JP2003273344A - Ccd solid-state image sensing element - Google Patents

Ccd solid-state image sensing element

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JP2003273344A
JP2003273344A JP2002076169A JP2002076169A JP2003273344A JP 2003273344 A JP2003273344 A JP 2003273344A JP 2002076169 A JP2002076169 A JP 2002076169A JP 2002076169 A JP2002076169 A JP 2002076169A JP 2003273344 A JP2003273344 A JP 2003273344A
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JP
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solid
film
light
contact
state image
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Application number
JP2002076169A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsuhiko Yamamoto
敦彦 山本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate potential gradient of each picture element by coming into contact with each picture element for a photoelectric conversion element of each unit picture element in two-dimensional array. <P>SOLUTION: In a region ranging over a photosensitive region of a photodiode 120 and an upper surface of a light screening film 190, a contact film 200 connecting a p+type region 120A of a photodiode 120 and a light screening film 190 is provided, and the p+type region 120A and the light screening film 190 are held at the same potential. The potential of the p+type region 120A of the photodiode 120 is thereby uniform all over an imaging region regardless of increase and decrease of hole involved in change in the amount of light received, and usual potential gradient can be eliminated. Image output of a uniform level is thereby possible all over an image. A saturation signal level of the photodiode 120 can be set properly to a handling charge amount of a CCD vertical transfer register and the saturation signal level can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の光電変換素
子と各光電変換素子で生成した信号電荷を転送する電荷
転送部とを有する固体撮像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device having a plurality of photoelectric conversion elements and a charge transfer section for transferring signal charges generated by each photoelectric conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体チップ上に単位画素を
構成する複数のフォトダイオード(光電変換素子)を2
次元配列で配置するとともに、各フォトダイオードで生
成した信号電荷を転送するCCD垂直転送レジスタおよ
びCCD水平転送レジスタを設けたCCD固体撮像素子
が提供されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a plurality of photodiodes (photoelectric conversion elements) constituting a unit pixel are formed on a semiconductor chip.
There is provided a CCD solid-state imaging device arranged in a dimensional array and provided with a CCD vertical transfer register and a CCD horizontal transfer register for transferring signal charges generated by each photodiode.

【0003】図3は、このようなCCD固体撮像素子の
構成を示す概略平面図である。半導体チップ10の中央
部に設けられた撮像領域内に複数のフォトダイオード2
0が垂直・水平の2次元マトリクス状に配置され、各フ
ォトダイオード列に沿って複数のCCD垂直転送レジス
タ30が設けられている。また、CCD水平転送レジス
タ40は、撮像領域の外側に配置され、各CCD垂直転
送レジスタ30の端部に接続されており、このCCD水
平転送レジスタ40の端部には出力部50が配置されて
いる。各フォトダイオード20で生成された信号電荷
は、各CCD垂直転送レジスタ30に読み出されて垂直
方向に転送され、CCD水平転送レジスタ40に出力さ
れる。そして、このCCD水平転送レジスタ40によっ
て水平方向に転送され、出力部50のFD(フローティ
ングディフュージョン)部に出力される。出力部50で
は、信号電荷によるFD部の電位変動を検出し、電圧信
号に変換し、さらに必要な増幅を行い、撮像信号として
出力する。
FIG. 3 is a schematic plan view showing the structure of such a CCD solid-state image pickup device. A plurality of photodiodes 2 are provided in the imaging area provided in the central portion of the semiconductor chip 10.
0s are arranged in a vertical / horizontal two-dimensional matrix, and a plurality of CCD vertical transfer registers 30 are provided along each photodiode column. The CCD horizontal transfer register 40 is arranged outside the image pickup area and is connected to the end of each CCD vertical transfer register 30, and the output unit 50 is arranged at the end of the CCD horizontal transfer register 40. There is. The signal charges generated by each photodiode 20 are read out by each CCD vertical transfer register 30, transferred in the vertical direction, and output to the CCD horizontal transfer register 40. Then, it is transferred in the horizontal direction by the CCD horizontal transfer register 40 and output to the FD (floating diffusion) section of the output section 50. The output section 50 detects the potential fluctuation of the FD section due to the signal charge, converts it into a voltage signal, performs necessary amplification, and outputs it as an image pickup signal.

