JP2924002B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2924002B2 JP2924002B2 JP1266942A JP26694289A JP2924002B2 JP 2924002 B2 JP2924002 B2 JP 2924002B2 JP 1266942 A JP1266942 A JP 1266942A JP 26694289 A JP26694289 A JP 26694289A JP 2924002 B2 JP2924002 B2 JP 2924002B2
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- electrodes
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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、特に電荷転送型
装置における性能を向上させる手段を具備した固体撮像
装置に関する。
装置における性能を向上させる手段を具備した固体撮像
装置に関する。
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。中でも電荷転送型（CCD型）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。
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。中でも電荷転送型（CCD型）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CCD型固体撮像装
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CCD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、φ１〜φ４は互いに90度位相の異なる
パルスを供給する伝送線である。電極61,62は２行お
き、即ち電極数にして４行おきに接続され伝送線φ１〜
φ４に接続される。
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CCD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、φ１〜φ４は互いに90度位相の異なる
パルスを供給する伝送線である。電極61,62は２行お
き、即ち電極数にして４行おきに接続され伝送線φ１〜
φ４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
加しフォトダイオード内の蓄積電荷をCCD転送チャネル
３内に移す。しかる後に電極61,62にパルスを加え、CCD
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
して検知される。このような構成の固体撮像装置では、
電極61,62はポリシリコン膜が使用されている。この電
極膜の層抵抗は15〜20Ω／□程度である。１インチ光学
系に適合したTV用CCD型固体撮像装置では、このポリシ
リコン電極は幅が約２μｍ長さが14mmとなる。この電極
の一端からパルスを加えた時、他端の抵抗値は100KΩ以
上であり、また当該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、CCD転送チャネル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。
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
加しフォトダイオード内の蓄積電荷をCCD転送チャネル
３内に移す。しかる後に電極61,62にパルスを加え、CCD
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
して検知される。このような構成の固体撮像装置では、
電極61,62はポリシリコン膜が使用されている。この電
極膜の層抵抗は15〜20Ω／□程度である。１インチ光学
系に適合したTV用CCD型固体撮像装置では、このポリシ
リコン電極は幅が約２μｍ長さが14mmとなる。この電極
の一端からパルスを加えた時、他端の抵抗値は100KΩ以
上であり、また当該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、CCD転送チャネル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。
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は金属電極を示す。この例で
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CCD転送チャネル部の電極上部に４電極ご
とに形成され、このコンタクト穴を介して電極61,62が
金属電極９と接続されている。さらに、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
ている。
示し、８はコンタクト穴,9は金属電極を示す。この例で
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CCD転送チャネル部の電極上部に４電極ご
とに形成され、このコンタクト穴を介して電極61,62が
金属電極９と接続されている。さらに、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
ている。
第６図に示した例では、１画素の寸法を５μｍ×５μ
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金属電極に接
続されるため、電極61,62の抵抗はほとんど金属電極９
の抵抗値に低減できる。通常は金属電極９としてはAlを
用いており、この層抵抗は１Ω／□以下であるため、CC
