JP3391697B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号の読み出しに
ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを
用いたＭＯＳ型固体撮像装置およびその製造方法に関す
るものである。
ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを
用いたＭＯＳ型固体撮像装置およびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置は、信号の読み出し方式に
よって、ＣＣＤ（charge coupled device；電荷結合素
子）型とＭＯＳ型の二つに大きく分類される。近年、Ｍ
ＯＳ型固体撮像装置、特に、周辺回路を含めてＣＭＯＳ
（complementary MOS）プロセスで製造されるＣＭＯＳ
型固体撮像装置は、低電圧・低消費電力であり、周辺回
路とワン・チップ化できるという長所を有するため、Ｐ
Ｃ用小型カメラなどの携帯機器の画像入力素子として注
目されている。ＭＯＳ型固体撮像装置は、フォトダイオ
ード（受光部）と１個以上（通常、増幅用、リセット
用、選択用の３個）のＭＯＳトランジスタによって１画
素が構成され、受光部で光電変換された信号は１画素ご
とに増幅されて出力される。
よって、ＣＣＤ（charge coupled device；電荷結合素
子）型とＭＯＳ型の二つに大きく分類される。近年、Ｍ
ＯＳ型固体撮像装置、特に、周辺回路を含めてＣＭＯＳ
（complementary MOS）プロセスで製造されるＣＭＯＳ
型固体撮像装置は、低電圧・低消費電力であり、周辺回
路とワン・チップ化できるという長所を有するため、Ｐ
Ｃ用小型カメラなどの携帯機器の画像入力素子として注
目されている。ＭＯＳ型固体撮像装置は、フォトダイオ
ード（受光部）と１個以上（通常、増幅用、リセット
用、選択用の３個）のＭＯＳトランジスタによって１画
素が構成され、受光部で光電変換された信号は１画素ご
とに増幅されて出力される。
【０００３】固体撮像装置においては、受光部への入射
光とは無関係に熱的に発生する電荷（いわゆる暗電流）
が集積するため、出力信号には入射光に応答した信号電
荷に加えて暗電流が混合される。この暗電流は温度に依
存するため、暗電流が混合した出力信号は温度によって
増減し、その結果、入射画像に正確に応答した信号が得
られないという問題があった。そこで、一般に、暗電流
成分に対応する信号を出力する画素を設け、この画素か
らの信号を基準として他の画素からの信号を演算処理す
る方法が採られている。入射画像に応答した信号を出力
する撮像部に対して、この基準信号を出力する画素はオ
プティカルブラック部（以下、「ＯＢ部」とする。）と
呼ばれている。
光とは無関係に熱的に発生する電荷（いわゆる暗電流）
が集積するため、出力信号には入射光に応答した信号電
荷に加えて暗電流が混合される。この暗電流は温度に依
存するため、暗電流が混合した出力信号は温度によって
増減し、その結果、入射画像に正確に応答した信号が得
られないという問題があった。そこで、一般に、暗電流
成分に対応する信号を出力する画素を設け、この画素か
らの信号を基準として他の画素からの信号を演算処理す
る方法が採られている。入射画像に応答した信号を出力
する撮像部に対して、この基準信号を出力する画素はオ
プティカルブラック部（以下、「ＯＢ部」とする。）と
呼ばれている。
【０００４】図５は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置にお
けるＯＢ部の画素構造を示す断面図である。ＯＢ部の画
素は、受光部５４と、リセット用トランジスタ（ソース
である検出部５６、ドレインである不純物拡散領域５７
およびリセットゲート電極５３で構成される。）と、増
幅用トランジスタ５８と、選択用トランジスタとによっ
て構成される点では撮像部の画素と同様であるが、ＯＢ
部の受光部の上方には金属遮光膜５９が形成されてい
る。このように受光部を遮光した構造であるため、ＯＢ
部の画素から出力される信号には暗電流成分は含まれる
が、入射光に応答した信号は実質的に含まれない。よっ
て、このＯＢ部からの信号を基準にして他の画素からの
出力信号を演算処理することによって、暗電流成分を差
し引いた信号、つまり温度変化に対して安定な信号が得
られるのである。
けるＯＢ部の画素構造を示す断面図である。ＯＢ部の画
素は、受光部５４と、リセット用トランジスタ（ソース
である検出部５６、ドレインである不純物拡散領域５７
およびリセットゲート電極５３で構成される。）と、増
幅用トランジスタ５８と、選択用トランジスタとによっ
て構成される点では撮像部の画素と同様であるが、ＯＢ
部の受光部の上方には金属遮光膜５９が形成されてい
る。このように受光部を遮光した構造であるため、ＯＢ
部の画素から出力される信号には暗電流成分は含まれる
