JP2010074081A - Solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
【課題】転送電極への電位印加によりチャネルストップ部が変調を受けること起因する混色の発生を抑制する。
【解決手段】複数の受光部2と、受光部間に同一方向に規則的に配列された転送チャネルと、転送チャネル上に配置された複数の第1転送電極6Aと、第1転送電極と同一の層に形成され、第1転送電極と対になり転送チャネル上の電荷を転送する機能、および対応する受光部に蓄積された電荷を転送チャネルに読み出す機能を有する複数の第2転送電極6Bとを備える。第1及び第2転送電極の全てが、隣接する第1または第2転送電極と分離されて形成されている。第1及び第2転送電極の上部には、層間絶縁膜を介して、それぞれ駆動パルスを印加する複数の第1及び第2配線11A、11Bが設けられ、第1転送電極と第1配線、及び第2転送電極と第2配線とはコンタクト領域12A、12Bを介して電気的に接続されている。
【選択図】図1An object of the present invention is to suppress color mixing caused by modulation of a channel stop portion by applying a potential to a transfer electrode.
A plurality of light receiving portions, a transfer channel regularly arranged in the same direction between the light receiving portions, a plurality of first transfer electrodes disposed on the transfer channel, and the same as the first transfer electrodes. A plurality of second transfer electrodes 6B having a function of transferring charge on the transfer channel paired with the first transfer electrode and a function of reading the charge accumulated in the corresponding light receiving portion to the transfer channel. Is provided. All of the first and second transfer electrodes are formed separately from the adjacent first or second transfer electrodes. A plurality of first and second wirings 11A and 11B for applying a driving pulse are provided on the first and second transfer electrodes via an interlayer insulating film, respectively, and the first transfer electrode, the first wiring, The second transfer electrode and the second wiring are electrically connected through contact regions 12A and 12B.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特にCCD(Charge Coupled Device)型固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device.
CCD型固体撮像装置には、大画角化や画素の微細化、高速駆動化が求められている。CCD型固体撮像装置では、受光部において光から変換された信号電荷を読み出し、出力部へ転送するため、転送チャネル上に配置された転送電極に転送パルスとして電位を周期的に印加する必要がある。 CCD type solid-state imaging devices are required to have a large angle of view, finer pixels, and higher speed driving. In the CCD type solid-state imaging device, in order to read out the signal charge converted from light in the light receiving unit and transfer it to the output unit, it is necessary to periodically apply a potential as a transfer pulse to a transfer electrode arranged on the transfer channel. .
転送電極の配置としては、隣接する転送電極の一部を重ね合わせて配置した多層構造を有するものと、隣接する転送電極を重ね合わせずに配置した単層構造を有するものがある。近年は固体撮像素子の微細化に伴い、一つの画素サイズが1.7μm以下と微細化されてきており、画素周辺部の高さを低減し、入射光のけられを少なくするために、単層構造のものが一般的になっている。 As the arrangement of the transfer electrodes, there are one having a multilayer structure in which a part of adjacent transfer electrodes are arranged to be overlapped and one having a single layer structure in which adjacent transfer electrodes are arranged without being overlapped. In recent years, with the miniaturization of solid-state imaging devices, one pixel size has been miniaturized to 1.7 μm or less, and in order to reduce the height of the peripheral portion of the pixel and reduce the scatter of incident light. Layered ones are common.
一画素あたりの転送電極の数としては、かつては3個以上が主であった。しかし最近は、一画素あたり2個の転送電極、すなわち、転送電極と読み出し電極を兼ねる転送電極とをそれぞれ1個ずつ設けた形態が一般的である。これは、画素の微細化に伴い転送電極も微細化が要求され、一画素当たりの転送電極の面積を大きくして、一つの転送電極の当たりに蓄積できる電荷の量を確保する必要があるためである。 In the past, the number of transfer electrodes per pixel was mainly 3 or more. However, recently, a configuration in which two transfer electrodes per pixel, that is, one transfer electrode serving as both a transfer electrode and a readout electrode is provided. This is because with the miniaturization of pixels, the transfer electrodes are also required to be miniaturized, and it is necessary to increase the area of the transfer electrodes per pixel to ensure the amount of charge that can be accumulated per one transfer electrode. It is.
