JPH03183166A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置の構造に関し、特に性能の向上し
た構造を有する固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

近年固体撮像装置の開発が進み、一体型ビデオカメラ等
に撮像管から置換えられるなど広く実用化が進んでいる
。中でも電荷転送方式（ＣＯＤ）固体撮像装置は、高い
性能を有するため最も広く使用されている。第５図は、
従来のインターライン方式ＣＯＤ固体撮像装置の受光部
と転送部の概略構成を示す平面図である。図に於て、３
は信号電荷を転送するＣＯＤ転送チャネル、４は光電変
換を行うフォトダイオード、６１，６２は電荷転送を制
御する電極、φ、〜φ４は互いに９０度位相の異るパル
スを供給する伝送線である。電極６１゜６２は２行おき
に、即ち電極数にして４行おきに伝送線φ、〜φ、に接
続される。

かかる固体撮像装置の動作は次の通りである。

まず、フォトダイオード４の各々に入射した光により半
導体基板内に電荷が発生し、これが各々のフォトダイオ
ード４内に蓄積される。所定時間経過後に、電極６２に
電圧を印加してフォトダイオード４内の蓄積電荷をＣＯ
Ｄ転送チャネル３内に移す。しかる後に電極６１．６２
にパルス電圧φｌ〜φ４を加え、ＣＯＤ転送チャネル３
内を電荷が所望の方向に転送される。転送された電荷は
最終的に電荷検出アンプに送られ電圧として検出される
。

このような構成の固体撮像装置では、電極６１．６２と
してポリシリコン膜が使用されている。これら電極とし
てのポリシリコン膜の層抵抗は約２０Ω／口程度である
。１インチ光学系に適合したＨＤＴＶ　（ハイデフィニ
ッションテレビ）用ＣＣＤ撮像装置では、このポリシリ
電極は幅が約２μｍ、長さが１４閣となる。この電極の
一端からパルス電圧を加えた時、他端での抵抗値は１０
０にΩ以上であり、またこれら電極と半導体基板との間
の容量も大きいため、他端でのパルス波形は著しくなま
ってしまう。このため、ＣＯＤ転送チャネル３を転送さ
れる電荷の転送が充分に出来ず、Ｓ／Ｎの低下、ダイナ
ミックレンジの劣化を引きおこしていた。

第６図は、この点を改善した従来の固体撮像装置を説明
する平面図である。図に於て、第５図と同記号は同一機
能を有する物質を示し、８はコンタクト穴、９は配線金
属電極を示す。この従来例では、コンタクト穴８の設け
られる位置は、電極６１．６２の電荷転送を行うＣＯＤ
転送チャネル部の電極上部に４電極ごとに形成され、こ
れらコンタクト穴を介して電極６１．６２が配線金属電
極９と接続される。さらに、配線金属電極９は４本ごと
に接続され、伝送線φ１〜φ４の各々に接続される。第
６図に示した従来例では、１画素の寸法を５μｍＸ５μ
ｍとすると、１本のポリシリコン電極６１又は６２につ
き、コンタクト穴が２０μｍのピッチで形成され配線金
属電極９に接続されるため、電極６１．６２の抵抗はほ
とんど配線金属電極９の抵抗値に低減できる。通常は配
線金属電極９としてはアルミニウムを用いており、この
層抵抗は１０７口以下であるため、ＣＯＤの転送電極６
１．６２に加わるパルス波形のなまりはほとんど無視で
きるレベルに改善できる。

一方、ＣＯＤ固体撮像装置では、装置の表面に入射する
光がＣＯＤ電荷転送チャネル３に入ると画質の劣化、即
ち、スミア現象を発生する。これを防止するために、通
常では電極６１，６２の電荷転送チャネル部の電極上部
に絶縁膜を介して遮光膜を設ける。従来、この遮光膜と
してはアルミニウムを用いており、上記した配線金属電
極９を遮光膜としての役割を兼ねさせることも行われて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した各従来装置ではスミア現象を完
全に防止するのは難しい。第７図（ａ）は第６図におけ
るＡ−Ａ’部分の断面構造を説明する図であり、図に於
て、ｌはＮ型半導体基板、２はＰ型ウェル、３はＣＣＤ
の電荷転送チャネルであるＮ−領域、４はフォトダイオ
ードとなるＮ−領域、５は電荷転送チャネル３とフォト
ダイオード４とを分離するＰ＋領域、６１はポリシリコ
ンからなる電極、７は絶縁膜、８はフンタクト穴、９は
配線金属電極、１０は光路をそれぞれ示す。

かかる構造め固体撮像装置では、ポリシリコン電極６１
が光を透過するため、ＣＯＤ電荷転送チャネル３の上部
に設けられた配線金属電極９を遮光膜として兼用してス
ミア特性を改善している。