が、入射光に応答した信号は実質的に含まれない。よっ
て、このＯＢ部からの信号を基準にして他の画素からの
出力信号を演算処理することによって、暗電流成分を差
し引いた信号、つまり温度変化に対して安定な信号が得
られるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＳ型固体撮像装置
は、前述したように、各画素が受光部に加えて３個のト
ランジスタを備えているため１画素の回路が複雑であ
り、配線用の金属膜が多層（通常、３〜５層）に形成さ
れる。従来のＭＯＳ型固体撮像装置においては、これら
の配線用金属膜に加えて、更にＯＢ部の受光部を被覆す
る金属遮光膜が積層することとなる。その結果、チップ
厚が大きくなるため、オンチップ型レンズを使用する場
合レンズと受光部との距離が大きくなり、集光率の低
下、すなわち撮像装置の感度の低下を招くという問題が
あった。
は、前述したように、各画素が受光部に加えて３個のト
ランジスタを備えているため１画素の回路が複雑であ
り、配線用の金属膜が多層（通常、３〜５層）に形成さ
れる。従来のＭＯＳ型固体撮像装置においては、これら
の配線用金属膜に加えて、更にＯＢ部の受光部を被覆す
る金属遮光膜が積層することとなる。その結果、チップ
厚が大きくなるため、オンチップ型レンズを使用する場
合レンズと受光部との距離が大きくなり、集光率の低
下、すなわち撮像装置の感度の低下を招くという問題が
あった。
【０００６】本発明は、上記のような問題を解決し、高
感度の固体撮像装置を提供することを目的とする。
感度の固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、半導体基板内に形成され
た受光部および検出部と、前記受光部と前記検出部との
間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された転送
ゲート電極と、前記半導体基板内に形成され電源電圧と
電気的に接続された不純物拡散領域と、前記不純物拡散
領域と前記検出部との間の前記半導体基板上に前記絶縁
膜を介して形成されたリセットゲート電極と、前記検出
部と電気的に接続されたアンプ回路とを含む複数の画素
が配置されており、一部の前記画素が光に応答した信号
を出力する撮像部として機能し、他の一部の前記画素が
前記信号を演算処理するときの基準となる信号を出力す
るＯＢ部として機能する固体撮像装置であって、前記Ｏ
Ｂ部として機能する前記画素においては、前記受光部が
前記電源電圧と電気的に接続されていることを特徴とす
る。
め、本発明の固体撮像装置は、半導体基板内に形成され
た受光部および検出部と、前記受光部と前記検出部との
間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された転送
ゲート電極と、前記半導体基板内に形成され電源電圧と
電気的に接続された不純物拡散領域と、前記不純物拡散
領域と前記検出部との間の前記半導体基板上に前記絶縁
膜を介して形成されたリセットゲート電極と、前記検出
部と電気的に接続されたアンプ回路とを含む複数の画素
が配置されており、一部の前記画素が光に応答した信号
を出力する撮像部として機能し、他の一部の前記画素が
前記信号を演算処理するときの基準となる信号を出力す
るＯＢ部として機能する固体撮像装置であって、前記Ｏ
Ｂ部として機能する前記画素においては、前記受光部が
前記電源電圧と電気的に接続されていることを特徴とす
る。
【０００８】このような構成の固体撮像装置において
は、受光部で発生した電荷が蓄積されないような構造と
することでＯＢ部としての機能を付与しているため、Ｏ
Ｂ部の受光部を被覆する金属遮光膜が不要である。よっ
て、金属遮光膜を形成しないことにより、チップ厚を減
少させて撮像装置の感度を向上させることができ、また
製造プロセスの簡素化を図ることができる。また、図５
に示すような構造のＯＢ部では、ＯＢ部の受光部を被覆
する金属遮光膜に光が透過するような欠陥が生じる場合
があり、この欠陥による透過光の多少によって基準信号
が変動するおそれがあるが、本発明の固体撮像装置によ
ればこのような問題は回避され、安定した基準信号を得
ることができる。
は、受光部で発生した電荷が蓄積されないような構造と
することでＯＢ部としての機能を付与しているため、Ｏ
Ｂ部の受光部を被覆する金属遮光膜が不要である。よっ
て、金属遮光膜を形成しないことにより、チップ厚を減
少させて撮像装置の感度を向上させることができ、また
製造プロセスの簡素化を図ることができる。また、図５
に示すような構造のＯＢ部では、ＯＢ部の受光部を被覆
する金属遮光膜に光が透過するような欠陥が生じる場合
があり、この欠陥による透過光の多少によって基準信号
が変動するおそれがあるが、本発明の固体撮像装置によ
ればこのような問題は回避され、安定した基準信号を得
ることができる。
【０００９】前記固体撮像装置においては、前記ＯＢ部