Dの転送電極61,62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。
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金属電極に接
続されるため、電極61,62の抵抗はほとんど金属電極９
の抵抗値に低減できる。通常は金属電極９としてはAlを
用いており、この層抵抗は１Ω／□以下であるため、CC
Dの転送電極61,62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、CCD型固体撮像装置では、装置の表面に入射す
る光がCCD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表面に遮
光膜を設ける。従来、この遮光膜としてはAlを用いてお
り、金属電極９を遮光膜として兼ねることも行われてい
る。
る光がCCD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表面に遮
光膜を設ける。従来、この遮光膜としてはAlを用いてお
り、金属電極９を遮光膜として兼ねることも行われてい
る。
しかしながら、かかる従来装置ではスミア現象を完全
に防止するのほ難しい。第７図（ａ）は第６図おけるＡ
−Ａ′部分の断面構造を説明する図であり、図に於て、
１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はコンタクト穴、９は金属電極、10
は光路をそれぞれ示す。かかる構造の固体撮像装置で
は、ポリシリコン電極61が光を透過するため、CCD電荷
転送チャネル３上部に設けられた金属電極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10に示す構造の場合は、金属電極９の幅
が狭いと光が直接CCD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）の示す如く、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。
に防止するのほ難しい。第７図（ａ）は第６図おけるＡ
−Ａ′部分の断面構造を説明する図であり、図に於て、
１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はコンタクト穴、９は金属電極、10
は光路をそれぞれ示す。かかる構造の固体撮像装置で
は、ポリシリコン電極61が光を透過するため、CCD電荷
転送チャネル３上部に設けられた金属電極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10に示す構造の場合は、金属電極９の幅
が狭いと光が直接CCD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）の示す如く、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、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
の金属電極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に示すように基板表面で反射された光が
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、金属電極９としては反射率が100％に近
いAl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、当該部分での光の入射を防止すれば良い
が、このための金属電極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。
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
の金属電極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に示すように基板表面で反射された光が
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、金属電極９としては反射率が100％に近
いAl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、当該部分での光の入射を防止すれば良い
が、このための金属電極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。
本発明の固体撮像装置は、受光素子が分離領域で互い
に分離され２次元行列状に配列された受光部と、前記受
光素子の列ごとに設けられ前記受光素子で発生した信号
電荷を列方向に転送する転送チャネルと、前記受光素子
の行ごとに設けられ、受光素子の行間に行方向に延在
し、かつ前記転送チャネル上で一方の列方向に凸部を有
する複数の第１の電荷転送電極と、行方向に延在し、か
つ前記転送チャネル上で他方の行方向に凸部を有する複
数の第２の電荷転送電極を有し、前記第１の電荷転送電
極は、前記受光素子の行の片側で前記第２の電荷転送電
極と前記行方向に延在する部分が重なり合い、かつ、前
記第１の電荷転送電極の凸部は、前記受光素子の他方の
側に隣接して設けられた第２の電荷転送電極の凸部と一
部で重なり合うように配置され、前記転送チャネル上に
列方向に延在して設けられた第１の金属電極とを有し、
前記第１又は第２の電荷転送電極の何れかで同相のパル
スを印加するものを前記第１の金属電極とコンタクト穴
を介して接続されてなる固体撮像装置に於いて、前記第
１及び第２の電荷転送電極が行方向に延在する部分の上
部に前記第１の金属電極と絶縁した光を遮断する第２の
金属電極を設けたことを特徴とする。
に分離され２次元行列状に配列された受光部と、前記受
光素子の列ごとに設けられ前記受光素子で発生した信号
電荷を列方向に転送する転送チャネルと、前記受光素子
の行ごとに設けられ、受光素子の行間に行方向に延在
