JP3372216B2 - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
等の光電変換部により得られた信号電荷を増幅して取り
出す増幅型の固体撮像装置に係わり、特に光電変換部の
受光領域を規定する金属膜の開口と光電変換部との位置
関係の改良をはかった増幅型固体撮像装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】被写体をレンズにより結像して撮像する
固体撮像装置においては、チップの中央部近傍の画素と
チップの周辺部近傍の画素とで入射光量が異なる問題が
ある。具体的には、チップの中央部では光量が多く、チ
ップ周辺部で光量が少なくなるため、チップ中央部とチ
ップ周辺部で感度が異なることになる。従来、この問題
を解決するため、スケーリングと称して色フィルタ部の
マイクロレンズの位置をフォトダイオードの中心方向へ
水平方向に少しずつずらしている。このスケーリングの
方法（１画素当たり０．００１μｍ程度ずらす）によ
り、チップ周辺部における感度がチップ中央部における
感度よりも低下することを補正している。 【０００３】ＣＣＤタイプの固体撮像装置は、図６に示
すように、フォトダイオード６２の開口を規定するアル
ミ遮光膜（或いはアルミ配線）６５は、キャパシタ電極
（ポリシリコン）、或いはゲート配線（ポリシリコン）
６３を覆うように形成されるが、開口を規定しているア
ルミ遮光膜６５はフォトダイオード６２の際まで広がっ
て形成されている。このため、アルミ遮光膜６５による
開口部におけるフォトダイオード６２との段差は、殆ど
がアルミ遮光膜６５の膜厚に起因するものであり、フォ
トダイオード表面と開口を規定するアルミ遮光膜６５と
の段差は極めて小さい。従って、上記したスケーリング
による感度の補正が可能である。 【０００４】これに対し、ＣＭＯＳセンサと称される増
幅型固体撮像装置では、図７に示すように、フォトダイ
オード７２の表面と開口を規定する金属膜（アルミ配
線，或いはアルミ遮光膜など）７４との間に、一般に１
μｍ以上の段差がある。この結果、従来の技術で、色フ
ィルタ部のマイクロレンズ７６でスケーリングを行って
も、実際にフォトダイオード７２の開口を規定する金属
膜７４で入射光がカットされ、チップの周辺部ではフォ
トダイオード７２に光が入射する量が滅少する。従っ
て、マイクロレンズ７６によるスケーリングでは感度の
補正が十分にできない。 【０００５】なお、図６中の６１は半導体基板、６４は
層間絶縁膜、６６，６７は平坦化絶縁膜、６８はマイク
ロレンズを示している。また、図７中の７３，７４は平
坦化用絶縁膜、７７は対物レンズ、７８は光路を示して
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＣ
ＭＯＳセンサにおいては、フォトダイオード表面と開口
を規定する金属膜との間に１μｍ以上の段差があるた
め、マイクロレンズでスケーリングを行っても、チップ
の中央部と周辺部で入射光量を合わせることができず、
感度の補正が十分にできないという問題があった。 【０００７】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、フォトダイオード表面
と開口を規定する金属膜との間に大きな段差があって
も、撮像領域の中央部と周辺部における入射光量を揃え
ることができ、撮像領域の中央部と周辺部で同じ感度を
得られるようにした増幅型の固体撮像装置を提供するこ
とにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。 【０００９】即ち本発明は、半導体基板上に、光電変換
部と信号走査回路部を含む単位セルが2次元アレイ状に
配置された撮像領域と、この撮像領域内の各セルからの
信号を読み出す信号線とを備えた増幅型固体撮像装置で
あって、前記光電変換部に対して光照射される領域を規
定する金属膜の開口領域の中心位置が、各々対応する光
電変換部の中心位置に対して、前記撮像領域の中心側に
ずれていることを特徴とする。 【００１０】 【００１１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 【００１２】(1) 金属膜の開口領域を撮像領域の中心側
にずらすと共に、マクロレンズ或いは色フィルタも同様
に撮像領域の中心側にずらすこと。 【００１３】(2) 金属膜は、アルミ配線であること。 【００１４】(3) 本発明の増幅型固体撮像装置を用い
て、画像入力装置又は電子カメラ等のシステムを構成す
ること。 【００１５】（作用）本発明によれば、光電変換部に対
して光照射される領域を規定する金属膜の開口領域の中
心位置を、各々対応する光電変換部の中心位置に対し
て、撮像領域の中心側にずらすことにより、斜め方向か
ら光電変換部に入射する光が金属膜でカットされるのを