として機能する前記画素においては、前記受光部の表面
に、前記受光部の他の領域よりも不純物濃度の高い領域
が形成されていることが好ましい。この好ましい例によ
れば、金属配線によって受光部と電源電圧とをより確実
に接続することができる。
として機能する前記画素においては、前記受光部の表面
に、前記受光部の他の領域よりも不純物濃度の高い領域
が形成されていることが好ましい。この好ましい例によ
れば、金属配線によって受光部と電源電圧とをより確実
に接続することができる。
【００１０】また、前記固体撮像装置においては、前記
撮像部として機能する前記画素においては、前記受光部
の表面に、前記受光部の他の領域とは反対の導電型の不
純物が導入された領域が形成されていることが好まし
い。この好ましい例によれば、撮像部の画素の受光部で
発生する暗電流が、その影響が無視できる程に小さいた
め、入射画像により正確に応答した出力画像が得られ
る。
撮像部として機能する前記画素においては、前記受光部
の表面に、前記受光部の他の領域とは反対の導電型の不
純物が導入された領域が形成されていることが好まし
い。この好ましい例によれば、撮像部の画素の受光部で
発生する暗電流が、その影響が無視できる程に小さいた
め、入射画像により正確に応答した出力画像が得られ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の固体撮像装置は、半導体
基板に複数の画素が二次元状に配置されてなり、一部の
画素は暗電流基準信号を得るためのＯＢ部として機能
し、その他の画素は入射光に応答した信号電荷を得るた
めの撮像部として機能する。図３に示すようにＯＢ部３
２は撮像部３１の周囲を取り囲むように配置される。
基板に複数の画素が二次元状に配置されてなり、一部の
画素は暗電流基準信号を得るためのＯＢ部として機能
し、その他の画素は入射光に応答した信号電荷を得るた
めの撮像部として機能する。図３に示すようにＯＢ部３
２は撮像部３１の周囲を取り囲むように配置される。
【００１２】図２は、撮像部となる画素の構造の一例を
示す断面図である。ｐ型シリコン基板２０内にｎ型不純
物拡散領域である受光部２４および検出部２６が形成さ
れている。受光部２４の不純物濃度は光電変換を行える
範囲であれば特に限定されないが、好ましくは１０15〜
１０16ｃｍ-3程度であり、拡散深さは０．５〜２．０μ
ｍ程度が適当である。また、好ましくは、受光部２４の
表面にｐ型不純物拡散層２５が形成される。このｐ型不
純物拡散層２５の不純物濃度は１０17〜１０19ｃｍ-3程
度、拡散深さは０．２〜０．６μｍ程度が適当である。
一方、検出部２６の不純物濃度は、金属配線によって電
気的に接続することができる範囲であれば特に限定され
ないが、好ましくは１０20ｃｍ-3以上である。また、こ
の検出部２６は同一画素内に形成された増幅用トランジ
スタ２８のゲート電極に金属配線によって接続される。
上記の受光部２４と検出部２６との間の基板上には、絶
縁膜２１を介して転送ゲート電極２２が形成されてい
る。この転送ゲート電極２２によって、信号電荷を受光
部から検出部へ転送することができ、信号を検出部の電
圧としてアンプ回路に入力することができる。
示す断面図である。ｐ型シリコン基板２０内にｎ型不純
物拡散領域である受光部２４および検出部２６が形成さ
れている。受光部２４の不純物濃度は光電変換を行える
範囲であれば特に限定されないが、好ましくは１０15〜
１０16ｃｍ-3程度であり、拡散深さは０．５〜２．０μ
ｍ程度が適当である。また、好ましくは、受光部２４の
表面にｐ型不純物拡散層２５が形成される。このｐ型不
純物拡散層２５の不純物濃度は１０17〜１０19ｃｍ-3程
度、拡散深さは０．２〜０．６μｍ程度が適当である。
一方、検出部２６の不純物濃度は、金属配線によって電
気的に接続することができる範囲であれば特に限定され
ないが、好ましくは１０20ｃｍ-3以上である。また、こ
の検出部２６は同一画素内に形成された増幅用トランジ
スタ２８のゲート電極に金属配線によって接続される。
上記の受光部２４と検出部２６との間の基板上には、絶
縁膜２１を介して転送ゲート電極２２が形成されてい
る。この転送ゲート電極２２によって、信号電荷を受光
部から検出部へ転送することができ、信号を検出部の電
圧としてアンプ回路に入力することができる。
【００１３】また、基板２０内には、また別のｎ型不純
物拡散領域２７が検出部２６から離間させて形成されて
いる。この不純物拡散領域２７の不純物濃度は、金属配
線によって電気的に接続することができる範囲であれば
よく、好ましくは１０20ｃｍ -3以上である。また、この
不純物拡散領域２７は金属配線によって電源電圧ＶDDに
接続されている。不純物拡散領域２７と検出部２６との
間の基板上には、絶縁膜２１を介してリセットゲート電
極２３が形成されている。つまり、この不純物拡散領域
２７をドレイン、検出部２６をソースとする１つのＭＯ