【0004】図4は、図3に示す固体撮像素子における
各単位画素の構成を示す省略平面図およびc−c線断面
図である。この固体撮像素子は、N型シリコン基板10
にP−型ウエル領域を形成してフォトダイオード20や
CCD垂直転送レジスタ30を設けたものである。フォ
トダイオード20は、半導体基板10の表層に設けられ
たP+型領域20Aと、その下層に設けられたN型領域
20Bとからなり、P+型領域20Aの上面から入射し
た光をP+型領域20AとN領域20Bで正孔と電子に
分離し、正孔をP+型領域20A側に逃がし、電子をN
型領域20Bの下層に形成される空乏層に蓄積するHA
D構造のものとなっている。CCD垂直転送レジスタ3
0は、フォトダイオード20の一方の側部に読み出しゲ
ート領域50を隔てて設けられており、読み出しゲート
領域50のゲート電位を制御することにより、フォトダ
イオード20の下層に蓄積された信号電荷がCCD垂直
転送レジスタ30のチャネル領域に読み出される。ま
た、フォトダイオード20の他方の側部には、画素分離
領域60が形成され、隣接する画素への信号電荷の漏洩
を遮断している。
FIG. 4 is an abbreviated plan view and a sectional view taken along the line cc showing the structure of each unit pixel in the solid-state image sensor shown in FIG. This solid-state image pickup device includes an N-type silicon substrate 10
A P-type well region is formed in the photo diode 20 and the CCD vertical transfer register 30 is provided. The photodiode 20 includes a P + type region 20A provided on the surface layer of the semiconductor substrate 10 and an N type region 20B provided below the P + type region 20A. Light incident from the upper surface of the P + type region 20A is referred to as a P + type region 20A. In the N region 20B, holes and electrons are separated, the holes escape to the P + type region 20A side, and the electrons are separated into N regions.
HA accumulated in the depletion layer formed below the mold region 20B
It has a D structure. CCD vertical transfer register 3
0 is provided on one side of the photodiode 20 so as to separate the read gate region 50, and by controlling the gate potential of the read gate region 50, the signal charge accumulated in the lower layer of the photodiode 20 is CCD. It is read to the channel area of the vertical transfer register 30. A pixel separation region 60 is formed on the other side of the photodiode 20 to block the leakage of signal charges to adjacent pixels.

【0005】また、N型シリコン基板10の上には、C
CD垂直転送レジスタ30の上部領域に対応してポリシ
リコン膜による転送電極80が絶縁膜70Aを介して形
成され、その上層に絶縁膜70Bを介して遮光膜90が
形成されている。遮光膜90は、フォトダイオード20
の受光領域に対応する開口部90Aを有するとともに、
CCD垂直転送レジスタ30および転送電極80の上部
を遮光している。なお、図では省略するが、遮光膜90
の上層には、各種の層間絶縁膜を介して上部配線層が複
数層形成され、その上に平坦化膜を介してカラーフィル
タやマイクロレンズが装着されている。
On the N-type silicon substrate 10, C
A transfer electrode 80 made of a polysilicon film is formed corresponding to the upper region of the CD vertical transfer register 30 via an insulating film 70A, and a light shielding film 90 is formed thereabove via an insulating film 70B. The light shielding film 90 is used for the photodiode 20.
Has an opening 90A corresponding to the light receiving region of
The upper portions of the CCD vertical transfer register 30 and the transfer electrode 80 are shielded from light. Although not shown in the drawing, the light shielding film 90
In the upper layer, a plurality of upper wiring layers are formed via various interlayer insulating films, and color filters and microlenses are mounted on the upper wiring layers via the planarizing film.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
CCD固体撮像素子において、各フォトダイオード20
で生じた正孔は、P+型領域20A側に流れ、さらに例
えば画素分離領域60等のP型領域に沿って垂直方向に
流れ、撮像領域外に設けられたコンタクトに排出され
る。なお、この正孔を排出するためのコンタクトの配置
には種々の方式が採用されているが、いずれにしても各
画素から一定以上離れた場所に配置することが必要とな
る。そして、このような正孔を排出する経路において
は、抵抗が小さすぎるとシェーディング等の問題が生じ
るため、一定以上の抵抗を与えて正孔を排出する構造と
なっている。
By the way, in the above-mentioned conventional CCD solid-state image pickup device, each photodiode 20 is provided.
The holes generated in 2) flow toward the P + type region 20A side, further flow in the vertical direction along the P type region such as the pixel isolation region 60, and are discharged to the contact provided outside the imaging region. Various methods are used to arrange the contacts for discharging the holes, but in any case, it is necessary to arrange the contacts at a position separated from each pixel by a certain amount or more. In addition, in such a hole discharging path, if the resistance is too small, problems such as shading occur, so that a structure is adopted in which a certain resistance or more is given to discharge the holes.