防止でき、これにより撮像領域の周辺における感度低下
を抑制することができる。従って、フォトダイオード表
面と開口を規定する金属膜との間に大きな段差があって
も、撮像領域の中央部と周辺部における入射光量を揃え
ることができ、撮像領域の中央部と周辺部で同じ感度を
得ることが可能となる。 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わるＣＭＯＳセンサを示す回路構成図で
ある。 【００１９】光電変換のためのフォトダイオード１（１
−１−１，１−１−２，〜，１−３−３）、その信号を
読み出す読み出しトランジスタ２（２−１−１，２−１
−２，〜，２−３−３）、読み出した信号電荷を増幅す
る増幅トランジスタ３（３−１−１，３−１−２，〜，
３−３−３）、信号を読み出すラインを選択する垂直選
択トランジスタ４（４−１−１，４−１−２，〜４−３
−３）、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ
５（５−１−１，５−１−２，〜，５−３−３）からな
る単位セルが、３×３と二次元状に配列されている。な
お、実際にはこれより多くの単位セルが配列される。 【００２０】垂直シフトレジスタ６から水平方向に配線
されている水平アドレス線７（７−１，〜，７−３）は
垂直選択トランジスタ４のゲートに結線され、信号を読
み出すラインを決めている。リセット線８（８−１，
〜，８−３）はリセットトランジスタ５のゲートに結線
されている。増幅トランジスタ３のソースは垂直信号線
９（９−１，〜，９−３）に結線され、その一端には負
荷トランジスタ１０（１０−１，〜，１０−３）が設け
られている。垂直信号線９の他端は、水平シフトレジス
タ１２から供給される選択パルスにより選択される水平
選択トランジスタ１１（１１−１，〜，１１−３）を介
して水平信号線１３に結線されている。 【００２１】回路的な構成は従来装置と基本的に同様で
あるが、本実施形態は以下に示す素子構造、特に金属膜
の開口とフォトダイオードの位置関係が従来装置とは異
なっている。 【００２２】図２は、本実施形態を説明するための素子
構造断面図であり、特にフォトダイオード（光電変換
部）とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜と
の位置関係を示している。図中の２１は半導体基板、２
２はフォトダイオード（光電変換部）、２３は平坦化層
（絶縁膜）、２４は平坦化層及び色フィルタ、２５は読
み出しゲート、２６は配線電極等の遮光膜として機能す
る金属膜、２７はマイクロレンズ、２８は素子分離領域
（ＬＯＣＯＳ）を示している。 【００２３】図２に示すように、チップの中心画素で
は、フォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の
開口中心が一致しているが、チップの周辺画素では、フ
ォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の開口中
心をチップ中心側にずらしている。さらに、金属膜２６
の開口中心をずらすのに伴って、チップ周辺画素ではマ
イクロレンズ２７もチップ中心側にずらしている。 【００２４】図３に、チップを上から見たときのチップ
中心部とチップ周辺部のフォトダイオード２２と開口を
規定する金属膜２６との関係を示している。（ａ）はチ
ップ中心よりも左側の画素であり、フォトダイオード２
２の中心に対して金属膜２６の開口中心が右側（チップ
中心側）にずれている。（ｂ）はチップ中心の画素であ
り、フォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の
開口中心が一致している。（ｃ）はチップ中心よりも左
側の画素であり、フォトダイオード２２の中心に対して
金属膜２６の開口中心が左側（チップ中心側）にずれて
いる。 【００２５】次に、本実施形態装置の製造方法について
説明する。 【００２６】従来と同様の製造方法によって、ウェル形
成のイオン注入、熟拡散によりｐ型半導体層のｐウェ
ル、或いはｎ型半導体層のｎウェルを形成する。その
後、素子分離のためのＬＯＣＯＳを形成し、トランジス
タのしきい値を決めるためのイオン注入を行い、ゲート
電極或いはゲート配線２５などを形成する。このゲート
電極或いはゲート配線は、通常ポリシリコンで形成する
ことが一般的である。但し、必ずしもこれらの配線はポ
リシリコンに限るものではない。 【００２７】次いで、光電変換を行うフォトダイオード
を形成するため、レジスト塗布、パターニングを行い、
Ｐ（リン）などのｎ型半導体層を形成するイオンを、例
えば４００ｋｅＶのエネルギーで２×１０13ｃｍ-2のド
ーズ量で、イオン注入法により基板に打ち込み、所望の
形状のフォトダイオード２２を形成する。 【００２８】次いで、ウェハ表面をＢＰＳＧ或いはＰＳ
