入し、先端部を患部付近に到達させる。口からでなく、鼻から導入した場合、被験者と会話を交わしながら検査を行うことが可能である。鼻から導入するスコープは、口から導入するスコープよりも径が小さい。
【００８０】
チューブ１５の先端部付近を屈曲可能に作製することで、観察光学系１２等をより患部に接近させたり、スコープの操作性を向上させることができる。なお、チューブ１５の全長は、たとえば１４００ｍｍである。チューブ１５には、観察光学系１２等が設けられている側とは反対側の端部に操作装置が備わっており、光源１１、観察光学系１２、ノズル１３、及び鉗子１４ａの操作を行うことが可能である。また、観察光学系１２からの画像データはチューブ１５の内部を伝って送信される。チューブ１５は、機械的、電気的な伝送管である。
【００８１】
図６（Ｃ）を参照して、観察光学系１２について説明する。観察光学系１２は、対物レンズ２１、プリズム２２、半導体チップ５０及び配線基板２６を含んで構成される。光源１１から出射され、たとえば胃壁で反射された光２０が、対物レンズ２１に入射し、固体撮像装置の上方に設置された光路変更装置であるプリズム２２で進行方向をほぼ直角方向に変化させられて、半導体チップ５０に入射する。
【００８２】
半導体チップ５０には、実施例による固体撮像装置及びパッド５９が形成されている。駆動回路等、配線が形成されている配線基板２６のパッド２４と、半導体チップ５０のパッド５９とはワイアボンディングされている。配線基板２６からは、リード２５が、チューブ１５の内部を、チューブ１５の延在方向に沿ってのびている。半導体チップ５０及び配線基板２６は、支持板２７上に支持されている。
【００８３】
図６（Ｄ）を参照する。対物レンズ２１に入射し、プリズム２２で進行方向を変えられた光２０は半導体チップ５０の固体撮像装置の受光領域６１にある複数の光電変換素子に入射し、信号電荷を発生、蓄積する。信号電荷は固体撮像素子内部を転送された後、画像データとして出力される。画像データは、リード２５によって外部に取り出される。
【００８４】
半導体チップ５０は、たとえば矩形状の主面（光電変換素子の形成されている面）がチューブ１５の断面と垂直となり、かつ主面の長さ方向がチューブ１５の延在方向と平行になるように配置される。このように配置することで、スコープを小型化することができる。なお、プリズム２２を用いて入射光の進行方向を変えるのも、半導体チップ５０の主面をチューブ１５の断面と垂直に配置し、スコープの小型化を図るためである。
【００８５】
なお、半導体チップ５０は上辺側（受光領域６１側）が対物レンズ２１に近くなるように配置される。したがって、対物レンズ２１に入射し、プリズム２２で反射される前の光は、受光領域６１から、水平転送チャネル、パッド５９に向かう方向（受光領域６１の垂直転送チャネルを、信号電荷が全体として転送される方向）に進行する。
【００８６】
図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す内視鏡は、実施例による固体撮像装置を用いているため、小型化が可能な、静電気耐性の高い、高品質の内視鏡である。
【００８７】
なお、図６（Ａ）〜（Ｄ）には医療用の内視鏡を示したが、工業用の内視鏡においても小型化が可能な、静電気耐性の高い、高品質の内視鏡を実現することができる。
【００８８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
小型化の要請の強い用途に用いられる固体撮像装置や内視鏡に、殊に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】（Ａ）は、保護ガラスで受光領域が保護された固体撮像装置の形成された半導体チップ５０の一例を示す概略的な平面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線、及び１Ｃ−１Ｃ線に沿った断面図である。保護ガラスで受光領域が保護された固体撮像装置の形成された半導体チップ５０の一例を示す概略的な平面図である。
【図２】実施例による固体撮像装置の概略的な断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図であり、（Ｃ）は、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光領域の一部の概略を示す断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、シリコン基板の周辺部分（シールド層９０下方の出入力保護回路等）及びスペーサ５５について説明するための図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、シールド層９０の近傍を示す概略的な断面図である。
【図６】（Ａ）は、上部消化管精査用光学拡大電子スコープ（内視鏡）の先端部の概略を示す平面図であり、（Ｂ）は、当該スコープの先端部及び先端部付近のチューブを示す斜視図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は当該スコープの観察光学系を説明するための概略図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｇ）は、ウエハレベルＣＳＰ法による固体撮像装置の製造方法を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１１  光源
１２  観察光学系
１３  ノズル
１４  鉗子口
１４ａ  鉗子
１５  チューブ
２０  光
２１  対物レンズ
２２  プリズム
２４  パッド
２５  リード
２６  配線基板
２７  支持板
３０、３１  高濃度ｐ型不純物層
３２  高濃度ｎ型不純物層
３３  ドレイン・ゲート電極
５０  半導体チップ
５１  シリコン基板
５２  半導体デバイス
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  パシベーション膜
５４  接着剤
５５  スペーサ
５５ａ  シリコン基板
５６  接着剤
５７  保護ガラス
５８  レジスト
５９  パッド
６０  素子間溝部
６１  受光領域
６２  感光領域
６４  垂直転送チャネル
６６  水平転送チャネル
６７  電荷検出部
６８  固体撮像素子
６９  切断溝
７１  電荷蓄積領域
７２  トランスファーゲート
７４  絶縁膜
７５  垂直転送電極
７６  チャネルストップ領域
７７  酸化シリコン膜
７８  窒化シリコン膜
７９  遮光膜
７９ａ  開口部
８２  ウエル層
８３ａ、８３ｂ  平坦化層
８４  カラーフィルタ層
８５マイクロレンズ
９０  シールド層
９１  ＳｉＯ２層
９２  Ａｌ層
９３  多結晶シリコン層
９４  基板コンタクト
９５  保護抵抗
９６  メタルゲートフィールドトランジスタ
９７  ダイオード
【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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