しかし、第７図（ａ）の光路ｌＯに示す構造の場合は、
配線金属電極９の設けられる幅が狭く光が直接ＣＯＤ電
荷転送チャネル３に入るため、スミア特性は極めて悪い
。これを改善するために、第７図（ｂ）に示す如く、配
線金属電極９をポリシリコン電極６１の側壁部をおおう
位置まで広く設けることで著しく低減できる。

しかしながら、このような構造を適用した場合でも第６
図のＢ−Ｂ’の位置における断面構造をみると、第７図
（Ｃ）に示すようにポリシリコ、ン電極６１と６２が重
なって形成されており、遮光膜としても配線金属電極９
と基板結晶表面との間の距離が大きい。このため、光路
１０’に示すように半導体基板表面で反射された光が配
線金属電極９で再び反射し電荷転送チャネル３に入射す
る光があるために、スミア特性を完全に防止できない欠
点がある。特に、配線金属電極９としては反射率が１０
０％に近いアルミニウムが広く用いられるため影響は大
きい。スミア特性を改善するには、この部分での光の入
射を防止すれば良いが、このために配線金属電極９の幅
をさらに広くするとフォトダイオード４部分の光に対す
る開口寸法が狭くなり、これは光感度の低下を招くとい
う欠点があった。

さらに、第７図（ａ）、　（ｂ）の構造からも判るよう
に、従来例ではコンタクト穴８はポリシリコン電極６１
．６２のゲート領域部（電荷転送が行われる活性領域）
に設けられ、配線金属電極９が接続されている。ポリシ
リコン電極と金属電極とが接する場合には、金属電極を
構成する金属原子がポリシリ・・電極１を局所的に拡散
透過しゲート絶縁膜表面にまで達する。これは、閾値電
圧の場所による変化をもたらル転送可能な電荷量が電極
ごとに異る結果となり、電荷の転送残りという画質劣化
を招く。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、電荷転送部の転送通路上に一列に設け
られた複数の電荷転送電極が第１のコンタクト穴を介し
て転送通路上の電荷転送電極上に設けられたポリシリコ
ン電極に接続され、このポリシリコン電極が前記第１の
コンタクト穴と異る位置に設けられた第２のコンタクト
穴を介して転送通路上のポリシリコン電極上に設けられ
た配線金属電極に接続された固体撮像装置を得る。従っ
て、電荷転送電極と配線金属電極とが平面的に同一コン
タクト位置で接触することがないため閾値電圧の変化は
防止できる。

さらに、本発明によれば、配線金属電極が電荷転送電極
の側壁をおおうに充分な寸法幅に設けら方向から入射す
る光を充分に防止できるため、スミア特性を著しく向上
できる。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例によるＣＣＤ型固体撮像装置
の概略構成な示す平面図であり、第６図と同記号は同一
機能を有する物質を示す。図に於て、６５はポリシリコ
ン電極、８５はコンタクト穴を示す。本実施例では、電
極６１．６２はコンタクト穴８を介してこれら電極６１
．６２の上層に設けられたポリシリコン電極６５と接続
され、さらに、ポリシリコン電極６５はコンタクト穴８
５を介してこのポリシリコン電極６５の上層に設けられ
た配線金属電極９に接続される。コンタクト穴８と８５
とは平面的に異なる位置に形成されている。また、配線
金属電極９０幅は、ポリシリコンから成る電極６１，６
２が積層された部分、即ち第６図におけるＢ−Ｂ’部分
で他よりも広く設けられる。

第２図（ａ）は第１図の一部を拡大した平面図であり、
第２図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ’部分の断面
を説明する図である。第２図に於て、第１図および第７
図と同記号は同一機能を有する物質を示す。この実施例
では、図示のように、配線金属電極９の幅はポリシリコ
ン電極６１．６２の積層部の上部でのみ他よりも幅広く
設けられている。

第３図は本発明の他の実施例によるＣＣＤ固体撮像装置
を説明する図であり、同図（ａ）は平面図を、同図（ｂ
）は、第３図（ａ）におけるｃ−ｃ’部分での断面構造
を説明する図である。本実施例では配線金属電極９の幅
はポリシリコン電極６１．６２の側壁部にも設けられ、
ＣＯＤ転送チャネル部への光の侵入をさらに効果的に低
減できる。本実施例では第２図に示した本発明の一実施
例に比ベスミア特性の改善効果が高く、配線金属電極９
に高融点材料であるタングステンを用いた場合には１０
０ｄＢと極限にまで低減することが出来た。タングステ
ンは従来用いられるアルミニウムに比べ、表面での光の
反射率が半分以下であることも特性向上に効果的に作用
していると考えている。また、タングステンは遮光性能
にも優れており２０００人の薄膜でも充分な特性を得る
ことが出来た。従来のアルミニウムでは遮光膜としては
０．８〜１μｍの厚さが用いられるのに対し、タングス
テンを用いた場合には加工寸法精度も高く出来るため、
フォトダイオード部分の開口寸法も０．２μｍ程度の変
更にとどまり、従って感度の低下はほとんど見られなか
った。なお、配線金属電極９としてタングステンを用い
た場合には、ポリシリコン電極６１．６２が積層する部
分のタングステンの幅を他の部分と同じ寸法にしても実
用的に充分なスミア値が得られた。

