JP5089159B2 - イメージセンサｉｃの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、画像情報を読み取り電送する装置、ファクシミリ、イメージスキャナ、電子カメラに用いられるイメージセンサＩＣに関する。
図３は従来のイメージセンサの一例を示す回路図である。ＭＯＳ型イメージセンサのセンサ回路１０では、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード１２に、前記フォトダイオード１２に適当な電圧にリセットするためのスイッチング素子であるリセットトランジスタ１１と、前記フォトダイオード１２で蓄積された光電荷を増幅するための増幅回路１３が結線されている。
リセットトランジスタ１１をＯＮしてフォトダイオード１２が十分にリセット電圧となるリセット動作と、リセットトランジスタ１１をＯＦＦし、一定時間中フォトダイオード１２に光電荷を蓄積させる蓄積動作と、増幅回路１３をＯＮしフォトダイオード１２に蓄積された光電荷を増幅して読み出す読み出し動作で、連続的に光情報を読み取ることができる構成になっている。
また、読み出し動作後に増幅された信号を一時的に記憶することも、容量素子２１と２つのスイッチトランジスタ（２２Ａおよび２２Ｂ）からなる保持回路２０を用いて行うことができる。
読み出し動作中にスイッチトランジスタ２２ＡをＯＮし、増幅回路１３により保持容量２１へ信号を電荷として貯え、スイッチトランジスタ２２ＡをＯＦＦした後、任意の保持時間後にスイッチトランジスタ２２ＢをＯＮし保持容量２１から読み出すことができる。
リセット、蓄積、読み出しの一連の動作を複数のフォトダイオードに対して一括に処理し、保持回路から個別に任意に読み出すことが可能である。
ここで、フォトダイオード１２に入射した光の強度に応じて光電変換をおこなうことになるが、光電変換特性はもっとも重要な特性の一つである。
この特性を向上させるため、フォトダイオード１２内部の空乏層が形成される半導体領域の欠陥発生が抑制された光電変換素子が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００４−３１２０３９（第２４図）
しかしながら、一つのＩＣチップ内に複数の画素を配置したイメージセンサＩＣにおいては、画素を構成する複数のフォトダイオード１２における光電変換特性が、それらの上面の位置する保護膜厚のばらつきにより入射光の強度が変化してしまうことを原因として、光電特性がばらついてしまうという問題があった。
改善策として、保護膜形成後に平坦化を行ったり、更なる膜厚均一化を目的に第二の保護膜を形成したりする例も提案されているが、工程が増加して製造コストが増大してしまうこと、十分な均一性が得られないなどの問題点があった。
上記問題点を解決するために、本発明はイメージセンサを以下のように構成した。
フォトダイオードやトランジスタなどの素子を同一シリコン基板上に構成するイメージセンサＩＣの、フォトダイオードから構成される複数の画素領域において、画素領域の保護膜の下面には、全て同一の電位に固定された電位固定用の光透過可能な導電体が配置された構造とした。あるいは、複数の画素領域における前記保護膜の下には、フォトダイオードへの光の入射をより妨げないように開口部を有する形状で形成された電位固定用の光透過可能な導電体が配置されており、それぞれが同一の電位となるように電気的に接続される構造とした。あるいは光透過可能な導電体はシリコン基板と同電位になるように電気的に接続するようにした。
また、光透過可能な導電体は、多結晶シリコン薄膜やＩＴＯ（インジュウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成するようにした。光透過性を向上させるために多結晶シリコン薄膜の膜厚は、多結晶シリコンの可視光の短波長側における光吸収係数を考慮し、例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下とした。
これらの手段により、保護膜形成時における下地となる領域の電位が、全ての画素領域にわたりほぼ一定に固定することができるようになるため、各画素上の保護膜形成スピードや、膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚、および膜質を有するようになる。
これによって、各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、ＩＣ全体にわたり均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
以上説明したように、本発明はイメージセンサにおいてフォトダイオードからなる複数の画素領域において、画素領域の保護膜の下面には、全て同一の電位に固定された電位固定用の光透過可能な導電体が配置された構造とした。あるいは、複数の画素領域における前記保護膜の下には、フォトダイオードへの光の入射をより妨げないように開口部を有する形状で形成された電位固定用の光透過可能な導電体が配置されており、それぞれが同一の電位となるように電気的に接続される構造とした。あるいは光透過可能な導電体はシリコン基板と同電位になるように電気的に接続するようにした。また、光透過可能な導電体は、多結晶シリコン薄膜やＩＴＯ（インジュウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成するようにした。さらに、多結晶シリコン薄膜の膜厚を５００オングストローム以下にすることで光透過性をより向上させた。
これらにより、保護膜形成時における下地となる領域の電位が、全ての画素領域にわたりほぼ一定に固定することができるようになる。これにより各画素上の保護膜形成スピードや、膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚、および膜質を有するようになる。
従って、各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、ＩＣ全体にわたり画素毎のバラツキを無くした均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