Ｇなどのガラス質の材料で平滑化する。この後、遮光膜
形成のため、アルミニウム等の金属膜２６を、例えば４
００ｎｍ堆積する。そして、レジスト塗布、パターニン
グを行う。このパターニング時に使用するマスクにおい
て、開口位置の中心がチップ中央近傍では、フォトダイ
オード２２の中心と一致している。なお、実際に形成す
る場合では、パターニング時の合わせずれなどで、０．
１〜０．２μｍ程度ずれることもある。 【００２９】これに対して、チップの周辺部画素におい
ては、マスクの開口位置の中心がフォトダイオード２２
の中心よりも、チップの中心位置の方向にずれている。
このため、このマスクを用いてパターニングすると、開
口を決める遮光膜等の金属膜（アルミニウム，チタン，
タングステン，モリプデン等の金属、或いは金属化合
物）２６の開口中心位置をフォトダイオード２２の中心
位置よりもチップの中心方向にずらして形成することが
できる。 【００３０】次いで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング
法）などでアルミ等の金属膜を加工して、フォトダイオ
ード２２の開口を規定する所望の形状の金属膜２６を形
成する。この後、従来の方法でパッシベーション膜（Ｓ
ｉＮなど）を堆積し、さらに色フィルタやマイクロレン
ズを形成することで、本実施形態の固体撮像装置が完成
することになる。 【００３１】このように本実施形態では、チップ中心部
の画素では、遮光膜として機能する金属膜２６の開口の
中心をフォトダイオード２２の開口の中心と一致させ、
チップ周辺部の画素では、金属膜２６の開口の中心をフ
ォトダイオード２２の開口の中心と一致させず、チップ
の中心方向にずらしている。このため、斜め方向からフ
ォトダイオード２２に入射する光が金属膜２６でカット
されるのを防止でき、チップ周辺における感度低下を抑
制することができる。従って、フォトダイオード表面と
開口を規定する金属膜との間に大きな段差があっても、
チップ領域の中央部と周辺部における入射光量を揃える
ことができ、チップの中央部と周辺部で感度の均一化を
はかることが可能となる。 【００３２】また、従来構成を大きく変える必要はな
く、配線層としての金属膜２６の開口位置を変えるのみ
でよく、簡易に実現し得るという利点がある。さらに、
製造方法としても、金属膜２６に開口を形成するための
マスクのパターンを変えるのみで、簡易に実現し得ると
いう利点がある。 【００３３】（第２の実施形態）図４ は、本発明の第２の実施形態に係わるＣＭＯＳセン
サの素子構造を模式的に示すもので、上側は断面図、下
側は平面図であり、特にフォトダイオード（光電変換
部）とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜と
の位置関係を示している。なお、図２と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、全
体の回路構成は前記図１と同様である。 【００３４】本実施形態が先に説明した第１の実施形態
と異なる点は、チップ周辺付近において開口を規定する
金属膜２６の開口領域２６ｂが、チップの中央付近にお
いて開口を規定する金属膜２６の開口領域２６ａよりも
広がっていることである。 【００３５】具体的な製造方法としては、第１の実施形
態の製造方法と同じであるが、開口を規定する金属膜２
６を形成するためにパターニング時に使用するマスクに
おいて、チップ中心部のフォトダイオード２２の開口を
規定する開口幅が、チップ周辺部のフォトダイオード２
２の開口を規定する開口幅よりも広くなっている。つま
り、チップ内でフォトダイオード２２の開口を規定する
開口面積が、チップ中心部よりもチップ周辺部の方で広
くなっている。 【００３６】これ以降は、第１の実施形態と同様に、従
来の製造方法でパッシベーション膜、更には色フィルタ
やマイクロレンズを形成して本実施形態の固体撮像装置
を形成することができる。 【００３７】このように構成された本実施形態では、先
の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこ
と、チップの周辺付近の開口領域をチップの中央付近の
開口領域よりも広くすることにより、チップの周辺にお
ける感度低下をより確実に抑制することが可能となる。 【００３８】（第３の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係わるＣＭＯＳセンサの素子構造を模式的
に示すもので、上側は断面図、下側は平面図であり、特
にフォトダイオード（光電変換部）とフォトダイオード
の開口面積を規定する金属膜との位置関係を示してい
る。なお、図２と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。また、全体の回路構成は前記図