CCD型固体撮像装置では、信号電荷の読み出しや転送を行うために、転送電極の一列ごとに規則的に駆動パルスを印加する必要がある。そこで例えば、転送電極を一方向に連結して形成する。連結して形成された転送電極下の半導体基板内には、イオン注入等の方法を用いてポテンシャル障壁を形成しておくのが一般的である。このポテンシャル障壁は、ある受光部に発生し蓄積された電荷が、隣接する画素の受光部へ漏れることを防ぐ役割を果たす。以後、この連結して形成された転送電極下に形成されるポテンシャル障壁を「チャネルストップ」と呼ぶ。 In a CCD type solid-state imaging device, in order to read and transfer signal charges, it is necessary to regularly apply a driving pulse to each row of transfer electrodes. Therefore, for example, the transfer electrodes are formed by being connected in one direction. In general, a potential barrier is formed in a semiconductor substrate under a transfer electrode formed by connection using a method such as ion implantation. This potential barrier serves to prevent the charge generated and accumulated in a certain light receiving portion from leaking to the light receiving portions of adjacent pixels. Hereinafter, the potential barrier formed under the transfer electrode formed in this manner is referred to as “channel stop”.
しかし、転送電極に駆動パルスを印加したとき、これにより生じる電界が層間絶縁膜を介してチャネルストップを変調させ、受光部に蓄積された電荷が隣接する受光部に漏れてしまう、あるいは、チャネルストップが変調され障壁が下げられている際に、チャネルストップの領域において光電変換された電荷が拡散し隣画素に漏れてしまう、いわゆる混色を引き起こす恐れがある。 However, when a drive pulse is applied to the transfer electrode, the electric field generated thereby modulates the channel stop via the interlayer insulating film, and the charge accumulated in the light receiving part leaks to the adjacent light receiving part, or the channel stop Is modulated and the barrier is lowered, there is a risk of causing so-called color mixing in which the photoelectrically converted charges diffuse in the channel stop region and leak to the adjacent pixels.
転送電極から発生する電界による、チャネルストップの変調を抑制する方法の一つとして、読み出し電極を兼ねる転送電極を、隣接する他の転送電極や読み出し兼用転送電極と分離して形成する技術が知られている。(例えば、特許文献1を参照)。 As one method for suppressing channel stop modulation due to an electric field generated from a transfer electrode, a technique is known in which a transfer electrode also serving as a readout electrode is formed separately from other adjacent transfer electrodes or readout / transfer electrodes. ing. (For example, see Patent Document 1).
図10に、特許文献1に記載された転送電極の構造を示す。この転送電極の構造を形成する方法ではまず、第1転送電極31Aを従来と同様に一方向に連結して形成する。次に、受光部32で蓄積された電荷を読み出すための、読み出し電極を兼ねる第2転送電極31Bを、隣接する他の第1転送電極31Aや第2転送電極31Bと分離して、浮島状に形成する。続いて、第2転送電極31Bに駆動パルスを印加できるようにするため、配線33を第1転送電極31Aの上に形成し、配線33と第2転送電極31Bとをコンタクト34を介して接続する。
FIG. 10 shows the structure of the transfer electrode described in Patent Document 1. In this method of forming the transfer electrode structure, first, the
この方法の長所は、読み出し電極を兼ねる第2転送電極31Bに駆動パルスを印加するための配線33と基板界面との間に、第1転送電極31Aの層が存在するため、受光部32に蓄積された電荷を読み出す時の比較的大きな駆動パルスがチャネルストップに及ぼす影響を小さくすることができ、混色の発生を低減できることである。
固体撮像素子には今後、1000万画素以上の大画素数が要望され、さらに静止画撮影に加えて動画撮影等を可能にする高速駆動も実現することが要求される。したがって、チャネルストップも微細化していく必要がある。しかし、チャネルストップを微細化すればするほど、ポテンシャル障壁の設計や形成が困難となり、混色を抑制することが難しくなっていく。 In the future, a solid-state imaging device is required to have a large number of pixels of 10 million pixels or more, and further, it is required to realize high-speed driving that enables moving image shooting in addition to still image shooting. Therefore, it is necessary to miniaturize the channel stop. However, the finer the channel stop, the more difficult it is to design and form a potential barrier, and it becomes more difficult to suppress color mixing.
また、上述の従来例の方式では、チャネルストップ上に形成される転送電極が転送チャネル上に形成される転送電極と同じ層として形成されるために、チャネルストップ上に形成される転送電極と基板界面との間に存在する層間絶縁膜の膜厚を厚くすることが困難であり、このことから電荷を転送する際に第1転送電極に印加される駆動パルスがチャネルストップを変調させ、混色を発生させる恐れがある。 In the above-described conventional method, since the transfer electrode formed on the channel stop is formed as the same layer as the transfer electrode formed on the transfer channel, the transfer electrode and the substrate formed on the channel stop are formed. It is difficult to increase the thickness of the interlayer insulating film existing between the interface and the drive pulse applied to the first transfer electrode when transferring the charge modulates the channel stop, thereby causing color mixing. There is a risk of generating.