【0007】しかしながら、このように各画素で生じた
正孔を各画素から離れたコンタクトに排出する構造で
は、各画素からの正孔電流が異なる距離の排出経路を流
れてコンタクトに流入するため、その正孔電流による電
圧降下が各フォトダイオード毎に生じ、各フォトダイオ
ードのP+型領域20Aの電位に差異が生じ、撮像領域
全体で電位勾配が生じることになる。なお、このような
電位勾配は、ある一定以上の光量を受光した時に顕著と
なる。このため、出力画像のレベルが垂直方向に全体的
に傾斜を帯びてしまい、画質の低下を招くという問題が
生じる。また、例えば各画素の飽和信号レベルを垂直転
送レジスタの取り扱い電荷量との関係で設定するにあた
り、上述のような各画素間の電位勾配のために、飽和信
号レベルを有効に上げられないという問題が生じる。特
に最近では固体撮像素子の多画素化が進み、それに伴っ
て各画素とコンタクトとの距離差が大きくなるため、よ
り深刻な問題となる。
However, in the structure in which the holes generated in each pixel are discharged to the contact apart from each pixel in this way, the hole current from each pixel flows through the discharge paths of different distances and flows into the contact. A voltage drop due to the hole current occurs in each photodiode, a potential difference occurs in the P + type region 20A of each photodiode, and a potential gradient occurs in the entire imaging region. It should be noted that such a potential gradient becomes remarkable when a light amount of a certain amount or more is received. For this reason, the level of the output image is entirely inclined in the vertical direction, which causes a problem that the image quality is deteriorated. Further, for example, when setting the saturation signal level of each pixel in relation to the amount of charge handled by the vertical transfer register, the saturation signal level cannot be effectively raised due to the potential gradient between each pixel as described above. Occurs. Particularly, in recent years, the number of pixels of the solid-state image pickup device has been increased, and the distance difference between each pixel and the contact has been increased accordingly, which becomes a more serious problem.

【0008】そこで本発明の目的は、2次元配列された
各単位画素の光電変換素子について画素毎にコンタクト
をとることができ、各画素の電位勾配をなくして画像全
体で均一なレベルの画像出力を行うことができ、飽和信
号レベルを向上することが可能な固体撮像素子を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to make a contact for each pixel with respect to the photoelectric conversion elements of each unit pixel arranged two-dimensionally, eliminating the potential gradient of each pixel and outputting an image of a uniform level in the entire image. And to provide a solid-state image sensor capable of improving the saturation signal level.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、それぞれ単位画素を構成する複数の光電変換
素子と、前記光電変換素子によって生成された信号電荷
を転送する電荷転送部とを設けた半導体基板上に、前記
電荷転送部の転送電極を設け、さらに前記転送電極の上
層に前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を設
けた遮光膜を配置した固体撮像素子において、前記光電
変換素子の受光面から遮光膜にかけての少なくとも一部
の領域に、前記光電変換素子の受光面と遮光膜とを接続
するコンタクト膜を設け、前記光電変換素子の受光面と
遮光膜とを同電位に保持したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a plurality of photoelectric conversion elements each of which constitutes a unit pixel, and a charge transfer section for transferring signal charges generated by the photoelectric conversion elements. In the solid-state imaging device, the transfer electrode of the charge transfer unit is provided on the provided semiconductor substrate, and a light-shielding film having an opening corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element is further provided on the transfer electrode. A contact film that connects the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film is provided in at least a part of the area from the light-receiving surface of the photoelectric conversion element to the light-shielding film, and the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film are provided in the same area. It is characterized by being held at a potential.

【0010】本発明の固体撮像素子では、光電変換素子
の受光面と遮光膜とを接続するコンタクト膜を設け、光
電変換素子の受光面と遮光膜とを同電位に保持したこと
から、各単位画素の光電変換素子について画素毎にコン
タクトをとることができ、各画素の電位勾配をなくして
画像全体で均一なレベルの画像出力を行うことができ、
飽和信号レベルを向上することが可能となる。
In the solid-state image pickup device of the present invention, a contact film for connecting the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film is provided, and the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film are held at the same potential. It is possible to make contact for each pixel with respect to the photoelectric conversion element of the pixel, eliminate the potential gradient of each pixel, and perform image output at a uniform level in the entire image,
It is possible to improve the saturation signal level.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像素子
の実施の形態例について説明する。なお、以下に説明す
る実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的
に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記
載がない限り、これらの態様に限定されないものとす
る。図1は、本発明の第1の実施の形態によるCCD固
体撮像素子における各単位画素の構成を示す省略平面図
およびa−a線断面図である。なお、CCD固体撮像素
子の全体構成は例えば図3に示すものと同様であるもの
とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a solid-state image sensor according to the present invention will be described below. The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is not limited to the present invention in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these embodiments. FIG. 1 is an abbreviated plan view and an aa line sectional view showing the configuration of each unit pixel in a CCD solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. Note that the overall structure of the CCD solid-state image sensor is similar to that shown in FIG. 3, for example.