し、かつ前記転送チャネル上で一方の列方向に凸部を有
する複数の第１の電荷転送電極と、行方向に延在し、か
つ前記転送チャネル上で他方の行方向に凸部を有する複
数の第２の電荷転送電極を有し、前記第１の電荷転送電
極は、前記受光素子の行の片側で前記第２の電荷転送電
極と前記行方向に延在する部分が重なり合い、かつ、前
記第１の電荷転送電極の凸部は、前記受光素子の他方の
側に隣接して設けられた第２の電荷転送電極の凸部と一
部で重なり合うように配置され、前記転送チャネル上に
列方向に延在して設けられた第１の金属電極とを有し、
前記第１又は第２の電荷転送電極の何れかで同相のパル
スを印加するものを前記第１の金属電極とコンタクト穴
を介して接続されてなる固体撮像装置に於いて、前記第
１及び第２の電荷転送電極が行方向に延在する部分の上
部に前記第１の金属電極と絶縁した光を遮断する第２の
金属電極を設けたことを特徴とする。
以下、本発明を実施例を用いて説明する。
第１図は参考例によるCCD型固体撮像装置の概略装置
構成を示す平面図であり、第６図と同記号は同一機能を
有する物質を示す。この参考例では金属電極９の幅がポ
リシリコンから成る電極61,62が積層された部分、即ち
第６図におけるＢ−Ｂ′部分のみ幅広く設けられる。第
２図，第３（ａ）図は、当該部分即ち第１図におけるＢ
−Ｂ′部分より詳細に説明するための平面図である。第
２図では、金属電極９はポリシリコン電極61,62の積層
部上部のみに幅広く設けられる。第３（ａ）図では、金
属電極９の幅はポリシリコン電極61,62の積層部上部で
幅広く設けられるが、当該部分Ｃ−Ｃ′での断面構造
は、第３（ｂ）図に示すように金属電極９がポリシリコ
ン電極61,62の積層部の側壁部にも設けられている。
構成を示す平面図であり、第６図と同記号は同一機能を
有する物質を示す。この参考例では金属電極９の幅がポ
リシリコンから成る電極61,62が積層された部分、即ち
第６図におけるＢ−Ｂ′部分のみ幅広く設けられる。第
２図，第３（ａ）図は、当該部分即ち第１図におけるＢ
−Ｂ′部分より詳細に説明するための平面図である。第
２図では、金属電極９はポリシリコン電極61,62の積層
部上部のみに幅広く設けられる。第３（ａ）図では、金
属電極９の幅はポリシリコン電極61,62の積層部上部で
幅広く設けられるが、当該部分Ｃ−Ｃ′での断面構造
は、第３（ｂ）図に示すように金属電極９がポリシリコ
ン電極61,62の積層部の側壁部にも設けられている。
第２図、第３（ａ）図に示す参考例金属電極構造によ
れば、半導体基板と金属電極との間に距離があることに
よる光の多重反射が発生する部分で、遮光膜の幅を広く
設けることにより、スミア特性を著しく低減することが
できる。第２図の参考例に比べ第３図の参考例の方がス
ミア特性の改善効果が高く、第３図の構造では100dBと
極限にまで低減することが出来た。なお、上記した参考
例で金属電極９を広く設けることによりフォトダイオー
ドの光に対する開口寸法はほとんど変わらず、従って、
感度の低下はほとんど見られなかった。
れば、半導体基板と金属電極との間に距離があることに
よる光の多重反射が発生する部分で、遮光膜の幅を広く
設けることにより、スミア特性を著しく低減することが
できる。第２図の参考例に比べ第３図の参考例の方がス
ミア特性の改善効果が高く、第３図の構造では100dBと
極限にまで低減することが出来た。なお、上記した参考
例で金属電極９を広く設けることによりフォトダイオー
ドの光に対する開口寸法はほとんど変わらず、従って、
感度の低下はほとんど見られなかった。
第４図は本発明の実施例を説明する平面図である。図
に於て、第１〜３図と同記号は同一機能を有する物質を
示し、11は第２の金属電極である。当該例では電極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の金属電極
11が設けられる。第４（ｂ）図は第４（ａ）図における
Ｂ−Ｂ′の位置の断面構造を説明する図である。当該例
では第２の金属電極11も遮光膜として使用されるため、
光の多重反射によるスミア特性の劣化を有効に防止する
ことが出来る。なお、当該例では第２の金属電極11はポ
リシリコン電極61,62が積層された部分にのみ設けられ
たが、金属電極９の全体をおおう領域に設けても本発明
の目的を達成することが出来、この選択は自由である。
さらに、第３（ｂ）図に於て述べたように、当該第２の
金属電極11をポリシリコン電極61,62の側壁部を含める
領域に設けても良いことは言うまでもない。
に於て、第１〜３図と同記号は同一機能を有する物質を
示し、11は第２の金属電極である。当該例では電極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の金属電極
11が設けられる。第４（ｂ）図は第４（ａ）図における
Ｂ−Ｂ′の位置の断面構造を説明する図である。当該例
では第２の金属電極11も遮光膜として使用されるため、
光の多重反射によるスミア特性の劣化を有効に防止する
ことが出来る。なお、当該例では第２の金属電極11はポ
リシリコン電極61,62が積層された部分にのみ設けられ
たが、金属電極９の全体をおおう領域に設けても本発明
の目的を達成することが出来、この選択は自由である。
さらに、第３（ｂ）図に於て述べたように、当該第２の
金属電極11をポリシリコン電極61,62の側壁部を含める
領域に設けても良いことは言うまでもない。
上記した実施例では90度の位相差を持つパルスを用い
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CCDの場合には３電極おきに、さらに1
80度の位相差を持つパルスを用いた２相駆動CCDの場合
には３電極おき、コンタクト穴を設ければ良いことは明
らかである。
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CCDの場合には３電極おきに、さらに1
80度の位相差を持つパルスを用いた２相駆動CCDの場合
には３電極おき、コンタクト穴を設ければ良いことは明