Ｓ型トランジスタが形成され、このトランジスタが検出
部に保持された信号電荷の排出を制御するリセット用ト
ランジスタとして機能する。図示を省略しているが、各
画素には、更に選択用トランジスタなどが形成されてい
る。
物拡散領域２７が検出部２６から離間させて形成されて
いる。この不純物拡散領域２７の不純物濃度は、金属配
線によって電気的に接続することができる範囲であれば
よく、好ましくは１０20ｃｍ -3以上である。また、この
不純物拡散領域２７は金属配線によって電源電圧ＶDDに
接続されている。不純物拡散領域２７と検出部２６との
間の基板上には、絶縁膜２１を介してリセットゲート電
極２３が形成されている。つまり、この不純物拡散領域
２７をドレイン、検出部２６をソースとする１つのＭＯ
Ｓ型トランジスタが形成され、このトランジスタが検出
部に保持された信号電荷の排出を制御するリセット用ト
ランジスタとして機能する。図示を省略しているが、各
画素には、更に選択用トランジスタなどが形成されてい
る。
【００１４】図１は、ＯＢ部となる画素の構造の一例を
示す断面図である。ＯＢ部の画素は、撮像部の画素と同
様に受光部と増幅用、リセット用、選択用の３個のトラ
ンジスタとを含むが、受光部に関わる部分の回路構造を
撮像部と相違させることによって、受光部に電荷が蓄積
しないような構造とされている。つまり、ｐ型シリコン
基板１０内に形成されたｎ型不純物拡散領域である受光
部１４に電源電圧ＶDDが印加されるような構造とされ、
受光部で発生する電荷は定常的に排出されるようになさ
れている。具体的には、受光部１４上に存在する絶縁膜
（絶縁膜１１、図示を省略している層間絶縁膜など）に
コンタクトをとるための開口が形成されており、受光部
はその開口部で配線用金属膜と接触し、この金属膜によ
って電源電圧ＶDDに接続されている。
示す断面図である。ＯＢ部の画素は、撮像部の画素と同
様に受光部と増幅用、リセット用、選択用の３個のトラ
ンジスタとを含むが、受光部に関わる部分の回路構造を
撮像部と相違させることによって、受光部に電荷が蓄積
しないような構造とされている。つまり、ｐ型シリコン
基板１０内に形成されたｎ型不純物拡散領域である受光
部１４に電源電圧ＶDDが印加されるような構造とされ、
受光部で発生する電荷は定常的に排出されるようになさ
れている。具体的には、受光部１４上に存在する絶縁膜
（絶縁膜１１、図示を省略している層間絶縁膜など）に
コンタクトをとるための開口が形成されており、受光部
はその開口部で配線用金属膜と接触し、この金属膜によ
って電源電圧ＶDDに接続されている。
【００１５】よって、受光部１４は、金属配線による接
続が可能な程度の不純物濃度、具体的には１０20ｃｍ-3
以上の不純物濃度を要する。但し、図１に示すように、
受光部１４表面に、金属配線による接続が可能な不純物
濃度、好ましくは１０20ｃｍ -3以上の濃度のｎ型不純物
拡散層１５を設ければ、受光部１４の不純物濃度を自由
に設定することができる。この場合、受光部１４の不純
物濃度は特に限定されないが、撮像部と同程度の不純物
濃度とすれば、ＯＢ部の受光部と撮像部の受光部とを同
時に形成でき、製造プロセスを簡素化できるため好まし
い。
続が可能な程度の不純物濃度、具体的には１０20ｃｍ-3
以上の不純物濃度を要する。但し、図１に示すように、
受光部１４表面に、金属配線による接続が可能な不純物
濃度、好ましくは１０20ｃｍ -3以上の濃度のｎ型不純物
拡散層１５を設ければ、受光部１４の不純物濃度を自由
に設定することができる。この場合、受光部１４の不純
物濃度は特に限定されないが、撮像部と同程度の不純物
濃度とすれば、ＯＢ部の受光部と撮像部の受光部とを同
時に形成でき、製造プロセスを簡素化できるため好まし
い。
【００１６】更に、撮像部の画素と同様に、基板内に検
出部１６および更に別の不純物拡散領域１７が形成さ
れ、受光部１４と検出部１６との間の基板１０上には絶
縁膜１１を介して転送ゲート電極１２が形成され、検出
部１６と不純物拡散領域１７との間の基板１０上には絶
縁膜１１を介してリセットゲート電極１３が形成されて
いる。更に、増幅用トランジスタ１８、図示を省略して
いるが選択用トランジスタなどが形成されている。撮像
部と同様に、検出部１６は増幅用トランジスタ１８のゲ
ート電極に、不純物拡散領域１７は電源電圧ＶDDに各々
接続されている。
出部１６および更に別の不純物拡散領域１７が形成さ
れ、受光部１４と検出部１６との間の基板１０上には絶
縁膜１１を介して転送ゲート電極１２が形成され、検出
部１６と不純物拡散領域１７との間の基板１０上には絶
縁膜１１を介してリセットゲート電極１３が形成されて
いる。更に、増幅用トランジスタ１８、図示を省略して
いるが選択用トランジスタなどが形成されている。撮像
部と同様に、検出部１６は増幅用トランジスタ１８のゲ
ート電極に、不純物拡散領域１７は電源電圧ＶDDに各々
接続されている。
【００１７】図４は、上記の両画素が二次元状に配置さ