１と同様である。 【００３９】本実施形態が先の第２の実施形態と異なる
点は、光電変換を行うフォトダイオード２２の面積がチ
ップの中心部とチップの周辺部で異なっており、チップ
周辺部のフォトダイオード２２の面積が、チップ中心部
のフォトダイオード２２のそれよりも大きくなっている
ことである。 【００４０】製造方法としては、フォトダイオード形成
時に使用するマスクにおいて、チップ周辺部に該当する
フォトダイオードの面積が、チップ中心部に該当するフ
ォトダイオードの面積よりも広くなっている。この特徴
を持つマスクを使うことで、本実施形態の固体撮像装置
を形成することができる。 【００４１】このような構成であっても、先の第２の実
施形態と同様の効果が得られるのは勿論である。 【００４２】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。１つの画素となる基本セルの回路
構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、光電変
換部で得られた信号電荷を増幅して取り出すことのでき
る構成であればよい。また、チップ周辺画素における金
属膜による開口中心のずれ量や開口面積増大量等の条件
は、仕様に応じて適宜定めればよい。また、本発明の増
幅型固体撮像装置を使って、カメラシステムなど画像を
撮影できる画像入力装置（カメラシステム）を作ること
も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。 【００４３】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、増
幅型固体撮像装置において、光電変換部に対して光照射
される領域を規定する金属膜の開口領域の中心位置を、
各々対応する光電変換部の中心位置に対して、撮像領域
の中心側にずらすことにより、チップ周辺部における感
度低下を抑制することができ、フォトダイオード表面と
開口を規定する金属膜との間に大きな段差があっても、
撮像領域の中央部と周辺部で感度を揃えることが可能と
なる。
等の光電変換部により得られた信号電荷を増幅して取り
出す増幅型の固体撮像装置に係わり、特に光電変換部の
受光領域を規定する金属膜の開口と光電変換部との位置
関係の改良をはかった増幅型固体撮像装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】被写体をレンズにより結像して撮像する
固体撮像装置においては、チップの中央部近傍の画素と
チップの周辺部近傍の画素とで入射光量が異なる問題が
ある。具体的には、チップの中央部では光量が多く、チ
ップ周辺部で光量が少なくなるため、チップ中央部とチ
ップ周辺部で感度が異なることになる。従来、この問題
を解決するため、スケーリングと称して色フィルタ部の
マイクロレンズの位置をフォトダイオードの中心方向へ
水平方向に少しずつずらしている。このスケーリングの
方法（１画素当たり０．００１μｍ程度ずらす）によ
り、チップ周辺部における感度がチップ中央部における
感度よりも低下することを補正している。 【０００３】ＣＣＤタイプの固体撮像装置は、図６に示
すように、フォトダイオード６２の開口を規定するアル
ミ遮光膜（或いはアルミ配線）６５は、キャパシタ電極
（ポリシリコン）、或いはゲート配線（ポリシリコン）
６３を覆うように形成されるが、開口を規定しているア
ルミ遮光膜６５はフォトダイオード６２の際まで広がっ
て形成されている。このため、アルミ遮光膜６５による
開口部におけるフォトダイオード６２との段差は、殆ど
がアルミ遮光膜６５の膜厚に起因するものであり、フォ
トダイオード表面と開口を規定するアルミ遮光膜６５と
の段差は極めて小さい。従って、上記したスケーリング
による感度の補正が可能である。 【０００４】これに対し、ＣＭＯＳセンサと称される増
幅型固体撮像装置では、図７に示すように、フォトダイ
オード７２の表面と開口を規定する金属膜（アルミ配
線，或いはアルミ遮光膜など）７４との間に、一般に１
μｍ以上の段差がある。この結果、従来の技術で、色フ
ィルタ部のマイクロレンズ７６でスケーリングを行って
も、実際にフォトダイオード７２の開口を規定する金属
膜７４で入射光がカットされ、チップの周辺部ではフォ
トダイオード７２に光が入射する量が滅少する。従っ
て、マイクロレンズ７６によるスケーリングでは感度の
補正が十分にできない。 【０００５】なお、図６中の６１は半導体基板、６４は
層間絶縁膜、６６，６７は平坦化絶縁膜、６８はマイク
ロレンズを示している。また、図７中の７３，７４は平
坦化用絶縁膜、７７は対物レンズ、７８は光路を示して
いる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＣ
ＭＯＳセンサにおいては、フォトダイオード表面と開口
を規定する金属膜との間に１μｍ以上の段差があるた