【0012】図1に示すように、フォトダイオード12
0は、半導体基板110の表層に設けられたP+型領域
(正孔蓄積領域)120Aと、その下層に設けられたN
型領域(電荷生成領域)120Bとからなり、P+型領
域120Aの上面から入射した光をP+型領域120A
とN領域120Bで正孔と電子に分離し、正孔をP+型
領域120A側に逃がし、電子をN型領域120Bの下
層に形成される空乏層に蓄積するHAD構造のものとな
っている。CCD垂直転送レジスタ130は、フォトダ
イオード120の一方の側部に読み出しゲート領域15
0を隔てて設けられており、読み出しゲート領域150
のゲート電位を制御することにより、フォトダイオード
120の下層に蓄積された信号電荷がCCD垂直転送レ
ジスタ130のチャネル領域に読み出される。また、フ
ォトダイオード120の他方の側部には、画素分離領域
160が形成され、隣接する画素への信号電荷の漏洩を
遮断している。
As shown in FIG. 1, the photodiode 12
0 is a P + type region (hole accumulation region) 120A provided in the surface layer of the semiconductor substrate 110 and N provided in the layer below it.
And a P + type region 120A.
The NAD region 120B separates holes into electrons and holes, releases the holes to the P + type region 120A side, and accumulates the electrons in a depletion layer formed below the N type region 120B. The CCD vertical transfer register 130 includes a read gate region 15 on one side of the photodiode 120.
The read gate region 150 is provided to be separated by 0.
The signal charges accumulated in the lower layer of the photodiode 120 are read into the channel region of the CCD vertical transfer register 130 by controlling the gate potential of the CCD 120. A pixel isolation region 160 is formed on the other side of the photodiode 120 to block the leakage of signal charges to adjacent pixels.

【0013】また、N型シリコン基板110の上には、
シリコン酸化膜よりなる絶縁膜170Aが形成されてい
るが、この絶縁膜170Aは、従来例と異なり、フォト
ダイオード120の受光領域の部分でエッチング等によ
って除去されている。そして、この絶縁膜170Aの上
層には、CCD垂直転送レジスタ130の上部領域に対
応してポリシリコン膜による転送電極180が形成さ
れ、その上層に絶縁膜170Bを介して遮光膜190が
形成されている。遮光膜190は、例えばアルミニウム
等の金属膜よりなり、CCD垂直転送レジスタ130お
よび転送電極180の上部を遮光しており、フォトダイ
オード20の受光領域に対応する開口部190Aを有し
ている。図示のように、遮光膜190の開口部190A
の内縁部は、絶縁膜170Aに重なり合う状態で、フォ
トダイオード120の受光領域に臨む位置に配置されて
いる。また、この遮光膜190は、撮像領域の外部でシ
リコン基板110に接地されている。
On the N-type silicon substrate 110,
An insulating film 170A made of a silicon oxide film is formed, but unlike the conventional example, this insulating film 170A is removed by etching or the like in the light receiving region of the photodiode 120. A transfer electrode 180 made of a polysilicon film is formed on the upper layer of the insulating film 170A corresponding to the upper region of the CCD vertical transfer register 130, and a light shielding film 190 is formed on the upper layer of the transfer electrode 180 via an insulating film 170B. There is. The light shielding film 190 is made of, for example, a metal film such as aluminum, shields the upper portions of the CCD vertical transfer register 130 and the transfer electrode 180, and has an opening 190A corresponding to the light receiving region of the photodiode 20. As shown, the opening 190A of the light shielding film 190
The inner edge portion of is overlapped with the insulating film 170A and is arranged at a position facing the light receiving region of the photodiode 120. The light shielding film 190 is grounded to the silicon substrate 110 outside the image pickup area.