第４図は本発明の更に他の実施例を説明する図であり、
同図（ａ）は平面図を、同図（ｂ）は第４図（ａ）のＢ
−Ｂ’部分での断面構造を説明する図である。図に於て
、第１図〜第３図と同記号は同一機能を有する物質を示
し、１１は第２の金属電極を示す。本実施例では配線金
属電極９は一定の幅で設けられ、ポリシリコン電極６１
．６２が積層して設けられる部分には絶縁膜７を介して
第２の電極１１が設けられる。本実施例では第２の金属
電極１１も遮光膜として用いている。第２の金属電極１
１としてアルミニウムを用いても良いが、タングステン
を用いた場合には表面での光の反射率が半分以下である
ため、スミア特性の改善を効果的に行うことが出来る。

なお、本実施例では第２の金属電極１１はポリシリコン
電極６１．６２が積層されて設けられる部分にのみ設け
られたが、配線金属電極９の全体をおおう領域にまで広
く設けても本発明の目的を達成することができ、その選
択は自由である。

上記した各実施例では、９０度の位相差をもつパルスφ
、〜φ、を用いた４相駆動ＣＣＤを例にして４電極おき
にコンタクト穴を設けるとして説明したが、１２０度の
位相差を持つパルスを用いた３相駆動ＣＯＤの場合には
３電極おきに、さらに１８０度の位相差を持つパルスを
用いた２相駆動ＣＯＤの場合には２電極おきにコンタク
ト穴を設ければ良いことは明らかである。

また、上記各実施例ではコンタクト穴開口後に金属電極
を設は接続するとして説明したが、当該コンタクト穴内
部に同電極（ポリシリコンやタングステン）を埋めこん
だ後に金属電極を設けても良い。

さらに、上記各実施例では配線金属電極９および１１と
してタングステンを用いて説明したが、他の金属材料、
例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ等の高融点材料、あるいはＴ
ｉＷ、ＴｉＮ等の合金を用いることも出来゛る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば電荷転送電極のパル
ス伝達特性を大幅に向上し、かつ光感度を低下せしめず
にスミア特性をも著しく低減した固体撮像装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図（ａ）
は第１図の部分拡大図、第２図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ’での断面図、第３図（ａ）は本発明の他の実施例
の部分拡大平面図、第３図（ｂ）は同図（ａ）のｃ−ｃ
’での断面図、第４図（ａ）は本発明の更に他の実施例
の部分拡大平面図、第４図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ
’での断面図、第５図は従来例の平面図、第６図は他の
従来例の平面図、第７図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は
それぞれ更に他の従来例の各部平面図でスミア現象を説
明したものである。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・ウェル領域
、３・・・・・・転送通路（チャネル）、４・・・・・
・フォトダイオード、５・・・・・・Ｐ＋分離領域、６
１，６２．６５・・・・・・ポリシリ ク コン電極、７・・・・・・絶縁膜、８゜ト穴、９・・・
・・・配線金属電極、 ■・・・・・・金属電極。 ８５・・・・・・コンタ ０・・・・・・光路、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光素子が分離領域で互いに分離され２次元状に
   配列された受光部と、該受光部で発生した信号電荷の転
   送を複数の転送通路に沿って行う転送部とを含み、該転
   送部は前記各転送通路上に一列に形成された複数の電荷
   転送電極と、該複数の電荷転送電極上に前記各転送通路
   に沿って形成されたポリシリコン電極と、該ポリシリコ
   ン電極上に前記各転送通路に沿って形成された配線金属
   電極とを含み、前記電荷転送電極と前記ポリシリコン電
   極とのコンタクト位置と前記ポリシリコン電極と前記配
   線金属電極とのコンタクト位置は平面的に異なる位置に
   あることを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の前記配線金属電極が
   前記電荷転送電極の側壁をおおうに十分な寸法幅である
   ことを特徴とした固体撮像装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の前記受光素子を分離
   する分離領域部で前記配線金属電極は幅広に形成されて
   いることを特徴とした固体撮像装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の前記配線金属電極の
   上層に、少くとも前記転送通路と直交する方向に設けら
   れた受光素子分離領域部の上部に、光を遮断する遮光膜
   が更に設けられていることを特徴とした固体撮像装置。