らかである。
また、上記実施例では金属電極９および11としてAlを
用いても良いが、他の金属材料、例えばW,Mo,Ti,Rt等の
高融点材料、あるいはTiW,TiN等の合金を用いることも
出来る。特にW,MoはAlに比べて光反射率が半分以下であ
るため、光の多重反射によるスミア特性劣化をより効率
良く改善できるため好ましい。
用いても良いが、他の金属材料、例えばW,Mo,Ti,Rt等の
高融点材料、あるいはTiW,TiN等の合金を用いることも
出来る。特にW,MoはAlに比べて光反射率が半分以下であ
るため、光の多重反射によるスミア特性劣化をより効率
良く改善できるため好ましい。
また、上記実施例ではインターライン型CCDを用いて
説明したが、フレームトランスファ型CCDでもフレーム
インターライン型CCDでも本発明は適用できる。
説明したが、フレームトランスファ型CCDでもフレーム
インターライン型CCDでも本発明は適用できる。
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
た上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。
ルス伝達特性を大幅に向上し、かつ光感度を低下せしめ
た上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。
第１図は参考例を示す平面図、第２図は参考例の一例を
拡大した平面図、第３図（ａ）および（ｂ）は他の参考
例を拡大した平面図およびそのＣ−Ｃ′の断面図、第４
図は本発明の実施例の一部を拡大した平面図およびその
Ｂ−Ｂ′の断面図、第５図は従来例を示す平面図、第６
図は他の従来例を示す平面図、第７図（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ従来例での光の入射状況を示す断面図
である。 １……Ｎ型半導体基板、２……Ｐ型ウェル、３……CCD
の電荷転送チャネル、４……フォトダイオード、５……
P+分離領域、61,62……ポリシコン電極、７……絶縁
膜、８……コンタクト穴、９……金属電極、10……光
路。
拡大した平面図、第３図（ａ）および（ｂ）は他の参考
例を拡大した平面図およびそのＣ−Ｃ′の断面図、第４
図は本発明の実施例の一部を拡大した平面図およびその
Ｂ−Ｂ′の断面図、第５図は従来例を示す平面図、第６
図は他の従来例を示す平面図、第７図（ａ），（ｂ），
（ｃ）はそれぞれ従来例での光の入射状況を示す断面図
である。 １……Ｎ型半導体基板、２……Ｐ型ウェル、３……CCD
の電荷転送チャネル、４……フォトダイオード、５……
P+分離領域、61,62……ポリシコン電極、７……絶縁
膜、８……コンタクト穴、９……金属電極、10……光
路。
Claims (1)
- 【請求項１】受光素子が分離領域で互いに分離され２次
元行列状に配列された受光部と、前記受光素子の列ごと
に設けられ前記受光素子で発生した信号電荷を列方向に
転送する転送チャネルと、前記受光素子の行ごとに設け
られ、受光素子の行間に行方向に延在し、かつ前記転送
チャネル上で一方の列方向に凸部を有する複数の第１の
電荷転送電極と、行方向に延在し、かつ前記転送チャネ
ル上で他方の行方向に凸部を有する複数の第２の電荷転
送電極を有し、前記第１の電荷転送電極は、前記受光素
子の行の片側で前記第２の電荷転送電極と前記行方向に
延在する部分が重なり合い、かつ、前記第１の電荷転送
電極の凸部は、前記受光素子の他方の側に隣接して設け
られた第２の電荷転送電極の凸部と一部で重なり合うよ
うに配置され、前記転送チャネル上に列方向に延在して
設けられた第１の金属電極とを有し、前記第１又は第２
の電荷転送電極の何れかで同相のパルスを印加するもの
を前記第１の金属電極とコンタクト穴を介して接続され
てなる固体撮像装置に於いて、前記第１及び第２の電荷
転送電極が行方向に延在する部分の上部に前記第１の金
属電極と絶縁した光を遮断する第２の金属電極を設けた
ことを特徴とした固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266942A JP2924002B2 (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1266942A JP2924002B2 (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03126261A JPH03126261A (ja) | 1991-05-29 |
| JP2924002B2 true JP2924002B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17437827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1266942A Expired - Fee Related JP2924002B2 (ja) | 1989-10-12 | 1989-10-12 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924002B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09331055A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JP5207777B2 (ja) | 2008-03-06 | 2013-06-12 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-10-12 JP JP1266942A patent/JP2924002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03126261A (ja) | 1991-05-29 |
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