(57)【要約】【課題】画素を微細化した場合にも、高速転送と高歩留りを実現することができるシャント配線構造を用いた固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基板１には、複数の受光部１１が行列状に形成され、複数の受光部１１の行間にＹ方向に延伸形成された垂直電荷転送部１３と、半導体基板１上において、複数の受光部１１の列間にＸ方向に延伸形成された複数の第１転送電極３ａと、垂直電荷転送部１３上において、複数の第１転送電極３ａの各間に形成された複数の第２転送電極３ｂと、第１転送電極３ａ上においてＸ方向に延伸形成された第１シャント配線７と、第２転送電極３ｂ上にＸ方向に延伸形成された第２シャント配線５とを備える。第２シャント配線５は、Ｙ方向に隣接する受光部１１間において、第１転送電極３ａのＹ方向の側方に対し、絶縁膜４を介して形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に行列状に形成された複数の受光部と、
前記半導体基板の前記複数の受光部の行間に列方向に延びて形成された垂直電荷転送部と、
前記垂直電荷転送部の上であって、前記複数の受光部の列間の側方に形成された複数の第１転送電極と、
前記垂直電荷転送部の上であって、前記複数の第１転送電極の間にそれぞれ形成された複数の第２転送電極と、
前記第１転送電極の上に行方向に延びるように、前記第１転送電極と接続して形成された第１シャント配線と、
前記第２転送電極の上に行方向に延びるように、前記第２転送電極と接続して形成された第２シャント配線とを備え、
前記第２シャント配線は、列方向に隣接する前記受光部の間においては、前記第１転送電極の列方向の側方に対し、絶縁膜を介して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】
前記第２シャント配線は、前記第２転送電極の行方向の側方にも形成されている
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】
前記第２シャント配線は、前記第１転送電極の列方向の側方の両側に対し、絶縁膜を介して形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１転送電極は、前記複数の受光部の列間を行方向に延びるように、一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか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、固体撮像装置に関し、特に、受光部から読み出した信号電荷を転送する垂直電荷転送部を備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像装置に代表される固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の撮像素子として広く利用されており、その需要は益々増加している。また、近年、テレビのハイビジョン化の進行に伴う、撮像装置におけるハイビジョン動画対応の要求から、固体撮像装置においては、転送周波数の高周波数化（転送速度の高速化）が求められている。
【０００３】
転送周波数の高周波数化、即ち、高速転送を可能にする技術として、電極と平行してシャント配線を形成する技術が知られている（特許文献１を参照）。
特許文献１に開示されている固体撮像装置について、図１３を参照して説明する。
図１３に示すように、この固体撮像装置では、水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）に複数の受光部９０１（図１３では、一つの受光部９０１のみを図示）が配置され、受光部９０１間に、垂直方向（Ｖ方向）に延びる転送チャネル９０２が配置されている。転送チャネル９０２上に第１転送電極９０３ａが配置され、受光部９０１間を通って水平方向に連結されている。また、転送チャネル９０２上に第１転送電極９０３ａと同一の層で第２転送電極９０３ｂが配置されている。
【０００４】
第１転送電極９０３ａ上には、水平方向に延在し転送電極の本数に相当するシャント配線９０４ａ、９０４ｂが設けられている。シャント配線９０４ａ、９０４ｂは、第１転送電極９０３ａおよび第２転送電極９０３ｂよりも低い抵抗をもつ。シャント配線９０４ａ、９０４ｂはそれぞれ、各転送チャネル９０２上の第１転送電極９０３ａおよび第２転送電極９０３ｂに、接続部９０５を介して接続されている。
【０００５】
２μｍ角程度の画素を構成する場合、受光部９０１間を通る部分の第１転送電極９０３ａの幅Ｗ１は、０．４５μｍ程度である。シャント配線９０４ａ、９０４ｂの本数は、１つの受光部９０１に対して配置された転送電極の数に相当し、本例では２本となる。２本の低抵抗のシャント配線９０４ａ、９０４ｂの幅Ｗ２は、例えば０．１２μｍであり、２本のシャント配線９０４ａ、９０４ｂの間隔Ｗ３は、例えば０．１６μｍである。
【０００６】
２本の低抵抗なシャント配線により、電極への転送パルスの配線遅延が低減され、転送周波数の高周波数化、即ち、高速転送が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４１３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献に開示の技術を適用した場合、シャント配線９０４ａ、９０４ｂの幅Ｗ２が約０．１２μｍ程度と微細であるため、さらに画素を微細化するにあたって、シャント配線が細線化するため、配線抵抗が増大してしまう。例えば、１．２μｍ程度に微細化した場合に、第１転送電極９０３ａの幅は０．３μｍ程度に縮小する。このとき、シャント配線９０４ａ、９０４ｂの幅Ｗ２は例えば０．０７μｍであり、２本のシャント配線９０４ａ、９０４ｂの間隔Ｗ３は、例えば０．０８μｍである。これにより、シャント配線の抵抗は約２倍に増大してしまい、転送周波数が十分に高周波数化できない課題が発生する。