その上、一方が上部の配線からコンタクトを介して供給される駆動パルスであって、もう一方がチャネルストップ上にも形成されている転送電極から供給される駆動パルスである状況では、転送電極の種類によってパルスの立ち上がり、立ち下りが異なる。このため、転送の設計を個別に行う必要が生じ、電荷転送の時間及び転送に必要な電界に関してマージンを持った設計を行うことを困難にさせている。この結果、効率よく電荷の転送を行うためには転送チャネルの幅を広く取る必要が生じ、今後の微細化に対して障害になる。逆に、転送チャネルの幅を広く取れない場合には、転送に必要な電界の確保が困難となり、高速駆動が困難となる。 In addition, in a situation where one is a drive pulse supplied from the upper wiring through a contact and the other is a drive pulse supplied from the transfer electrode formed also on the channel stop, The rise and fall of the pulse differ depending on the type. For this reason, it is necessary to individually design the transfer, making it difficult to design with a margin for the charge transfer time and the electric field required for the transfer. As a result, in order to transfer charges efficiently, it is necessary to increase the width of the transfer channel, which hinders future miniaturization. Conversely, if the transfer channel cannot be wide, it is difficult to secure an electric field necessary for transfer, and high-speed driving becomes difficult.
本発明は、転送電極への電位印加によりチャネルストップ部が変調を受けることに起因する混色の発生を抑制し、感度、スミア、飽和等の性能を維持しつつ、高速駆動を可能とした固体撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention suppresses the occurrence of color mixing due to modulation of the channel stop portion by applying a potential to the transfer electrode, and maintains high performance such as sensitivity, smear, and saturation, and enables solid-state imaging that enables high-speed driving An object is to provide an apparatus.
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、半導体基板に規則的に配列して形成された複数の受光部と、前記半導体基板における前記受光部間に、同一方向に規則的に配列して形成された転送チャネルと、前記転送チャネル上に配置された複数の第1転送電極と、前記転送チャネル上における前記第1転送電極と同一の層に形成され、前記第1転送電極と対になり前記転送チャネル上の電荷を転送する機能、および対応する前記受光部に蓄積された電荷を前記転送チャネルに読み出す読み出し電極としての機能を有する複数の第2転送電極とを備え、前記第1転送電極及び前記第2転送電極の全てが、隣接する前記第1転送電極または前記第2転送電極と分離されて形成されており、前記第1転送電極の上部及び前記第2転送電極の上部には、層間絶縁膜を介して、前記第1転送電極に駆動パルスを印加する複数の第1配線と、前記第2転送電極に駆動パルスを印加する複数の第2配線とが設けられ、前記第1転送電極と前記第1配線とは第1コンタクト領域を介して電気的に接続されており、前記第2転送電極と前記第2配線とは第2コンタクト領域を介して電気的に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a solid-state imaging device according to the present invention is regularly arranged in the same direction between a plurality of light receiving portions formed in a regular arrangement on a semiconductor substrate and the light receiving portions in the semiconductor substrate. Formed in the same layer as the first transfer electrode on the transfer channel, the transfer channel formed on the transfer channel, and a plurality of first transfer electrodes disposed on the transfer channel. A plurality of second transfer electrodes having a function of transferring charge on the transfer channel and a function of a read electrode for reading the charge accumulated in the corresponding light receiving unit to the transfer channel, All of the transfer electrode and the second transfer electrode are formed separately from the adjacent first transfer electrode or the second transfer electrode, and the upper part of the first transfer electrode and the second transfer electrode The portion is provided with a plurality of first wirings for applying a driving pulse to the first transfer electrode and a plurality of second wirings for applying a driving pulse to the second transfer electrode via an interlayer insulating film, The first transfer electrode and the first wiring are electrically connected via a first contact region, and the second transfer electrode and the second wiring are electrically connected via a second contact region. It is characterized by being.
上記構成の固体撮像装置によれば、全ての第1転送電極及び第2転送電極は、隣接する第1転送電極及び第2転送電極との間を分離して形成されているので、連結して形成された転送電極下のチャネルストップ部が変調され障壁が下げられる恐れが解消する。また、第1配線及び第2配線と半導体基板との間には層間絶縁膜が存在するため、転送電極上のようにゲート絶縁膜のみが存在する場合に比べて、配線から発生する電界によるチャネルストップ部への影響を低減し、混色を抑制することができる。 According to the solid-state imaging device having the above configuration, all the first transfer electrodes and the second transfer electrodes are formed by separating the adjacent first transfer electrodes and the second transfer electrodes from each other. The possibility that the channel stop portion under the formed transfer electrode is modulated and the barrier is lowered is eliminated. In addition, since an interlayer insulating film exists between the first wiring and the second wiring and the semiconductor substrate, a channel due to an electric field generated from the wiring is formed as compared with the case where only the gate insulating film exists on the transfer electrode. The influence on the stop portion can be reduced and color mixing can be suppressed.