め、マイクロレンズでスケーリングを行っても、チップ
の中央部と周辺部で入射光量を合わせることができず、
感度の補正が十分にできないという問題があった。 【０００７】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、フォトダイオード表面
と開口を規定する金属膜との間に大きな段差があって
も、撮像領域の中央部と周辺部における入射光量を揃え
ることができ、撮像領域の中央部と周辺部で同じ感度を
得られるようにした増幅型の固体撮像装置を提供するこ
とにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。 【０００９】即ち本発明は、半導体基板上に、光電変換
部と信号走査回路部を含む単位セルが2次元アレイ状に
配置された撮像領域と、この撮像領域内の各セルからの
信号を読み出す信号線とを備えた増幅型固体撮像装置で
あって、前記光電変換部に対して光照射される領域を規
定する金属膜の開口領域の中心位置が、各々対応する光
電変換部の中心位置に対して、前記撮像領域の中心側に
ずれていることを特徴とする。 【００１０】 【００１１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 【００１２】(1) 金属膜の開口領域を撮像領域の中心側
にずらすと共に、マクロレンズ或いは色フィルタも同様
に撮像領域の中心側にずらすこと。 【００１３】(2) 金属膜は、アルミ配線であること。 【００１４】(3) 本発明の増幅型固体撮像装置を用い
て、画像入力装置又は電子カメラ等のシステムを構成す
ること。 【００１５】（作用）本発明によれば、光電変換部に対
して光照射される領域を規定する金属膜の開口領域の中
心位置を、各々対応する光電変換部の中心位置に対し
て、撮像領域の中心側にずらすことにより、斜め方向か
ら光電変換部に入射する光が金属膜でカットされるのを
防止でき、これにより撮像領域の周辺における感度低下
を抑制することができる。従って、フォトダイオード表
面と開口を規定する金属膜との間に大きな段差があって
も、撮像領域の中央部と周辺部における入射光量を揃え
ることができ、撮像領域の中央部と周辺部で同じ感度を
得ることが可能となる。 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。 【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わるＣＭＯＳセンサを示す回路構成図で
ある。 【００１９】光電変換のためのフォトダイオード１（１
−１−１，１−１−２，〜，１−３−３）、その信号を
読み出す読み出しトランジスタ２（２−１−１，２−１
−２，〜，２−３−３）、読み出した信号電荷を増幅す
る増幅トランジスタ３（３−１−１，３−１−２，〜，
３−３−３）、信号を読み出すラインを選択する垂直選
択トランジスタ４（４−１−１，４−１−２，〜４−３
−３）、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ
５（５−１−１，５−１−２，〜，５−３−３）からな
る単位セルが、３×３と二次元状に配列されている。な
お、実際にはこれより多くの単位セルが配列される。 【００２０】垂直シフトレジスタ６から水平方向に配線
されている水平アドレス線７（７−１，〜，７−３）は
垂直選択トランジスタ４のゲートに結線され、信号を読
み出すラインを決めている。リセット線８（８−１，
〜，８−３）はリセットトランジスタ５のゲートに結線
されている。増幅トランジスタ３のソースは垂直信号線
９（９−１，〜，９−３）に結線され、その一端には負
荷トランジスタ１０（１０−１，〜，１０−３）が設け
られている。垂直信号線９の他端は、水平シフトレジス
タ１２から供給される選択パルスにより選択される水平
選択トランジスタ１１（１１−１，〜，１１−３）を介
して水平信号線１３に結線されている。 【００２１】回路的な構成は従来装置と基本的に同様で
あるが、本実施形態は以下に示す素子構造、特に金属膜
の開口とフォトダイオードの位置関係が従来装置とは異
なっている。 【００２２】図２は、本実施形態を説明するための素子
構造断面図であり、特にフォトダイオード（光電変換
部）とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜と
の位置関係を示している。図中の２１は半導体基板、２
２はフォトダイオード（光電変換部）、２３は平坦化層
（絶縁膜）、２４は平坦化層及び色フィルタ、２５は読
み出しゲート、２６は配線電極等の遮光膜として機能す
る金属膜、２７はマイクロレンズ、２８は素子分離領域
（ＬＯＣＯＳ）を示している。 【００２３】図２に示すように、チップの中心画素で
は、フォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の