【０００９】
また、微細化することで、加工精度の要求が厳しくなり、歩留まり低下を引き起こすという課題が発生する。
本発明は、上記課題を解決し、画素を微細化した場合にも、高速転送と高歩留りを実現することができるシャント配線構造を用いた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板に行列状に形成された複数の受光部と、半導体基板における複数の受光部の行間に列方向に延びて形成された垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部の上であって、複数の受光部の列間の側方に形成された複数の第１転送電極と、垂直電荷転送部の上であって、複数の第１転送電極の間にそれぞれ形成された複数の第２転送電極と、第１転送電極の上に行方向に延びるように、第１転送電極と接続して形成された第１シャント配線と、第２転送電極の上に行方向に延びるように、第２転送電極と接続して形成された第２シャント配線とを備える。
【００１１】
そして、本発明に係る固体撮像装置では、上記において、第２シャント配線が、列方向に隣接する受光部の間においては、第１転送電極の列方向の側方に対して、絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置では、第２シャント配線が、列方向に隣接する受光部の間においては、第１転送電極の列方向の側方に形成されているので、画素が微細化されても、容易に十分なシャント配線幅を確保できる。このため、本発明に係る固体撮像装置では、高速転送の実現と配線加工の歩留まり低下の抑制が可能となる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、第２シャント配線が、列方向に隣接する受光部の間においては、第１転送電極の列方向の側方に形成されているので、第２転送電極の上にだけ第２シャント配線を形成する従来技術に比べ、画素の微細化によっても、加工精度の観点からの歩留まりの低下を抑えることができる。
【００１３】
従って、本発明に係る固体撮像装置では、画素を微細化した場合にも、高速転送と高歩留りを実現することができる。
ここで、本発明に係る固体撮像装置では、例えば、次のようなバリエーション構成を採用することもできる。
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成に加え、第２シャント配線が、第２転送電極の行方向の側方にも形成されている、という構成を採用することもできる。このような構成とすれば、画素の微細化に対しても、さらに配線抵抗の低減を図ることが可能となり、固体撮像装置における信号電荷の更なる高速転送を実現することができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置では、上記構成に加え、第２シャント配線が、第１転送電極の列方向の側方の両側に対し、絶縁膜を介して形成されている、という構成を採用することもできる。このような構成とすれば、画素の微細化に対しても、さらに配線抵抗の低減を図ることが可能となり、固体撮像装置における信号電荷の更なる高速転送を実現することができる。
【００１５】
また、本発明に係る固体撮像装置では、上記構成において、第１転送電極が、複数の受光部の列間を行方向に延びるように、一体に形成されている、という構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す模式平面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す固体撮像装置におけるＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における一工程での構成を示す模式平面図である。
【図４】（ａ）は、図３に示す一工程でのＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における一工程での構成を示す模式平面図である。
【図６】（ａ）は、図５に示す一工程でのＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における一工程での構成を示す模式平面図である。
【図８】（ａ）は、図７に示す一工程でのＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における一工程での構成を示す模式平面図である。
【図１０】（ａ）は、図９に示す一工程でのＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における一工程での構成を示す模式平面図である。
【図１２】（ａ）は、図１１に示す一工程でのＹ１−Ｙ１断面の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、Ｙ２−Ｙ２断面の構成を示す模式断面図であり、（ｃ）は、Ｘ−Ｘ断面の構成を示す模式断面図である。
【図１３】従来技術に係る固体撮像装置の構成の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．構成
本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成について、図１および図２を参照しながら説明する。本実施の形態における固体撮像装置は、シャント配線構造を有するＣＣＤ型固体撮像装置である。画素サイズは１．２μｍである。
図１は、本実施の形態における固体撮像装置の一部分を拡大して示す平面図、図２（ａ）はそのＹ１−Ｙ１断面図、図２（ｂ）はＹ２−Ｙ２断面図、図２（ｃ）はＸ−Ｘ断面図である。
【００１８】