本発明の固体撮像装置は、上記構成を基本として以下のような態様をとることができる。 The solid-state imaging device of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記複数の第1配線と、前記複数の第2配線とが同一の層内に形成されていることが好ましい。それにより、固体撮像素子表面から受光部までの距離を小さく抑制することができ、固体撮像素子の感度を高めるために有利である。 That is, it is preferable that the plurality of first wirings and the plurality of second wirings are formed in the same layer. Thereby, the distance from the surface of the solid-state imaging device to the light receiving unit can be suppressed to be small, which is advantageous for increasing the sensitivity of the solid-state imaging device.
また、前記第1配線及び前記第2配線の少なくとも一方は、ポリシリコンで形成することができる。前記第1配線及び前記第2配線の両方が、ポリシリコンで形成されていてもよい。 In addition, at least one of the first wiring and the second wiring can be formed of polysilicon. Both the first wiring and the second wiring may be formed of polysilicon.
また、前記第1配線及び前記第2配線の少なくとも一方は、ポリシリコンよりも抵抗率が小さい材料で形成されていることが好ましい。前記第1配線及び前記第2配線の両方が、ポリシリコンよりも抵抗率が小さい材料で形成されていれば、より好ましい。配線の材料としては一般的にポリシリコンが用いられているが、電荷の転送を高速に行うためには、ポリシリコンよりも抵抗率が小さい材料で配線を形成することにより、電圧パルスを転送電極まで高速に伝達し、パルスの遅延や鈍りを防ぐことが効果的である。 In addition, it is preferable that at least one of the first wiring and the second wiring is formed of a material having a resistivity lower than that of polysilicon. It is more preferable that both the first wiring and the second wiring are formed of a material having a resistivity lower than that of polysilicon. Polysilicon is generally used as the wiring material, but in order to transfer charges at high speed, the voltage pulse is transferred to the transfer electrode by forming the wiring with a material having a lower resistivity than polysilicon. It is effective to prevent the delay and dullness of the pulse.
ポリシリコンよりも抵抗率が小さい材料の例としては、タングステン、アルミニウム、銅または金属シリサイドなどが挙げられる。 Examples of a material having a lower resistivity than polysilicon include tungsten, aluminum, copper, or metal silicide.
また、前記第1配線または前記第2配線よりも下層に、層間絶縁膜とは異なる材料からなる反射防止膜が形成されることが好ましい。それにより、配線と基板界面との距離をより大きくすることができる。 Further, it is preferable that an antireflection film made of a material different from the interlayer insulating film is formed below the first wiring or the second wiring. Thereby, the distance between the wiring and the substrate interface can be further increased.
反射防止膜の材料としては、シリコン酸化膜と異なる誘電率を有する材料が挙げられる。この一例として、シリコンプロセスに汎用的に用いられているシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜で膜を形成してもよい。 Examples of the material for the antireflection film include materials having a dielectric constant different from that of the silicon oxide film. As an example of this, the film may be formed of a silicon nitride film or a silicon oxynitride film that is generally used in a silicon process.
また、前記配線は、一方向に隣接する複数の前記第1転送電極または前記第2転送電極に対して共通に接続されるように延在し、前記反射防止膜は、前記配線の長軸と同一の方向に隣接する前記第1転送電極間、及び前記配線の長軸と同一の方向に隣接する前記第2転送電極間に配置することができる。 The wiring extends so as to be commonly connected to the plurality of first transfer electrodes or the second transfer electrodes adjacent to each other in one direction, and the antireflection film includes a long axis of the wiring It can be arranged between the first transfer electrodes adjacent in the same direction and between the second transfer electrodes adjacent in the same direction as the major axis of the wiring.
また、前記反射防止膜は、前記受光部の全面と、前記第1転送電極および前記第2転送電極の少なくとも一方の上部の一部に、前記層間絶縁膜を介して形成され、前記第1転送電極の上部の一部または前記第2転送電極の上部の一部において取り除かれている構成とすることができる。 The antireflection film is formed on the entire surface of the light receiving portion and a part of at least one of the first transfer electrode and the second transfer electrode via the interlayer insulating film, and the first transfer. A part of the upper part of the electrode or a part of the upper part of the second transfer electrode may be removed.