開口中心が一致しているが、チップの周辺画素では、フ
ォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の開口中
心をチップ中心側にずらしている。さらに、金属膜２６
の開口中心をずらすのに伴って、チップ周辺画素ではマ
イクロレンズ２７もチップ中心側にずらしている。 【００２４】図３に、チップを上から見たときのチップ
中心部とチップ周辺部のフォトダイオード２２と開口を
規定する金属膜２６との関係を示している。（ａ）はチ
ップ中心よりも左側の画素であり、フォトダイオード２
２の中心に対して金属膜２６の開口中心が右側（チップ
中心側）にずれている。（ｂ）はチップ中心の画素であ
り、フォトダイオード２２の中心に対して金属膜２６の
開口中心が一致している。（ｃ）はチップ中心よりも左
側の画素であり、フォトダイオード２２の中心に対して
金属膜２６の開口中心が左側（チップ中心側）にずれて
いる。 【００２５】次に、本実施形態装置の製造方法について
説明する。 【００２６】従来と同様の製造方法によって、ウェル形
成のイオン注入、熟拡散によりｐ型半導体層のｐウェ
ル、或いはｎ型半導体層のｎウェルを形成する。その
後、素子分離のためのＬＯＣＯＳを形成し、トランジス
タのしきい値を決めるためのイオン注入を行い、ゲート
電極或いはゲート配線２５などを形成する。このゲート
電極或いはゲート配線は、通常ポリシリコンで形成する
ことが一般的である。但し、必ずしもこれらの配線はポ
リシリコンに限るものではない。 【００２７】次いで、光電変換を行うフォトダイオード
を形成するため、レジスト塗布、パターニングを行い、
Ｐ（リン）などのｎ型半導体層を形成するイオンを、例
えば４００ｋｅＶのエネルギーで２×１０13ｃｍ-2のド
ーズ量で、イオン注入法により基板に打ち込み、所望の
形状のフォトダイオード２２を形成する。 【００２８】次いで、ウェハ表面をＢＰＳＧ或いはＰＳ
Ｇなどのガラス質の材料で平滑化する。この後、遮光膜
形成のため、アルミニウム等の金属膜２６を、例えば４
００ｎｍ堆積する。そして、レジスト塗布、パターニン
グを行う。このパターニング時に使用するマスクにおい
て、開口位置の中心がチップ中央近傍では、フォトダイ
オード２２の中心と一致している。なお、実際に形成す
る場合では、パターニング時の合わせずれなどで、０．
１〜０．２μｍ程度ずれることもある。 【００２９】これに対して、チップの周辺部画素におい
ては、マスクの開口位置の中心がフォトダイオード２２
の中心よりも、チップの中心位置の方向にずれている。
このため、このマスクを用いてパターニングすると、開
口を決める遮光膜等の金属膜（アルミニウム，チタン，
タングステン，モリプデン等の金属、或いは金属化合
物）２６の開口中心位置をフォトダイオード２２の中心
位置よりもチップの中心方向にずらして形成することが
できる。 【００３０】次いで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング
法）などでアルミ等の金属膜を加工して、フォトダイオ
ード２２の開口を規定する所望の形状の金属膜２６を形
成する。この後、従来の方法でパッシベーション膜（Ｓ
ｉＮなど）を堆積し、さらに色フィルタやマイクロレン
ズを形成することで、本実施形態の固体撮像装置が完成
することになる。 【００３１】このように本実施形態では、チップ中心部
の画素では、遮光膜として機能する金属膜２６の開口の
中心をフォトダイオード２２の開口の中心と一致させ、
チップ周辺部の画素では、金属膜２６の開口の中心をフ
ォトダイオード２２の開口の中心と一致させず、チップ
の中心方向にずらしている。このため、斜め方向からフ
ォトダイオード２２に入射する光が金属膜２６でカット
されるのを防止でき、チップ周辺における感度低下を抑
制することができる。従って、フォトダイオード表面と
開口を規定する金属膜との間に大きな段差があっても、
チップ領域の中央部と周辺部における入射光量を揃える
ことができ、チップの中央部と周辺部で感度の均一化を
はかることが可能となる。 【００３２】また、従来構成を大きく変える必要はな
く、配線層としての金属膜２６の開口位置を変えるのみ
でよく、簡易に実現し得るという利点がある。さらに、
製造方法としても、金属膜２６に開口を形成するための
マスクのパターンを変えるのみで、簡易に実現し得ると
いう利点がある。 【００３３】（第２の実施形態）図４ は、本発明の第２の実施形態に係わるＣＭＯＳセン
サの素子構造を模式的に示すもので、上側は断面図、下
側は平面図であり、特にフォトダイオード（光電変換
部）とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜と
の位置関係を示している。なお、図２と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、全