【0014】そして、このようなフォトダイオード12
0の受光領域と遮光膜190の上面にわたる領域には、
フォトダイオード120のP+型領域120Aと遮光膜
190とを接続するコンタクト膜200が設けられてい
る。このコンタクト膜200は、例えばタングステン等
の高融点金属よりなり、フォトダイオード120の受光
部全体を覆うとともに、遮光膜190の一部上面を覆う
状態で形成されている。なお、図では省略するが、遮光
膜190の上層には、各種の層間絶縁膜を介して上部配
線層が複数層形成され、その上に平坦化膜を介してカラ
ーフィルタやマイクロレンズが装着されている。
Then, such a photodiode 12
The light receiving region of 0 and the region extending over the upper surface of the light shielding film 190 are
A contact film 200 that connects the P + type region 120A of the photodiode 120 and the light shielding film 190 is provided. The contact film 200 is made of a refractory metal such as tungsten, and is formed so as to cover the entire light receiving portion of the photodiode 120 and partially cover the upper surface of the light shielding film 190. Although not shown in the figure, a plurality of upper wiring layers are formed on the upper layer of the light shielding film 190 via various interlayer insulating films, and color filters and microlenses are mounted on the upper wiring layers via a flattening film. ing.

【0015】次に、コンタクト膜200の作用について
説明する。本例のCCD固体撮像素子では、上述のよう
なコンタクト膜200を設けたことにより、フォトダイ
オード120のP+型領域120Aと遮光膜190が電
気的に接続され、同一電位に保持される。ここで遮光膜
190はシリコン基板110に接地されており、基準電
位に保持されることから、受光量の増減に伴う正孔の増
減にかかわらず、フォトダイオード120のP+型領域
120Aの電位は撮像領域全体で均一となり、従来のよ
うな電位勾配を除去できる。なお、遮光膜190はアル
ミニウム膜等よりなり、これを直接P+型領域120A
のシリコン層に接触させると、シリコン層が劣化するた
め、タングステン等のコンタクト膜200を用いること
で、シリコン膜の劣化を防止しつつ、遮光膜とフォトダ
イオード120のP+型領域120Aとを同電位に保持
する。
Next, the function of the contact film 200 will be described. In the CCD solid-state imaging device of this example, the P + type region 120A of the photodiode 120 and the light shielding film 190 are electrically connected by holding the contact film 200 as described above, and are held at the same potential. Here, since the light shielding film 190 is grounded to the silicon substrate 110 and is held at the reference potential, the potential of the P + type region 120A of the photodiode 120 is imaged regardless of the increase / decrease of holes due to the increase / decrease in the amount of received light. It becomes uniform in the entire region, and the conventional potential gradient can be removed. The light shielding film 190 is made of an aluminum film or the like, and is directly formed on the P + type region 120A.
Since the silicon layer is deteriorated when it is brought into contact with the silicon layer, the contact film 200 made of tungsten or the like is used to prevent the silicon film from being deteriorated, and the light shielding film and the P + type region 120A of the photodiode 120 have the same potential. Hold on.

【0016】また、このようなコンタクト膜200は、
十分薄膜に形成することで、フォトダイオード120に
入射する光の減衰を極めて小さくすることができ、感度
低下を招くことなく、各画素の電位勾配をなくして画像
全体で均一なレベルの画像出力を行うことができる。ま
た、画素電位の均一化によって飽和信号レベルを向上す
ることも可能である。なお、コンタクト膜200の材質
はタングステンに限らず、また、膜厚も必要な光の透過
率を得ることができるものに最適化するものとする。ま
た、図1に示すコンタクト膜200は、遮光膜190の
上面まで延びたものとしたが、必ずしもこのような形状
でなくともよく、例えば遮光膜190の開口部190A
の縁部に接触する状態で形成されているものであっても
よい。
Further, such a contact film 200 is
By forming a sufficiently thin film, the attenuation of the light incident on the photodiode 120 can be made extremely small, the potential gradient of each pixel can be eliminated without causing a decrease in sensitivity, and an image output of a uniform level in the entire image can be obtained. It can be carried out. It is also possible to improve the saturation signal level by making the pixel potential uniform. The material of the contact film 200 is not limited to tungsten, and the thickness of the contact film 200 is optimized so that the required light transmittance can be obtained. Although the contact film 200 shown in FIG. 1 extends to the upper surface of the light shielding film 190, it does not necessarily have to have such a shape, and for example, the opening 190A of the light shielding film 190 may be used.
It may be formed so as to be in contact with the edge portion of.