また、前記第1転送電極の上部及び前記第2転送電極の上部に、前記層間絶縁膜、前記反射防止膜、及び更なる前記層間絶縁膜を介して、遮光膜が形成されている構成とすることができる。 Further, a light shielding film is formed on the first transfer electrode and the second transfer electrode via the interlayer insulating film, the antireflection film, and the further interlayer insulating film. be able to.
また、前記反射防止膜は、前記第1転送電極の上部、前記第2転送電極の上部、及び前記受光部の全面を覆うように、形成されている構成とすることができる。その場合、前記反射防止膜は、前記受光部の一部において取り除かれていることが好ましい。それにより、暗電流を抑制するための水素原子をシリコン基板内に供給することが容易となる。 The antireflection film may be formed so as to cover an upper portion of the first transfer electrode, an upper portion of the second transfer electrode, and an entire surface of the light receiving portion. In that case, it is preferable that the antireflection film is removed in a part of the light receiving portion. This facilitates supplying hydrogen atoms for suppressing dark current into the silicon substrate.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における固体撮像装置の平面構成を示す。図2は、図1のA−A’線における断面構成を示す。図3は、図1のB−B’線における断面構成を示す。図4は、図1のC−C’線における断面構成を示す。図5は、図1のD−D’線における断面構成を示す。但し、図2、図3では、一部の層の図示が省略されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a planar configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration taken along line AA ′ of FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional configuration taken along line BB ′ of FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional configuration taken along line CC ′ of FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional configuration along the line DD ′ in FIG. However, in FIG. 2 and FIG. 3, illustration of some layers is omitted.
図1〜5に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、4相駆動CCDにより構成される。半導体基板1(図4、図5参照)に、複数の受光部2が行列状に形成されている。半導体基板1は、n型シリコン基板である。受光部2は、半導体基板1の上部に形成された第1p型ウェル3中に形成され、受光部n型領域2Aと受光部p型領域2Bとを有するフォトダイオードである。
As shown in FIGS. 1 to 5, the solid-state imaging device of the present embodiment is configured by a four-phase drive CCD. A plurality of
半導体基板1における受光部2同士の間の領域には、第1の方向に延びる複数の転送チャネル4が形成されている。転送チャネル4は、受光部2と間隔をおいて形成された第2p型ウェル5中に形成されたn型領域である。転送チャネル4の上には、互いに間隔をおいて第1転送電極6Aと、読み出し電極を兼ねる第2転送電極6Bが形成されている。なお、以下の記載において、第1転送電極6Aと第2転送電極6Bを区別する必要がない場合は、転送電極6と記す。
A plurality of
本実施形態においては、全ての第1転送電極6A及び第2転送電極6Bは、隣接する他の第1転送電極6A及び他の第2転送電極6Bとは分離されて形成されている。
In the present embodiment, all the
第1転送電極6A及び第2転送電極6Bは、半導体基板1の上にゲート絶縁膜7を介して形成されたポリシリコン等からなる。ゲート絶縁膜7は、転送電極6に対するゲート絶縁膜である。転送電極6の膜厚は、100nm程度とすればよい。
The
隣接する受光部2間での信号電荷の流出及び流入を防止するため、半導体基板1内における受光部2の周囲には、一部を除いてp型のチャネルストップ部8が形成されている。
In order to prevent the outflow and inflow of signal charges between adjacent
受光部2と転送チャネル4との間におけるチャネルストップ部8が形成されていない領域(図4参照)は、第2転送電極6Bにより制御されて、受光部2に蓄積された信号電荷を読み出す読み出しゲート部9を形成する。
A region where the
信号電荷の読み出しの観点からは、転送チャネル4に沿った第2転送電極6Bの長さを、第1転送電極6Aよりも長くする方が好ましい。
From the viewpoint of reading signal charges, it is preferable that the length of the
第1転送電極6Aの上には、第1層間絶縁膜10を介して、第1転送電極6Aに駆動パルスを供給する複数の第1配線11Aが形成されている。第2転送電極6Bの上には、第1層間絶縁膜10を介して、第2転送電極6Bに駆動パルスを供給する複数の第2配線11Bが形成されている。第1配線11Aは、コンタクト12Aにより第1転送電極6Aと接続され、第2配線11Bは、コンタクト12Bにより第2転送電極6Bと接続されている。以後、第1配線11Aと第2配線11Bを区別する必要がない場合は、配線11と記す。配線11は、例えばポリシリコンから形成されており、その膜厚は150nmである。