体の回路構成は前記図１と同様である。 【００３４】本実施形態が先に説明した第１の実施形態
と異なる点は、チップ周辺付近において開口を規定する
金属膜２６の開口領域２６ｂが、チップの中央付近にお
いて開口を規定する金属膜２６の開口領域２６ａよりも
広がっていることである。 【００３５】具体的な製造方法としては、第１の実施形
態の製造方法と同じであるが、開口を規定する金属膜２
６を形成するためにパターニング時に使用するマスクに
おいて、チップ中心部のフォトダイオード２２の開口を
規定する開口幅が、チップ周辺部のフォトダイオード２
２の開口を規定する開口幅よりも広くなっている。つま
り、チップ内でフォトダイオード２２の開口を規定する
開口面積が、チップ中心部よりもチップ周辺部の方で広
くなっている。 【００３６】これ以降は、第１の実施形態と同様に、従
来の製造方法でパッシベーション膜、更には色フィルタ
やマイクロレンズを形成して本実施形態の固体撮像装置
を形成することができる。 【００３７】このように構成された本実施形態では、先
の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこ
と、チップの周辺付近の開口領域をチップの中央付近の
開口領域よりも広くすることにより、チップの周辺にお
ける感度低下をより確実に抑制することが可能となる。 【００３８】（第３の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係わるＣＭＯＳセンサの素子構造を模式的
に示すもので、上側は断面図、下側は平面図であり、特
にフォトダイオード（光電変換部）とフォトダイオード
の開口面積を規定する金属膜との位置関係を示してい
る。なお、図２と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。また、全体の回路構成は前記図
１と同様である。 【００３９】本実施形態が先の第２の実施形態と異なる
点は、光電変換を行うフォトダイオード２２の面積がチ
ップの中心部とチップの周辺部で異なっており、チップ
周辺部のフォトダイオード２２の面積が、チップ中心部
のフォトダイオード２２のそれよりも大きくなっている
ことである。 【００４０】製造方法としては、フォトダイオード形成
時に使用するマスクにおいて、チップ周辺部に該当する
フォトダイオードの面積が、チップ中心部に該当するフ
ォトダイオードの面積よりも広くなっている。この特徴
を持つマスクを使うことで、本実施形態の固体撮像装置
を形成することができる。 【００４１】このような構成であっても、先の第２の実
施形態と同様の効果が得られるのは勿論である。 【００４２】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。１つの画素となる基本セルの回路
構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、光電変
換部で得られた信号電荷を増幅して取り出すことのでき
る構成であればよい。また、チップ周辺画素における金
属膜による開口中心のずれ量や開口面積増大量等の条件
は、仕様に応じて適宜定めればよい。また、本発明の増
幅型固体撮像装置を使って、カメラシステムなど画像を
撮影できる画像入力装置（カメラシステム）を作ること
も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。 【００４３】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、増
幅型固体撮像装置において、光電変換部に対して光照射
される領域を規定する金属膜の開口領域の中心位置を、
各々対応する光電変換部の中心位置に対して、撮像領域
の中心側にずらすことにより、チップ周辺部における感
度低下を抑制することができ、フォトダイオード表面と
開口を規定する金属膜との間に大きな段差があっても、
撮像領域の中央部と周辺部で感度を揃えることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるＣＭＯＳセンサを示す
回路構成図。 【図２】第１の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す素子構造断面図。 【図３】第１の実施形態を説明するためのもので、チッ
プ中心部とチップ周辺部のフォトダイオードと開口を規
定する金属膜との関係を示す平面図。 【図４】第２の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す模式図。 【図５】第３の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す模式図。 【図６】従来のＣＣＤタイプの撮像装置を示す素子構造