【0017】また、図1に示す例では、フォトダイオー
ド120の受光部全体を覆うコンタクト膜200を設け
たが、図2に示すように、受光部の周辺領域だけに接触
するコンタクト膜210を設けてもよい。すなわち、こ
のコンタクト膜210は中心部に開口部210Aを有し
ており、この開口部210Aにより、光をコンタクト膜
210で減衰させることなくフォトダイオード120に
入射させることができる。なお、その他の部分は、図1
と同様であるので、同一の要素には同一符号を付して説
明は省略する。
Further, in the example shown in FIG. 1, the contact film 200 covering the entire light receiving portion of the photodiode 120 is provided, but as shown in FIG. 2, the contact film 210 contacting only the peripheral region of the light receiving portion is provided. May be. That is, the contact film 210 has an opening 210A at the center, and the opening 210A allows light to enter the photodiode 120 without being attenuated by the contact film 210. The other parts are shown in FIG.
The same elements are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0018】また、上述のようなコンタクト膜は、必ず
しも全ての単位画素に設けるのではなく、一部の単位画
素だけに設けるようにしても十分な効果を得ることがで
きるものである。また、この種の固体撮像素子において
は、上述のようにカラーフィルタ(入射光の波長選択手
段)が設けられているが、このカラーフィルタによって
画素毎に選択される光の波長に合わせて、コンタクト膜
の膜厚、形状、または材質を選定して最適化するように
してもよい。例えば、使用するコンタクト膜が短波長で
減衰が激しく、長波長で減衰が小さいものであれば、短
波長を選択する単位画素ではコンタクト膜を設けないよ
うにし、長波長を選択する単位画素でだけコンタクト膜
を設けるような構成とすることができる。
Further, the contact film as described above is not necessarily provided in all the unit pixels, but it is possible to obtain a sufficient effect even if it is provided only in a part of the unit pixels. Further, in this type of solid-state image pickup device, the color filter (incident light wavelength selection means) is provided as described above, and the contact is adjusted in accordance with the wavelength of light selected for each pixel by this color filter. The film thickness, shape, or material of the film may be selected and optimized. For example, if the contact film used has a strong attenuation at short wavelengths and a small attenuation at long wavelengths, the contact film should not be provided in the unit pixel that selects the short wavelength, and only in the unit pixel that selects the long wavelength. A contact film may be provided.

【0019】また、最近では、低輝度撮像信号と高輝度
撮像信号の両方を撮像して合成することにより、広ダイ
ナミックレンジの画像を得るような固体撮像素子が提案
されている。そこで、上述したコンタクト膜を低輝度撮
像信号の撮像を行う画素に対応して設けることにより、
コンタクト膜による光の減衰作用が問題になることな
く、遮光膜とフォトダイオードとを接続することが可能
となる。また、より積極的にコンタクト膜による光の減
衰作用を利用して、上述のような低輝度撮像信号の画素
に感度低下手段としてのコンタクト膜を設けることによ
り、入射光を減衰した低輝度撮像を実現することも可能
である。
Recently, there has been proposed a solid-state image pickup device which obtains an image of a wide dynamic range by picking up and combining both a low luminance image pickup signal and a high luminance image pickup signal. Therefore, by providing the above-mentioned contact film corresponding to the pixel for imaging the low-luminance imaging signal,
It is possible to connect the light-shielding film and the photodiode without causing a problem of light attenuation by the contact film. Further, by more positively utilizing the light attenuating action of the contact film, by providing a contact film as a sensitivity lowering means in the pixel of the low brightness image pickup signal as described above, low brightness image pickup in which incident light is attenuated can be performed. It can also be realized.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子によれば、光電変換素子の受光面と遮光膜とを接続す
るコンタクト膜を設け、光電変換素子の受光面と遮光膜
とを同電位に保持したことから、各単位画素の光電変換
素子について画素毎にコンタクトをとることができ、各
画素の電位勾配をなくして画像全体で均一なレベルの画
像出力を行うことができ、飽和信号レベルを向上するこ
とが可能となる。
As described above, according to the solid-state image pickup device of the present invention, the contact film for connecting the light receiving surface of the photoelectric conversion element and the light shielding film is provided, and the light receiving surface of the photoelectric conversion element and the light shielding film are made the same. Since the photoelectric conversion element of each unit pixel can be contacted for each pixel because it is held at the potential, it is possible to eliminate the potential gradient of each pixel and perform image output at a uniform level in the entire image, and the saturation signal It is possible to improve the level.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態によるCCD固体撮
像素子における各単位画素の構成を示す省略平面図およ
びa−a線断面図である。
FIG. 1 is an abbreviated plan view and an aa line sectional view showing a configuration of each unit pixel in a CCD solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態によるCCD固体撮
像素子における各単位画素の構成を示す省略平面図およ
びb−b線断面図である。
FIG. 2 is an abbreviated plan view and a cross-sectional view taken along the line bb, showing the configuration of each unit pixel in a CCD solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】CCD固体撮像素子の構成を示す概略平面図で
ある。
FIG. 3 is a schematic plan view showing a configuration of a CCD solid-state image sensor.