図１は、本発明によるイメージセンサの画素領域における第１の実施例を示す模式的平面図である。
複数の画素領域１０１、１０２、１０３，１０４は、他結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体２０１により覆われており、画素領域１０１、１０２、１０３、１０４を覆う光透過可能な導電体２０１は、全体に同一の電位を有する構造を取る。また図示しないが光透過可能な導電体２０１は、イメージセンサを形成するシリコン基板の基板電位と同一の電位となるように電気的に接続されている。これによって、後に形成される保護膜形成時において、下地となる画素領域の電位をイメージセンサＩＣ内の全ての画素領域にわたりほぼ一定に保つことができるようになる。これにより、各画素上の保護膜形成スピードや膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚と膜質とを有するようになる。従って各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、イメージセンサＩＣ全体にわたり均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
図１において、光透過可能な導電体を、例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下の膜厚の多結晶シリコン薄膜により形成することにより可視領域の波長を有する光線の透過率をより一層向上させることができる。
また、光透過可能な導電体を液晶パネルなどに広く用いられている透明導電体材料であるＩＴＯ（インジウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成してもよい。
図２は、本発明によるイメージセンサの画素領域における第２の実施例を示す模式的平面図である。
第１の実施例と異なる点は、図１の例で示した、画素領域１０１を覆う多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体２０１の形状を変えて、一つの画素領域１０１内に光の入射をより妨げないように開口部を有する形状となるよう構成された多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体３０１を、本実施例では十字型に配置した点である。
図１の例で説明したように、光透過可能な導電体を例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下の膜厚の多結晶シリコン薄膜により形成したり、ＩＴＯ（インジウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成したりすることにより、光透過可能な導電体による光の吸収率を大きく低減することは可能である。しかしながら完全に透明（透過率１００％）とすることは困難であるため、その対応として画素領域１０１内の電位固定用の光透過可能な導電体を細く形成し開口部を設けることで、さらに光の入射を妨げることのない構造とした。
光透過可能な導電体３０１は、出来るだけ開口部が大きくなるような形状で形成されていることが望ましく、また第１の実施例と同様に光透過可能な導電体３０１の電位もイメージセンサを形成するシリコン基板の基板電位と同一の電位となるように電気的に接続されるようにすることが望ましい。図２の実施例においては光透過可能な導電体３０１を細い直線形状にして十字型に配置した例を図示したが、他にも光の入射を妨げることのないように細い図形を組み合わせた形状とすることも可能であり、図２に示した形状以外の形状でも構わない。
図２の例では簡単のため、画素領域１０１だけを取り出して説明したが、複数の画素領域全てに対して、同一の形状で多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体３０１が形成されてなるものである。その他の説明については図１と同一の記号を付記することで説明に代える。
１０ センサ回路
１１ リセットトランジスタ
１２ フォトダイオード
１３ 増幅回路
２０ 保持回路
２１ 保持容量
２２Ａ、２２Ｂ スイッチトランジスタ
１０１ 画素領域
１０２ 画素領域
１０３ 画素領域
１０４ 画素領域
２０１ 光透過可能な導電体
３０１ 光透過可能な導電体
１１ リセットトランジスタ
１２ フォトダイオード
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２０ 保持回路
２１ 保持容量
２２Ａ、２２Ｂ スイッチトランジスタ
１０１ 画素領域
１０２ 画素領域
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２０１ 光透過可能な導電体
３０１ 光透過可能な導電体
Claims (4)
- フォトダイオードからなる複数の画素領域を覆う保護膜の下に電位固定のための導電体を有するイメージセンサＩＣの製造方法であって、
シリコン基板上に複数の画素領域を形成する工程と、
全ての前記複数の画素領域の上に、電位固定のための光透過可能な導電体を設ける工程と、
前記光透過可能な導電体を前記シリコン基板の基板電位と同一の電位となるように前記シリコン基板に接続する接続工程と、
前記光透過可能な導電体が前記同一の電位である状態のまま、前記複数の画素領域の上にプラズマＣＶＤを用いて保護膜を形成する工程と、
を有するイメージセンサＩＣの製造方法。 - 前記光透過可能な導電体は、前記複数の画素領域の上をすべて覆っている請求項１記載のイメージセンサＩＣの製造方法。
- 前記光透過可能な導電体は、前記複数の画素領域の上に開口部を有している請求項１記載のイメージセンサＩＣの製造方法。
- 前記光透過可能な導電体は、多結晶シリコン薄膜あるいはＩＴＯ薄膜のいずれかである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイメージセンサＩＣの製造方法。
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