れた状態の回路構成を示した図である。但し、図４にお
いては簡単のためＯＢ部が一行のみに存在するよう図示
しているが、実際には前述したようにＯＢ部は撮像部の
周囲を取り囲むように複数の行および列に形成される。
以下、図４を参照しながら、本発明の固体撮像装置の動
作について簡単に説明する。本固体撮像装置において
は、列選択用トランジスタ（４００など）および画素内
の選択用トランジスタ（１０４、２０４など）によって
画素が順次選択され、１画素毎に信号が出力される。列
選択用トランジスタおよび選択用トランジスタの駆動
は、各々、水平走査回路および垂直走査回路によって制
御される。
れた状態の回路構成を示した図である。但し、図４にお
いては簡単のためＯＢ部が一行のみに存在するよう図示
しているが、実際には前述したようにＯＢ部は撮像部の
周囲を取り囲むように複数の行および列に形成される。
以下、図４を参照しながら、本発明の固体撮像装置の動
作について簡単に説明する。本固体撮像装置において
は、列選択用トランジスタ（４００など）および画素内
の選択用トランジスタ（１０４、２０４など）によって
画素が順次選択され、１画素毎に信号が出力される。列
選択用トランジスタおよび選択用トランジスタの駆動
は、各々、水平走査回路および垂直走査回路によって制
御される。
【００１８】撮像部においては、受光部１０１に入射し
た光信号が光電変換されて信号電荷が発生し、この電荷
が受光部１０１に蓄積される。所定時間の蓄積が終了し
た後、転送ゲート電極１０２にパルスが印加され、受光
部１０１に蓄積された電荷は検出部１０３に転送され
る。次に、選択用トランジスタ１０４のゲート電極にパ
ルスが印加されることによって増幅用トランジスタ１０
５が活性化され、検出部１０３の電圧が垂直出力線３０
０に読み出される。信号電圧が読み出された後、リセッ
ト用トランジスタ１０６のゲート電極にパルスが印加さ
れ、検出部１０３に保持されていた電荷は電源へ排出さ
れる。垂直出力線３００に読み出された信号は、ノイズ
キャンセル回路に送られ各画素の増幅トランジスタの閾
値のばらつきに起因するノイズ成分が差引かれて出力さ
れる。なお、画素内の各トランジスタの駆動タイミング
は、タイミング発生回路によって制御されている。
た光信号が光電変換されて信号電荷が発生し、この電荷
が受光部１０１に蓄積される。所定時間の蓄積が終了し
た後、転送ゲート電極１０２にパルスが印加され、受光
部１０１に蓄積された電荷は検出部１０３に転送され
る。次に、選択用トランジスタ１０４のゲート電極にパ
ルスが印加されることによって増幅用トランジスタ１０
５が活性化され、検出部１０３の電圧が垂直出力線３０
０に読み出される。信号電圧が読み出された後、リセッ
ト用トランジスタ１０６のゲート電極にパルスが印加さ
れ、検出部１０３に保持されていた電荷は電源へ排出さ
れる。垂直出力線３００に読み出された信号は、ノイズ
キャンセル回路に送られ各画素の増幅トランジスタの閾
値のばらつきに起因するノイズ成分が差引かれて出力さ
れる。なお、画素内の各トランジスタの駆動タイミング
は、タイミング発生回路によって制御されている。
【００１９】一方、ＯＢ部においては、受光部２０１に
は電源電圧ＶDDが印加されているため、受光部２０１で
光電変換されて発生した信号電荷は蓄積されることなく
定常的に排出される。転送ゲート電極２０２および各ト
ランジスタ（選択用トランジスタ２０４、増幅用トラン
ジスタ２０５、リセット用トランジスタ２０６）が前述
の撮像部における動作と同様に駆動し、信号が垂直出力
線３００に読み出され、ノイズキャンセル回路でノイズ
成分が差引かれて出力される。よって、ＯＢ部から出力
される信号は、受光部以外で発生する電荷（暗電流）に
対応する信号であり、換言すれば、撮像部で得られる信
号から受光部で発生する電荷成分を除いたのと同等の信
号である。従って、撮像部の出力信号に、ＯＢ部の出力
信号を差引く演算処理を施すことによって、受光部で発
生した電荷に対応した信号、つまり暗電流成分をほとん
ど含まず温度変化に対しても安定な信号を取り出すこと
ができる。
は電源電圧ＶDDが印加されているため、受光部２０１で
光電変換されて発生した信号電荷は蓄積されることなく
定常的に排出される。転送ゲート電極２０２および各ト
ランジスタ（選択用トランジスタ２０４、増幅用トラン
ジスタ２０５、リセット用トランジスタ２０６）が前述
の撮像部における動作と同様に駆動し、信号が垂直出力
線３００に読み出され、ノイズキャンセル回路でノイズ
成分が差引かれて出力される。よって、ＯＢ部から出力
される信号は、受光部以外で発生する電荷（暗電流）に
対応する信号であり、換言すれば、撮像部で得られる信
号から受光部で発生する電荷成分を除いたのと同等の信
号である。従って、撮像部の出力信号に、ＯＢ部の出力
信号を差引く演算処理を施すことによって、受光部で発
生した電荷に対応した信号、つまり暗電流成分をほとん
ど含まず温度変化に対しても安定な信号を取り出すこと