図１〜図２（ｃ）に示すように、固体撮像装置においては、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部が形成されている（図１では、そのうちの一つを抜き出して図示）。また、受光部１１から信号電荷を読み出し、それを垂直方向（図１に矢印で示す垂直転送方向）に転送するために、転送チャネル１２を含む垂直電荷転送部１３が設けられている。垂直電荷転送部１３は、図１に示すように複数個が、受光部１１の垂直方向の列毎に設けられている。
【００１９】
また、転送電極３ａ，３ｂにパルスを印加するために、第１シャント配線７及び第２シャント配線５が形成されている。図１〜図２（ｃ）には図示されていないが、垂直電荷転送部１３によって転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部も設けられている。
複数の受光部１１は、マトリクス状に配置されている。また、図２（ａ）に示すように、受光部１１は半導体基板１に設けられている。図１に示す受光部１１は、開口部１４を通した部分が示されている。
【００２０】
本実施の形態では、半導体基板１はｎ型のシリコン基板である。転送チャネル１２は、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１の表層側に形成されたｎ型の拡散層である。受光部１１や転送チャネル１２は、半導体基板１に形成されたｐ型のウェル内に形成されているものである。
また、転送チャネル１２上において、当該転送チャネル１２を横切るようにして、第１転送電極３ａ及び第２転送電極３ｂが設けられている。第１、第２転送電極３ａ、３ｂは、半導体基板１の表層側の界面を覆う絶縁膜２の上に形成されている。また、垂直電荷転送部１３の各々において、第１転送電極３ａと第２転送電極３ｂとは、垂直転送方向に沿って交互に配置されている。第１、第２転送電極３ａ、３ｂの膜厚は、例えば０．１５μｍである。
【００２１】
更に、第１転送電極３ａは、隣接する垂直電荷転送部１３に設けられている別の第１転送電極３ａと水平方向（図１のＸ方向）に連結されており、一つの配線を構成している。第１転送電極３ａ同士を接続する部分の配線は、受光部１１と重ならないように、垂直転送方向において隣接する受光部１１の間を通るように形成されており、幅は例えば０．３μｍである。
【００２２】
ただし、水平方向に隣接する第１の転送電極３ａ同士は、第１シャント配線７によっても接続されているので、第１の転送電極３ａの接続部分の配線は、必ずしも必要ではない。例えば、第１シャント配線の下地となり、且つ、第２シャント配線を形成するための側壁を備えた絶縁性の構造体でも構わない（図２（ａ）の符号３ａで示す部分）。
図１に示すように、第２転送電極３ｂは、それぞれが水平方向（Ｘ方向）に分離された状態で配置されている。
【００２３】
なお、第１、第２転送電極３ａ、３ｂの側面及び上面には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜４が形成されている（図２（ａ）、（ｂ）を参照）。絶縁膜４の厚さは、例えば０．０５μｍである。
本実施の形態における固体撮像装置は、第１シャント配線７と第２シャント配線５との２種類のシャント配線を備えている。
【００２４】
図１および図２（ａ）などに示すように、第２シャント配線５は、受光部１１毎に、受光部１１周辺の第１転送電極３ａ及び第２転送電極３ｂの側壁にサイドウォール状に形成されており、水平方向（Ｘ方向）に沿って格子状に配置され、第１転送電極３ａの側方を通過して接続されている。シャント配線５の厚みは０．１μｍであり、サイドウォールの高さは０．１５μｍであるので、サイドウォール形状を鑑みると、実質的な配線幅は約０．１μｍとなる、第２シャント配線５は上述のように、格子状に形成されていることから、実効的な配線幅は約０．２μｍとなる。
【００２５】
第２シャント配線５は、そのサイドウォール部と第２転送電極３ｂ上の配線部との接続部とが水平方向に０．０５μｍオーバーラップするように形成されており、垂直方向に０．４μｍの接続部があるため、実効的な配線幅は０．２μｍとなる。このため、第２シャント配線５は、サイドウォール部と合わせて、第２シャント配線５の実効的な最小配線幅は０．２μｍとなる。
【００２６】
第１シャント配線７は第１転送電極３ａ上に幅０．２μｍで配置されている
図１に示すように、第２シャント配線５は、第２転送電極３ｂに、コンタクトプラグ１６ｂを介して電気的に接続されている。第１シャント配線７は、第１転送電極３ａに、コンタクトプラグ１６ａを介して電気的に接続されている。各コンタクトプラグ１６ａ，１６ｂのコンタクト径は例えば０．２μｍである。
【００２７】
このように、本実施の形態における固体撮像装置は、第２シャント配線５および第１シャント配線７の配線幅を、従来例の０．０７μｍに対して３倍程度にでき、従来例に比べて配線抵抗を１／３以下に抑えることができる。本実施の形態における固体撮像装置は、シャント配線５の低抵抗化により、転送周波数の高周波数化（転送速度の高速化）が可能となる点で、従来例の固体撮像装置よりも優れている。
【００２８】
また、従来例と異なり、シャント配線間の分離がサイドウォール形成により自己整合的に形成されるため、シャント配線間ショート不良の発生を抑制できるため、高歩留まりを実現することができる。
２．製造方法
次に、実施の形態１における固体撮像装置の製造方法について、図３〜図１２（ｃ）を用いて説明する。図３〜図１２（ｃ）は、図１〜図２（ｃ）に示した実施の形態における固体撮像装置の製造方法を示す図である。図３，５，７，９，１１の各々は平面図、図４，６，８，１０，１２の各々における（ａ）はそのＹ１−Ｙ１断面図、図４，６，８，１０，１２の各々における（ｂ）はＹ２−Ｙ２断面図、図４，６，８，１０，１２の各々における（ｃ）はＸ−Ｘ断面図である。
【００２９】
先ず、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、半導体基板１の表面に熱酸化法によってシリコン酸化膜からなる絶縁膜２が形成される。このときの絶縁膜２の厚みは、２０ｎｍ〜４０ｎｍに設定される。