断面図。 【図７】チップ中央部の光電変換部とチップ周辺部の光
電変換部に光が入る時の光のパスを示す図。 【符号の説明】 １…フォトダイオード ２…読み出しトランジスタ ３…増幅トランジスタ ４…垂直選択トランジスタ ５…リセットトランジスタ ６…垂直シフトレジスタ ７…水平アドレス線 ８…リセット線 ９…垂直信号線 １０…負荷トランジスタ １１…水平選択トランジスタ １２…水平シフトレジスタ １３…水平信号線 ２１…半導体基板 ２２…フォトダイオード（光電変換部） ２３…平坦化層（酸化膜） ２４…平坦化層及び色フィルタ ２５…読み出しゲート ２６…金属膜（フォトダイオードの開口を規定する遮光
膜） ２７…マイクロレンズ ２８…素子分雑領域（ＬＯＣＯＳ）
回路構成図。 【図２】第１の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す素子構造断面図。 【図３】第１の実施形態を説明するためのもので、チッ
プ中心部とチップ周辺部のフォトダイオードと開口を規
定する金属膜との関係を示す平面図。 【図４】第２の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す模式図。 【図５】第３の実施形態を説明するためのもので、光電
変換部とフォトダイオードの開口面積を規定する金属膜
との位置関係を示す模式図。 【図６】従来のＣＣＤタイプの撮像装置を示す素子構造
断面図。 【図７】チップ中央部の光電変換部とチップ周辺部の光
電変換部に光が入る時の光のパスを示す図。 【符号の説明】 １…フォトダイオード ２…読み出しトランジスタ ３…増幅トランジスタ ４…垂直選択トランジスタ ５…リセットトランジスタ ６…垂直シフトレジスタ ７…水平アドレス線 ８…リセット線 ９…垂直信号線 １０…負荷トランジスタ １１…水平選択トランジスタ １２…水平シフトレジスタ １３…水平信号線 ２１…半導体基板 ２２…フォトダイオード（光電変換部） ２３…平坦化層（酸化膜） ２４…平坦化層及び色フィルタ ２５…読み出しゲート ２６…金属膜（フォトダイオードの開口を規定する遮光
膜） ２７…マイクロレンズ ２８…素子分雑領域（ＬＯＣＯＳ）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森 輝子
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝多摩川工場内
(56)参考文献 特開 平７−50401（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−228668（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/146
H01L 27/14
H04N 5/335
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】半導体基板上に、光電変換部と信号走査回
路部を含む単位セルが２次元アレイ状に配置された撮像
領域と、この撮像領域内の各セルからの信号を読み出す
信号線とを備えた増幅型固体撮像装置であって、 前記光電変換部に対して光照射される領域を規定する金
属膜の開口領域の中心位置が、各々対応する光電変換部
の中心位置に対して、前記撮像領域の中心側にずれてい
ることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| US09/407,847 US6344666B1 (en) | 1998-11-11 | 1999-09-29 | Amplifier-type solid-state image sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32058998A JP3372216B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 増幅型固体撮像装置 |
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|---|---|
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Family
ID=18123116
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32058998A Expired - Fee Related JP3372216B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 増幅型固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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