ができる。
【００２０】このように本発明の固体撮像装置は、受光
部の電荷を排出できる構造とすることによってＯＢ部と
しての機能を実現しているため、ＯＢ部の受光部を被覆
する金属遮光膜が不要である。この金属遮光膜を形成し
ないことによって、製造プロセスを簡素化でき、更にチ
ップ厚を減少させて撮像装置の感度を向上させることが
できる。また、図５に示すような構造のＯＢ部を有する
従来の固体撮像装置では、ＯＢ部の受光部を被覆する金
属遮光膜に光が透過するような欠陥が生じた場合、基準
信号にこの透過光に対応した信号が混合されるため基準
信号が透過光の多少によって変動するが、本発明の固体
撮像装置においては、このような問題は回避され、安定
な基準信号を得ることができる。
部の電荷を排出できる構造とすることによってＯＢ部と
しての機能を実現しているため、ＯＢ部の受光部を被覆
する金属遮光膜が不要である。この金属遮光膜を形成し
ないことによって、製造プロセスを簡素化でき、更にチ
ップ厚を減少させて撮像装置の感度を向上させることが
できる。また、図５に示すような構造のＯＢ部を有する
従来の固体撮像装置では、ＯＢ部の受光部を被覆する金
属遮光膜に光が透過するような欠陥が生じた場合、基準
信号にこの透過光に対応した信号が混合されるため基準
信号が透過光の多少によって変動するが、本発明の固体
撮像装置においては、このような問題は回避され、安定
な基準信号を得ることができる。
【００２１】なお、本発明の固体撮像装置においては、
撮像部の画素構造は上記の例に限定されるものではな
い。また、ＯＢ部の画素構造についても、受光部が電源
電圧に接続されていれば上記例に限定されるものではな
い。
撮像部の画素構造は上記の例に限定されるものではな
い。また、ＯＢ部の画素構造についても、受光部が電源
電圧に接続されていれば上記例に限定されるものではな
い。
【００２２】以下に、本発明の固体撮像装置の製造方法
の一例を説明する。まず、ｐ型シリコン基板上に、ゲー
ト絶縁膜および画素と画素との間にフィールド絶縁膜
（共に、シリコン酸化膜である。）が熱酸化によって形
成される。通常、ゲート絶縁膜の膜厚は１０〜２０ｎｍ
程度、フィールド絶縁膜の膜厚は３００〜５００ｎｍ程
度である。次いで、このシリコン基板上に、膜厚２５０
〜４００ｎｍ程度の多結晶シリコン膜が減圧ＣＶＤ法に
よって堆積され、この多結晶シリコン膜の一部がエッチ
ングによって除去されて、各画素に転送ゲート電極およ
びリセットゲート電極が形成される。次に、このシリコ
ン基板に、ヒ素やリンなどのｎ型不純物がイオン注入さ
れて受光部が各画素に形成される。このイオン注入は、
例えば、加速電圧を５００ｋｅＶ、ドーズ量を１０11〜
１０12ｃｍ-2程度として実施される。次にＯＢ部の画素
の受光部をレジストで被覆した状態で、ホウ素などのｐ
型不純物イオンが注入され、撮像部の受光部表面にｐ型
不純物拡散層が形成される。
の一例を説明する。まず、ｐ型シリコン基板上に、ゲー
ト絶縁膜および画素と画素との間にフィールド絶縁膜
（共に、シリコン酸化膜である。）が熱酸化によって形
成される。通常、ゲート絶縁膜の膜厚は１０〜２０ｎｍ
程度、フィールド絶縁膜の膜厚は３００〜５００ｎｍ程
度である。次いで、このシリコン基板上に、膜厚２５０
〜４００ｎｍ程度の多結晶シリコン膜が減圧ＣＶＤ法に
よって堆積され、この多結晶シリコン膜の一部がエッチ
ングによって除去されて、各画素に転送ゲート電極およ
びリセットゲート電極が形成される。次に、このシリコ
ン基板に、ヒ素やリンなどのｎ型不純物がイオン注入さ
れて受光部が各画素に形成される。このイオン注入は、
例えば、加速電圧を５００ｋｅＶ、ドーズ量を１０11〜
１０12ｃｍ-2程度として実施される。次にＯＢ部の画素
の受光部をレジストで被覆した状態で、ホウ素などのｐ
型不純物イオンが注入され、撮像部の受光部表面にｐ型
不純物拡散層が形成される。
【００２３】撮像部の受光部をレジストによって被覆し
た状態で、再度ｎ型不純物のイオン注入が実施され、リ
セット用トランジスタのソース領域（検出部）およびド
レイン領域が形成される。同時に、ＯＢ部の受光部の表
面には高濃度のｎ型不純物拡散層が形成される。このイ
オン注入は、例えば、加速電圧を４０ｋｅＶ、ドーズ量
を１０14〜１０15ｃｍ-2程度として実施される。
た状態で、再度ｎ型不純物のイオン注入が実施され、リ
セット用トランジスタのソース領域（検出部）およびド
レイン領域が形成される。同時に、ＯＢ部の受光部の表
面には高濃度のｎ型不純物拡散層が形成される。このイ
オン注入は、例えば、加速電圧を４０ｋｅＶ、ドーズ量
を１０14〜１０15ｃｍ-2程度として実施される。
【００２４】イオン注入の終了後、基板上には層間絶縁
膜が形成される。層間絶縁膜としては、例えば、減圧Ｃ
ＶＤ法によって形成されたリンドープのシリコン酸化膜
が使用される。リセット用トランジスタのソース領域
（検出部）およびドレイン領域、並びに、ＯＢ部の受光
