JP2000196063A

JP2000196063A - 半導体エネルギ―検出器

Info

Publication number: JP2000196063A
Application number: JP10373626A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Akahori; 寛赤堀; Hisanori Suzuki; 久則鈴木; Kazuhisa Miyaguchi; 和久宮口; Masaharu Muramatsu; 雅治村松; Akinaga Yamamoto; 晃永山本
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: EP1146564A4; DE69935931D1; US20010045577A1; WO2000041244A1; DE69935931T2; AU1512400A; US6724062B2; JP4397989B2; EP1146564B1; EP1146564A1

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板の表面側に形成されたＣＣＤの、垂
直シフトレジスタの転送電極の表面側に、転送電圧が印
加されて転送電極へ転送電圧の補助的な印加・供給を行
う蛇行パターン状の補助配線（１０₁〜１０₃など）と、
補助配線とは独立して、転送電圧の補助的な供給を行う
付加配線（１１₁、１１₂、１２₂、１２₃など）とを有す
る低抵抗なアルミニウム製の配線パターンを形成し、対
応する転送電極とそれぞれ接続させることによって、多
結晶シリコン製の転送電極における配線抵抗の問題を解
決して、高速・高効率での電荷転送を実現することがで
きる。また、このような配線パターンによって、配線の
幅を画素幅よりも大きくすることも可能となる。

Description

【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（Ｃ
ＣＤ、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Ｃ
ＣＤ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：３０
８nm、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６
３−４６７６３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ＣＣ
Ｄ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
助配線とは電気的に独立して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、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、ＣＣ
Ｄ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２０μ
ｍ×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２０
４８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φ_V1及びφ_V2、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５１
２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３６８６４×９２１６μｍ
²である。

【００３７】本実施例におけるＦＦＴ型ＣＣＤは３相の
転送電圧φ_V1、φ_V2、φ_V3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φ_V1、φ_V2、φ_V3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φ_V1、φ_V2、φ_V3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６
４×３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φ_V1、
φ_V2、φ_V3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２
０₁〜２０₃、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１
０₁〜１０₃、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１０
₁〜１０₃、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Ｐ _i,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Ｐ_i,j及びＰ
_i,j+1の間の部位を画素間部位Ｃ_i,jによって表す。ま
た、ｉ行目の画素行（画素Ｐ_i,1〜Ｐ_i,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φ_V1、φ_V2、φ_V3に対応する３本の
転送電極をそれぞれ符号７１_i、７２_i、７３_iによって
表す。

【００４５】各補助配線１０₁〜１０₃、及び付加配線１
１₁、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７２μ
ｍ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１０ｂ₁〜１０
ｂ₃、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φ_V1が印加されている
垂直補助配線１０ａ₁は画素間部位Ｃ_1,40〜Ｃ_44,40にお
いて対応する転送電極７１₁〜７１₄₄に、転送電圧φ_V2
が印加されている垂直補助配線１０ａ₂は画素間部位Ｃ
_13,32〜Ｃ_52,32において対応する転送電極７２₁₃〜７２
₅₂に、転送電圧φ_V3が印加されている垂直補助配線１０
ａ₃は画素間部位Ｃ_21,24〜Ｃ_64,24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Ｃ_29,16
〜Ｃ_64,16において対応する転送電極７１₂₉〜７１
₆₄に、付加配線１１₂は画素間部位Ｃ_29,8〜Ｃ_64,8にお
いて対応する転送電極７２₂₉〜７２₆₄に、付加配線１２
₂は画素間部位Ｃ_1,56〜Ｃ_36,56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Ｃ_1,48
〜Ｃ_36,48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Ｐ_1,38〜Ｐ _2,59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φ_V1が印加さ
れており、図示された領域では、画素間部位Ｃ_1,40及び
Ｃ_2,40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φ_V3を供
給するものであり、画素間部位Ｃ_1,4 ₈及びＣ_2,48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１
２₂は転送電圧φ_V2を供給するものであり、画素間部位
Ｃ_1,56及びＣ_2,56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φ_V1及びφ_V2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φ
_V2及びφ_V3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φ_V1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、φ_V2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２９〜６
４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、φ_V3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１２
₃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、Ｔａ
Ｓｉ₂、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、１０
₁〜１０₃、２０₁〜２０₃、３０₁〜３０₃…補助配線、１
０ａ₁〜１０ａ₃…垂直補助配線、１０ｂ₁〜１０ｂ₃、１
０ｃ₁〜１０ｃ₃…水平補助配線、１１₁、１１₂、１
２₂、１２₃、１３₁、１３₂、１４₂、１４₃…付加配線、
７１_i、７２_i、７３_i…転送電極、Ｐ_i,j…画素、Ｃ_i,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、５
５…出力端子、５６…リセットドレイン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮口和久静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者村松雅治静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者山本晃永静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 FF02 FF04 FF11 GG21 JJ05 JJ31 JJ33 JJ37 4M118 AA03 AB10 BA12 CA08 DA18 DA20 DA32 DB06 DB07 DB08 DD04 DD12 FA06 GA02

Claims

【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電気的に独立
して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。