On the
転送電極6の間の受光部2上には、ゲート絶縁膜7を介して、層間絶縁膜とは異なる材料で形成された反射防止膜13が形成されており、反射防止膜13上に、第1層間絶縁膜10を介して第1配線11A及び第2配線11Bが形成されている。反射防止膜13は、例えばシリコン窒化膜からなり、その膜厚は例えば50nmである。
An
このように、本実施形態の固体撮像装置では、配線11の下に反射防止膜13が配置されていることにより、次のような利点がある。すなわち、チャネルストップ部8上の第1配線11A及び第2配線11Bと半導体基板1との間に、ゲート絶縁膜7、反射防止膜13及び第1層間絶縁膜10が存在するため、転送電極6上のようにゲート絶縁膜7のみが存在する場合に比べて、配線11から発生する電界によるチャネルストップ部8への影響を抑制することができ、混色を低減することができる。
As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment has the following advantages because the
第1転送電極6A、第2転送電極6B、反射防止膜13、第1配線11A及び第2配線11Bは、第2層間絶縁膜14に覆われている。
The
転送チャネル4への光の入射を防止するために、タングステン等からなる遮光膜15が、第2層間絶縁膜14を介して、第1転送電極6A、第2転送電極6B、第1配線11A、第2配線11B、及び反射防止膜13の一部を覆うように形成されている。
In order to prevent light from entering the
図4、図5に示すように、遮光膜15の上には、第1転送電極6A、第2転送電極6B、第1配線11A及び第2配線11Bにより形成された段差を平坦化する第3層間絶縁膜16が形成されている。第3層間絶縁膜16は、BPSG(Borophosphosilicate glass)膜等により形成すればよい。また、第3層間絶縁膜16を薄く形成した上に第3層間絶縁膜とは異なる屈折率を有する材料を埋め込み、これを平坦化することにより下凸形状のレンズを形成してもよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, on the
第3層間絶縁膜16の上における受光部2に対応する位置には、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる層内レンズ17を形成してもよい。この場合はレンズ間の谷間を平坦化するために、可視光に対して透過率の高い樹脂からなる第1平坦化層18が形成される。第1平坦化層18における層内レンズ17の上側の領域には、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色成分のカラーフィルタ19が形成されている。各色の配置は、市松状に配置されたG色成分の間を、R色成分及びB色成分が交互に埋めるようになっている。カラーフィルタ19はこの構成に限らず、例えば、補色系でもよい。カラーフィルタ19は、第2平坦化層20により平坦化され、カラーフィルタ19の上にはオンチップレンズ21が形成されている。
An
以下に、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法の一例を示す。まず、所定の受光部2から転送チャネル4へ信号電荷の読み出しを行う。読み出しを行う受光部2に対応する第2転送電極6Bに、第2配線11Bを通して読み出しパルスφVRを印加する。読み出しパルスφVRの電位は、例えば12Vとすればよい。このとき、他の第2転送電極6Bはローレベルの状態とする。また、読み出しを行う受光部2に対応する第1転送電極6Aはハイレベルとし、他の第1転送電極6Aはローレベルとする。ハイレベル及びローレベルは、それぞれ0V及び−6Vとすればよい。
Below, an example of the drive method of the solid-state imaging device of this embodiment is shown. First, signal charges are read from the predetermined
これにより、転送チャネル4はそのポテンシャル深さが、受光部2から信号電荷を受け取ることのできる状態になる。また、読み出しゲート部9のポテンシャルが変化し、受光部2から転送チャネル4への信号電荷の読み出し動作が行われる。
Thereby, the
次に、第1転送電極6A及び第2転送電極6Bに対して、周知の方法に従い、4相駆動に対応した転送パルスφV1〜φV4を所定のタイミングで印加する。転送パルスφV1〜φV4は、例えば−6V〜0Vとすればよい。これにより、転送チャネル4に読み出された信号電荷は、転送チャネル4中を転送される。さらに、水平転送部(図示せず)により水平方向に転送され、出力部(図示せず)により信号電荷量に応じた電圧に変換されて出力される。
Next, according to a known method, transfer pulses φV1 to φV4 corresponding to four-phase driving are applied to the
以上のように構成された本実施形態の固体撮像装置は、以下のような特徴を有する。すなわち、全ての第1転送電極6A及び第2転送電極6Bは、隣接する第1転送電極6A及び第2転送電極6Bとの間を分離して形成されている。また、チャネルストップ部8上の第1配線11A及び第2配線11Bと半導体基板1との間には、ゲート絶縁膜7、反射防止膜13及び第1層間絶縁膜10が存在するため、転送電極上のようにゲート絶縁膜7のみが存在する場合に比べて、配線11から発生する電界によるチャネルストップ部8への影響を低減し、混色をより抑制することができる。
The solid-state imaging device of the present embodiment configured as described above has the following characteristics. That is, all the
第1配線11A及び第2配線11Bを、共にポリシリコンよりも比抵抗の小さな材料で形成してもよい。ポリシリコンよりも比抵抗が小さな材料の一例としては、タングステン、アルミニウム、銅、金属シリサイドなどが挙げられる。
Both the
第1配線11A及び第2配線11Bをポリシリコンよりも比抵抗が小さい材料で形成した場合は、配線をポリシリコンで形成した場合に比べて配線を細くすることができる。これにより、一画素あたりに配線が占める面積の割合を小さくし、受光部の占める面積の割合を大きくすることができる。あるいは、今後さらに進展する画素の微細化にも対応することができる。また、ポリシリコン配線に比べて転送パルスの鈍りや遅延を小さくすることができ、高速駆動化にも寄与できる。