部の上方に存在する層間絶縁膜に配線用金属とのコンタ
クトを取るため窓あけをした後、アルミニウムなどの金
属膜が形成され、この金属膜がエッチングによってパタ
ーニングされる。この層間絶縁膜の形成、金属膜の形成
およびパターニングという一連の工程が必要な回数繰り
返されて多層配線が形成される。この多層配線によっ
て、リセット用トランジスタのソース領域（検出部）が
同一画素内に形成した増幅用トランジスタのゲート電極
に、ドレイン領域が電源電圧に各々接続され、ＯＢ部に
おいては受光部が電源電圧に接続される。更に、表面保
護膜などを適宜形成してチップを作製し、このチップ表
面に各画素毎にオンチップ型レンズを配置する工程など
を経て、固体撮像装置が得られる。
膜が形成される。層間絶縁膜としては、例えば、減圧Ｃ
ＶＤ法によって形成されたリンドープのシリコン酸化膜
が使用される。リセット用トランジスタのソース領域
（検出部）およびドレイン領域、並びに、ＯＢ部の受光
部の上方に存在する層間絶縁膜に配線用金属とのコンタ
クトを取るため窓あけをした後、アルミニウムなどの金
属膜が形成され、この金属膜がエッチングによってパタ
ーニングされる。この層間絶縁膜の形成、金属膜の形成
およびパターニングという一連の工程が必要な回数繰り
返されて多層配線が形成される。この多層配線によっ
て、リセット用トランジスタのソース領域（検出部）が
同一画素内に形成した増幅用トランジスタのゲート電極
に、ドレイン領域が電源電圧に各々接続され、ＯＢ部に
おいては受光部が電源電圧に接続される。更に、表面保
護膜などを適宜形成してチップを作製し、このチップ表
面に各画素毎にオンチップ型レンズを配置する工程など
を経て、固体撮像装置が得られる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置は、半導体基板内に形成された受光部および検出部
と、前記受光部と前記検出部との間の前記半導体基板上
に絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、前記半
導体基板内に形成され電源電圧と電気的に接続された不
純物拡散領域と、前記不純物拡散領域と前記検出部との
間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成されたリセ
ットゲート電極と、前記検出部と電気的に接続されたア
ンプ回路とを含む複数の画素が配置されており、一部の
前記画素が光に応答した信号を出力する撮像部として機
能し、他の一部の前記画素が前記信号を演算処理すると
きの基準となる信号を出力するＯＢ部として機能し、前
記ＯＢ部として機能する前記画素においては、前記受光
部が前記電源電圧と電気的に接続されているため、ＯＢ
部の受光部を被覆する金属遮光膜が不要であるため、こ
の金属遮光膜を形成しないことによってチップ厚を減少
させて固体撮像装置の感度を向上させることができ、ま
た、安定した基準信号を得ることができる。また、金属
遮光膜を形成する工程が不要なため製造プロセスの簡素
化を図ることができる。
装置は、半導体基板内に形成された受光部および検出部
と、前記受光部と前記検出部との間の前記半導体基板上
に絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、前記半
導体基板内に形成され電源電圧と電気的に接続された不
純物拡散領域と、前記不純物拡散領域と前記検出部との
間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成されたリセ
ットゲート電極と、前記検出部と電気的に接続されたア
ンプ回路とを含む複数の画素が配置されており、一部の
前記画素が光に応答した信号を出力する撮像部として機
能し、他の一部の前記画素が前記信号を演算処理すると
きの基準となる信号を出力するＯＢ部として機能し、前
記ＯＢ部として機能する前記画素においては、前記受光
部が前記電源電圧と電気的に接続されているため、ＯＢ
部の受光部を被覆する金属遮光膜が不要であるため、こ
の金属遮光膜を形成しないことによってチップ厚を減少
させて固体撮像装置の感度を向上させることができ、ま
た、安定した基準信号を得ることができる。また、金属
遮光膜を形成する工程が不要なため製造プロセスの簡素
化を図ることができる。
【図１】 本発明の固体撮像装置におけるＯＢ部の画素
の構造の一例を示す断面図である。
の構造の一例を示す断面図である。
【図２】 本発明の固体撮像装置における撮像部の画素
の構造の一例を示す断面図である。
の構造の一例を示す断面図である。
【図３】 本発明の固体撮像装置における撮像部が形成
される領域とＯＢ部とが形成される領域を示す図であ
る。
される領域とＯＢ部とが形成される領域を示す図であ
る。
【図４】 本発明の固体撮像装置の回路構造の一例を示
す図である。
す図である。
【図５】 従来の固体撮像装置におけるＯＢ部の画素の
構造の一例を示す断面図である。