【図4】従来例によるCCD固体撮像素子における各単
位画素の構成を示す省略平面図およびc−c線断面図で
ある。
4A and 4B are an abbreviated plan view and a cross-sectional view taken along line cc showing the configuration of each unit pixel in a CCD solid-state image sensor according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110……半導体基板(シリコン基板)、120……フ
ォトダイオード、120A……P+型領域、120B…
…N型領域、130……CCD垂直転送レジスタ、14
0……CCD水平転送レジスタ、150……読み出しゲ
ート領域、160……画素分離領域、170A、170
B……絶縁膜、180……転送電極、190……遮光
膜、190A……開口部、200、210……コンタク
ト膜。
110 ... Semiconductor substrate (silicon substrate), 120 ... Photodiode, 120A ... P + type region, 120B ...
... N-type area, 130 ... CCD vertical transfer register, 14
0 ... CCD horizontal transfer register, 150 ... readout gate area, 160 ... pixel separation area, 170A, 170
B ... Insulating film, 180 ... Transfer electrode, 190 ... Shading film, 190A ... Opening part, 200, 210 ... Contact film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA02 AA05 AB01 BA13 CA04 CA40 DA03 FA06 FA20 FA28 FA33 GB03 GB11 GC07 GD04 GD07 5F049 MA02 MB03 NA04 NA20 NB05 QA03 QA20 RA02 RA08 RA10 SE02 SE05 SE11 SE17 SS03   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4M118 AA02 AA05 AB01 BA13 CA04                       CA40 DA03 FA06 FA20 FA28                       FA33 GB03 GB11 GC07 GD04                       GD07                 5F049 MA02 MB03 NA04 NA20 NB05                       QA03 QA20 RA02 RA08 RA10                       SE02 SE05 SE11 SE17 SS03