When the
例えば、一般に用いられているポリシリコン配線の抵抗率は7.5×10-4Ω・m程度であり、タングステンの抵抗率は4.9×10-8Ω・m程度である。ここで配線11として、一辺が150nmの正方形で断面積が2.25×10-2平方μmのポリシリコン配線を形成した場合に、これと同等の抵抗を有する配線をタングステンで形成した場合には、断面積は理論上1.5×10-6平方μmでよい。 For example, the resistivity of commonly used polysilicon wiring is about 7.5 × 10 −4 Ω · m, and the resistivity of tungsten is about 4.9 × 10 −8 Ω · m. Here, when a polysilicon wiring having a square with a side of 150 nm and a cross-sectional area of 2.25 × 10 −2 square μm is formed as the wiring 11, a wiring having the same resistance is formed of tungsten. The cross-sectional area may theoretically be 1.5 × 10 −6 square μm.
また、タングステン、アルミニウム、銅をはじめとする金属を配線に用いた場合には、配線形成時のエッチング等により金属原子がゲート絶縁膜を通じて半導体基板内部に進入し、画質劣化の原因となる恐れがある。本実施形態の場合は、反射防止膜13をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜で形成する場合において、ゲート絶縁膜7、反射防止膜13及び第1層間絶縁膜10によりONO膜を構成することになるため、ゲート酸化膜単層の場合よりも金属原子の半導体基板への侵入防止効果が高くなる利点がある。
In addition, when metals such as tungsten, aluminum, and copper are used for the wiring, metal atoms may enter the semiconductor substrate through the gate insulating film due to etching or the like during wiring formation, which may cause deterioration in image quality. is there. In the case of this embodiment, when the
反射防止膜13は、図6、図7に示すように、受光部2上のみならず転送電極6上の一部に乗り上げるように形成してもよい。図6は、そのような構成を有する固体撮像装置の平面構成を示す。図7は、図6のE−E’線における断面構成を示す。図6では、反射防止膜13aが、第1転送電極6Aの上部の一部、及び第2転送電極6Bの上部の一部に乗り上げるように、第1層間絶縁膜10を介して形成されている。これにより、反射防止膜13aは受光部2の全域を覆うことになり、入射光の反射防止効果をさらに高めることができる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
また図7に示すように、遮光膜15が、第1転送電極6Aの上部、第2転送電極6Bの上部、第1配線11Aの上部、及び第2配線11Bの上部を覆うように、第1層間絶縁膜10、及び反射防止膜13a、及び第2層間絶縁膜14を介して形成されている。これにより、水素アニールを行った場合に、水素原子が第1層間絶縁膜10、第2層間絶縁膜14を通じて半導体基板1に供給され、半導体基板1とゲート絶縁膜7との間に存在するシリコン原子の非結合手と結合するため、暗電流の発生をさらに抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 7, the
あるいは、反射防止膜13を図8、図9に示すように形成してもよい。図8は固体撮像装置の平面構成を示し、図9は、図8のF−F’線における断面構成を示す。この構成では、反射防止膜13bが、受光部2、第1転送電極6Aの上部及び第2転送電極6Bの上部の全面に第1層間絶縁膜10を介して形成されている。これにより、反射防止膜13bは受光部2の全体を覆うことになり、入射光の反射防止効果をさらに高めることができる。
Alternatively, the
また、図9のように、受光部2上の反射防止膜13bに開口部22が形成されていることが好ましい。これにより、水素アニールを行った場合に、水素原子が開口部22を通じて半導体基板1に供給され、半導体基板1とゲート絶縁膜7との間に存在するシリコン原子の非結合手と結合するため、暗電流の発生をさらに抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 9, it is preferable that an
以上の実施形態及び変形例においては、受光部2が行列状に配置された例を示したが、受光部2は規則的に配置されていれば、行列状に配置されていなくてもよい。また、インターライン転送型を例として説明したが、本発明は、フレームインターライントランスファ転送型の固体撮像装置にも適用することができる。
In the above embodiment and modification, the example in which the
本発明に係る固体撮像装置は、転送電極への電位印加によりチャネルストップ部が変調を受けることに起因する混色の発生を抑制して、高速な駆動に対応した固体撮像装置を実現でき、特にCCD型の固体撮像装置等として有用である。 The solid-state image pickup device according to the present invention can realize a solid-state image pickup device corresponding to high-speed driving by suppressing the occurrence of color mixing due to the modulation of the channel stop portion due to the potential application to the transfer electrode. This is useful as a solid-state imaging device of a type.