続いて、半導体基板１に対して種々のレジストパターンの形成とイオン注入とが行われる。これにより、受光部１１、転送チャネル１２が形成される。
【００３０】
次いで、ポリシリコン膜等の導電膜が成膜され、これに対してフォトリソグラフィー法を用いたエッチングが行われて、図３および図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、転送電極３ａ、３ｂが形成される。また、熱酸化法によって、転送電極３ａ、３ｂの上面及び側面を覆うシリコン酸化膜からなる絶縁膜４も形成される。
本実施の形態では、絶縁膜２、４の形成は、熱酸化法によって行われているが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁膜２、４は、ＣＶＤ法等による成膜によって形成されても良い。
【００３１】
次に、図５および図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１転送電極３ａ及び第２転送電極３ｂ上にコンタクトプラグ１６ａ、１６ｂが形成され、転送電極３ａ、３ｂを含む半導体基板１の上面全体を被覆する導電膜１７が成膜される。具体的には、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を利用して、タングステン等の遮光性金属薄膜が成膜される。この導電膜１７（遮光性金属薄膜）の厚みは、例えば０．１μｍに設定される。また、導電膜１７は、コンタクトプラグ１６ａ、１６ｂによって、第１転送電極３ａ及び第２転送電極３ｂと電気的に接続された状態にある。
【００３２】
次に、図７および図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法を用いてレジスト膜をパターニングしてレジストパターン１８を形成し、これをマスクに導電膜１７をエッチングして、第１シャント配線７及び第２シャント配線５が形成される。
ここで、図８（ａ）に示すように、第２シャント配線５は第１転送電極３ａの側壁にサイドウォール状に形成されるため、第１シャント配線７と自己整合的に分離され、配線間ショートを発生させることがなく、かつ、水平方向に接続することできる。このとき、分離が十分でき、かつできるだけサイドウォールの上面が低下しないようにエッチング条件をコントロールすることで、配線抵抗の低減と配線加工の歩留まりの両立を図ることが可能となる。
【００３３】
具体的には、図７および図８（ａ）に示すように、第１シャント配線７を形成するためのマスクは、第１転送電極３ａを縮小した形状のマスクパターンとすることで、第１シャント配線７と第２シャント配線５を分離することができ、かつ、第２シャント配線５となるサイドウォール状の導電膜を残すことができる。
そして、図７および図８（ｃ）に示すように、第２シャント配線５を形成するためのマスクは、水平方向（Ｘ方向）において第２転送電極３ｂよりも突出した形状とする。これにより、図１および図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、サイドウォール状の第２シャント配線５と確実に接続することができる。
【００３４】
図７および図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した工程の後、図９および図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、シャント配線５、７、転送電極３ａ、３ｂを含む半導体基板１の上面全体を被覆するように、シリコン酸化膜からなる絶縁膜６が成膜される。更に、転送電極３ａ、３ｂを含む半導体基板１の上面全体を被覆する遮光性金属膜１９が成膜される。遮光性金属膜１９の厚みは、例えば６０ｎｍ〜１２０ｎｍに設定される。材料としては、タングステンやアルミニウムなどが用いられる。
【００３５】
次に、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングを遮光性金属膜１９行うことで、図１１および図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような遮光膜２０が形成される。
この後、更に必要に応じて、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous silicate Glass）膜といった絶縁膜や、レンズ素子等が形成される（図示せず）。
以上のように、図３〜図１２（ｃ）に示した工程を実施することにより、図１および図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した構成部分を備える固体撮像装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の固体撮像装置は、微細画素ＣＣＤでの高速撮影を可能とするものであり、コンパクトデジタルスチルカメラや、デジタルビデオカメラに有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１．半導体基板
２．絶縁膜
３ａ．第１転送電極
３ｂ．第２転送電極
４．絶縁膜
５．第２シャント配線
６．絶縁膜
７．第１シャント配線
１１．受光部
１２．転送チャネル
１３．垂直電荷転送部
１４．開口部
１６ａ，１６ｂ．コンタクトプラグ
１７．導電膜
１８．レジストパターン
１９．遮光性金属膜
２０．遮光膜
【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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【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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