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ単位画素を構成する複数の光電
変換素子と、前記光電変換素子によって生成された信号
電荷を転送する電荷転送部とを設けた半導体基板上に、
前記電荷転送部の転送電極を設け、さらに前記転送電極
の上層に前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部
を設けた遮光膜を配置した固体撮像素子において、 前記光電変換素子の受光面から遮光膜にかけての少なく
とも一部の領域に、前記光電変換素子の受光面と遮光膜
とを接続するコンタクト膜を設け、前記光電変換素子の
受光面と遮光膜とを同電位に保持した、 ことを特徴とする固体撮像素子。
1. A semiconductor substrate provided with a plurality of photoelectric conversion elements each of which constitutes a unit pixel and a charge transfer section for transferring signal charges generated by the photoelectric conversion elements,
In a solid-state imaging device in which a transfer electrode of the charge transfer unit is provided, and a light-shielding film having an opening corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element is further provided on the transfer electrode, a light receiving surface of the photoelectric conversion element is provided. A contact film for connecting the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film is provided in at least a part of the light-shielding film, and the light-receiving surface of the photoelectric conversion element and the light-shielding film are held at the same potential. Characteristic solid-state image sensor.
【請求項2】 前記光電変換素子は、前記半導体基板の
表面に設けられた正孔蓄積領域と、その下層に設けられ
た電荷生成領域とを有するフォトダイオードであり、前
記コンタクト膜は前記正孔蓄積領域の表面に接触してい
ることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. The photoelectric conversion element is a photodiode having a hole accumulation region provided on the surface of the semiconductor substrate and a charge generation region provided below the hole accumulation region, and the contact film is the hole The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is in contact with the surface of the storage region.
【請求項3】 前記コンタクト膜は、前記光電変換素子
の受光面全体を覆う状態で形成されていることを特徴と
する請求項1記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact film is formed so as to cover the entire light receiving surface of the photoelectric conversion device.
【請求項4】 前記コンタクト膜は、前記光電変換素子
の受光面の一部に接触する状態で形成されていることを
特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact film is formed in a state of being in contact with a part of a light receiving surface of the photoelectric conversion element.
【請求項5】 前記コンタクト膜は、前記遮光膜の開口
部の縁部に接触する状態で形成されていることを特徴と
する請求項1記載の固体撮像素子。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact film is formed in a state of being in contact with an edge portion of the opening of the light shielding film.
【請求項6】 前記コンタクト膜は遮光膜と材質の異な
る金属膜より形成されていることを特徴とする請求項1
記載の固体撮像素子。
6. The contact film is formed of a metal film made of a material different from that of the light shielding film.
The solid-state image sensor according to claim 1.
【請求項7】 前記コンタクト膜は高融点金属膜より形
成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像
素子。
7. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the contact film is formed of a refractory metal film.
【請求項8】 前記コンタクト膜はタングステン膜より
形成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮
像素子。
8. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the contact film is formed of a tungsten film.
【請求項9】 前記コンタクト膜は光を透過する膜厚で
形成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮
像素子。
9. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the contact film is formed to have a film thickness that allows light to pass therethrough.
【請求項10】 前記半導体基板に設けられた複数の単
位画素のうち一部の単位画素の光電変換素子に対して前
記コンタクト膜を設けることを特徴とする請求項1記載
の固体撮像素子。
10. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the contact film is provided for a photoelectric conversion element of a part of the unit pixels of the plurality of unit pixels provided on the semiconductor substrate.
【請求項11】 前記複数の単位画素が半導体基板に2
次元配列で設けられ、前記電荷転送部が前記複数の単位
画素の列方向に設けられ、各画素からの信号電荷を読み
出して垂直方向に転送する複数のCCD垂直転送レジス
タと、前記CCD垂直転送レジスタから転送された信号
電荷を受け取って水平方向に転送する1つまたは複数の
CCD水平転送レジスタとからなることを特徴とする請
求項1記載の固体撮像素子。
11. The plurality of unit pixels are formed on a semiconductor substrate in two.
A plurality of CCD vertical transfer registers, which are arranged in a dimensional array, in which the charge transfer sections are provided in the column direction of the plurality of unit pixels, and which read out signal charges from each pixel and transfer them in the vertical direction; 2. The solid-state image sensor according to claim 1, further comprising one or a plurality of CCD horizontal transfer registers that receive the signal charges transferred from the CCD and transfer the signal charges in the horizontal direction.
【請求項12】 前記CCD水平転送レジスタから転送
された信号電荷を電気信号に変換して出力する出力部を
有することを特徴とする請求項11記載の固体撮像素
子。
12. The solid-state image sensor according to claim 11, further comprising an output unit that converts the signal charge transferred from the CCD horizontal transfer register into an electric signal and outputs the electric signal.
【請求項13】 前記複数の単位画素に入射する光の波
長を選択する波長選択手段を有することを特徴とする請
求項1記載の固体撮像素子。
13. The solid-state image sensor according to claim 1, further comprising a wavelength selection unit that selects a wavelength of light incident on the plurality of unit pixels.
【請求項14】 前記波長選択手段によって特定の波長
が選択される単位画素にだけ前記コンタクト膜を設ける
ことを特徴とする請求項13記載の固体撮像素子。
14. The solid-state image pickup device according to claim 13, wherein the contact film is provided only in a unit pixel in which a specific wavelength is selected by the wavelength selection unit.
【請求項15】 前記波長選択手段によって選択される
波長に応じて前記コンタクト膜の膜厚、形状、または材
質の少なくとも1つが選定されていることを特徴とする
請求項13記載の固体撮像素子。
15. The solid-state imaging device according to claim 13, wherein at least one of the film thickness, shape, and material of the contact film is selected according to the wavelength selected by the wavelength selecting means.
【請求項16】 前記複数の単位画素のうち一部の単位
画素が感度を落として検出する単位画素であり、前記感
度を落として検出する単位画素にだけ前記コンタクト材
を設けたことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素
子。
16. A unit pixel of a part of the plurality of unit pixels is a unit pixel which is detected by lowering the sensitivity, and the contact material is provided only on the unit pixel which is detected by lowering the sensitivity. The solid-state image sensor according to claim 1.
【請求項17】 前記複数の単位画素のうち一部の単位
画素が感度を落として検出する単位画素であり、前記感
度を落として検出する単位画素の感度低下手段として前
記コンタクト材を設けたことを特徴とする請求項1記載
の固体撮像素子。
17. A part of the plurality of unit pixels is a unit pixel that is detected by lowering the sensitivity, and the contact material is provided as a sensitivity lowering unit of the unit pixel that is detected by lowering the sensitivity. The solid-state image sensor according to claim 1.
【請求項18】 前記遮光膜は半導体基板に接地されて
いることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
18. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the light shielding film is grounded to the semiconductor substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010539675A (en) * 2006-09-19 2010-12-16 ウードゥヴェ セミコンダクターズ Color image sensor with improved optical crosstalk

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