1 半導体基板
2、32 受光部
2A 受光部n型領域
2B 受光部p型領域
3 第1p型ウェル
4 転送チャネル
5 第2p型ウェル
6A、31A 第1転送電極
6B、31B 第2転送電極(読み出し電極を兼ねる転送電極)
7 ゲート絶縁膜
8 チャネルストップ部
9 読み出しゲート部
10 第1層間絶縁膜
11、33 配線
11A 第1配線
11B 第2配線
12A、12B、34 コンタクト
13、13a、13b 反射防止膜
14 第2層間絶縁膜
15 遮光膜
16 第3層間絶縁膜
17 層内レンズ
18 第1平坦化層
19 カラーフィルタ
20 第2平坦化層
21 オンチップレンズ
22 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7
Claims (15)
前記半導体基板における前記受光部間に、同一方向に規則的に配列して形成された転送チャネルと、
前記転送チャネル上に配置された複数の第1転送電極と、
前記転送チャネル上における前記第1転送電極と同一の層に形成され、前記第1転送電極と対になり前記転送チャネル上の電荷を転送する機能、および対応する前記受光部に蓄積された電荷を前記転送チャネルに読み出す読み出し電極としての機能を有する複数の第2転送電極とを備え、
前記第1転送電極及び前記第2転送電極の全てが、隣接する前記第1転送電極または前記第2転送電極と分離されて形成されており、
前記第1転送電極の上部及び前記第2転送電極の上部には、層間絶縁膜を介して、前記第1転送電極に駆動パルスを印加する複数の第1配線と、前記第2転送電極に駆動パルスを印加する複数の第2配線とが設けられ、
前記第1転送電極と前記第1配線とは第1コンタクト領域を介して電気的に接続されており、
前記第2転送電極と前記第2配線とは第2コンタクト領域を介して電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of light receiving portions formed regularly arranged on a semiconductor substrate;
A transfer channel formed regularly in the same direction between the light receiving portions in the semiconductor substrate;
A plurality of first transfer electrodes disposed on the transfer channel;
A function of transferring charges on the transfer channel formed in the same layer as the first transfer electrode on the transfer channel and paired with the first transfer electrode, and a charge accumulated in the corresponding light receiving unit. A plurality of second transfer electrodes having a function as a read electrode for reading out to the transfer channel;
All of the first transfer electrode and the second transfer electrode are formed separately from the adjacent first transfer electrode or the second transfer electrode,
A plurality of first wirings for applying a driving pulse to the first transfer electrode via an interlayer insulating film and an upper portion of the first transfer electrode and the second transfer electrode are driven to the second transfer electrode. A plurality of second wirings for applying a pulse;
The first transfer electrode and the first wiring are electrically connected via a first contact region,
The solid-state imaging device, wherein the second transfer electrode and the second wiring are electrically connected via a second contact region.
前記反射防止膜は、前記配線の長軸と同一の方向に隣接する前記第1転送電極間、及び前記配線の長軸と同一の方向に隣接する前記第2転送電極間に配置されている請求項8〜10のいずれかに記載の固体撮像装置。 The wiring extends so as to be commonly connected to the plurality of first transfer electrodes or the second transfer electrodes adjacent in one direction,
The antireflection film is disposed between the first transfer electrodes adjacent in the same direction as the major axis of the wiring and between the second transfer electrodes adjacent in the same direction as the major axis of the wiring. Item 11. The solid-state imaging device according to any one of Items 8 to 10.
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