構造の一例を示す断面図である。
１０、２０、５０ ｐ型シリコン基板
１１、２１、５１ 絶縁膜
１２、２２、５２ 転送ゲート電極
１３、２３、５３ リセットゲート電極
１４、２４、５４ 受光部
１５ ｎ型不純物拡散層
２５ ｐ型不純物拡散層
１６、２６、５６ 検出部
１７、２７、５７ ｎ型不純物拡散領域（リセット
用トランジスタのドレイン） １８、２８、５８ 増幅用トランジスタ ５９ 金属遮光膜 ３１ 撮像部 ３２ オプティカルブラック部 ３３ チップ １０１、２０１ 受光部 １０２、２０２ 転送ゲート １０３、２０３ 検出部 １０４、２０４ 選択用トランジスタ １０５、２０５ 増幅用トランジスタ １０６、２０６ リセット用トランジスタ ３００ 垂直出力線 ４００ 列選択用トランジスタ
用トランジスタのドレイン） １８、２８、５８ 増幅用トランジスタ ５９ 金属遮光膜 ３１ 撮像部 ３２ オプティカルブラック部 ３３ チップ １０１、２０１ 受光部 １０２、２０２ 転送ゲート １０３、２０３ 検出部 １０４、２０４ 選択用トランジスタ １０５、２０５ 増幅用トランジスタ １０６、２０６ リセット用トランジスタ ３００ 垂直出力線 ４００ 列選択用トランジスタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/146
H04N 5/335
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板内に形成された受光部および
検出部と、前記受光部と前記検出部との間の前記半導体
基板上に絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、
前記半導体基板内に形成され電源電圧と電気的に接続さ
れた不純物拡散領域と、前記不純物拡散領域と前記検出
部との間の前記半導体基板上に前記絶縁膜を介して形成
されたリセットゲート電極と、前記検出部と電気的に接
続されたアンプ回路とを含む複数の画素が配置されてお
り、一部の前記画素が光に応答した信号を出力する撮像
部として機能し、他の一部の前記画素が前記信号を演算
処理するときの基準となる信号を出力するオプティカル
ブラック部として機能する固体撮像装置であって、前記
オプティカルブラック部として機能する前記画素におい
ては、前記受光部が前記電源電圧と電気的に接続されて
いることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記オプティカルブラック部として機能
する前記画素においては、前記受光部の表面に、前記受
光部の他の領域よりも不純物濃度が高い領域が形成され
ている請求項１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記撮像部として機能する前記画素にお
いては、前記受光部の表面に、前記受光部の他の領域と
は反対の導電型の不純物が導入された領域が形成されて
いる請求項１または２に記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11335898A JP3391697B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11335898A JP3391697B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307754A JPH11307754A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3391697B2 true JP3391697B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=14610266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11335898A Expired - Lifetime JP3391697B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391697B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7547573B2 (en) | 2006-08-01 | 2009-06-16 | United Microelectronics Corp. | Image sensor and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP11335898A patent/JP3391697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11307754A (ja) | 1999-11-05 |
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