JPH03171770A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像装置に係り，とくに、固体撮像素子
に光導電体膜を積層した固体撮像装置の光遮蔽構造に関
する。

（従来の技術） ＣＯＤ等の固体撮像素子に光導電体膜を積層した構造の
固体撮像装置（以下、これを積層固体撮像装置という．
）は、感光部の開口面積広くすることが出来るため，極
めて感度が高いという優れた特徴を有している。そのた
め、この固体撮像装置は、各種監視用ＴＶや高品位ＴＶ
等のカメラとして有望視されている． 一般に、ＣＯＤおよび積層固体撮像装置に共通の問題と
して、フォト・ダイオードおよび蓄積ダイオード部で発
生する暗電流がある．暗電流は暗時の再生画面上で不均
一な出力として現れるため、再生画面にムラが生じると
いう問題になる．フォト・ダイオードおよび蓄積ダイオ
ード部で発生する暗電流は，主に半導体基板界面が空乏
化することにより発生する．特に半導体基板界面におい
て，フォト・ダイオードまたは蓄積ダイオード部を形成
するｎ型拡散層領域と，素子分離領域を形成するｐ型拡
散層領域が接する部分においては、常に空乏層が形成さ
れるため，上記部分において発生する暗電流は主要な暗
電流発生源となっている。

このような原因により発生する暗電流は，従来のＣＣＤ
および固体撮像装置においては、抑制することが困難で
あり問題となっていた． また上記の現象とは別に、ＣＯＤ等の固体撮像装置にお
いては、半導体基板深部で光励起電荷が発生することに
より，再生画面上で高輝度被写体の再生倣の上下に光の
にじみがあらわれる，いわゆるスミアが生じることがあ
る。そのため、これら撮像装置においては例えばアルミ
ニウム等、光を透過しない材料をフォト・ダイオード以
外の領域に被せ，光遮蔽電極を設けるという構造をとる
ものが多い．しかし、積層固体撮像装置においては、例
えばＣＯＤ等の信号電荷読み出し部の上に光導電体膜が
積層されているため、光導電体膜が積層されていないＣ
ＯＤ等に比べ、半導体基板深部にまで光が入射しにくい
ため、スミアは生じにくいという特性がある。

しかし，このような積層固体撮像装置においても、スミ
アは生じることがあり、そのため，スミアを抑制するた
め、光遮蔽電極を設けた構造が提案されている。第３図
はそのようなスミアを抑制するため、光遮蔽電極を設け
た、積層固体撮像装置の断面を示している． この第３図には、ｐ型シリコン基板ｌ上にインターライ
ン転送型ＣＣＤ撮像素子が示されている。

この基板上には信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード２（
以下、蓄積ダイオードという．）がマトリックス状に形
成され、蓄積ダイオード２の列に隣接してｎ型の埋め込
みチャネルＣＯＤからなる垂直ＣＯＤが形成されている
．同様の構或の蓄積ダイオード列と垂直ＣＣＤの組が、
チャネルストツパとしてのｐ型層４によって分離されて
繰返し配列形成される．垂直ＣＣＤａ上にその転送電極
５−１．５−２を形成する．その上には、たとえばＣ　
Ｖ　Ｄ−Ｓｉｎ，またはＢＰＳＧなどの層間絶縁膜６を
形成する．この層間絶縁層６の上には蓄積ダイオード２
に接続される電極９が形成される．この層間絶縁層６と
電極９上を絶縁層１４で平坦化したあと，この上に画素
電極１０を形成し、この画素電極１０、電極９を電気的
に接続する．画素電極１０上には、アモルファスシリコ
ンからなる光導電体膜ｌ１および透明電極ｌ２が形成さ
れており、光遮蔽層７は，この透明電極ｌ２上に形成さ
れる．この動作を簡単に説明すると、光導電体膜ｌ１に
入射した光によって電荷が発生すると、この電荷は，透
明電ｔｆ！１２と画素電極ＩＯの間に形成された電界に
よって移動し、画素電極に捕獲される．この電荷は，電
極９を通り，蓄積ダイオード２を通って垂直ＣＣＤ３へ
送られる． （発明が解決しようとする課題） 従来のＣＣＤと同様、積層固体撮像装置においては、半
導体基板界面において発生する暗電流、特に蓄積ダイオ
ード部を形成するｎ型拡散層領域と，素子分離領域を形
成するｐ型拡散層領域が接する部分において発生する着
電流により、再生画面上で不均一な出力が生じるという
問題があった．また，透明電極上の一部に光遮蔽電極が
設けられている積層固体撮像装置においては、例えば基
板に対して斜めに入射した光や、画素電極・透明電極等
を反射した光が画素電極間を通り、半導体基板に到達す
ることにより、完全にスミアを抑制できないという問題
があった．本発明は、上記事情を考慮してなされたもの
であり、再生画面上で不均一な出力が生じる原因となる
暗電流の発生を抑制することができ，かつスミアを抑制
できる固体撮像装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、積層固体撮像装置において、光遮蔽電極が、
信号電荷転送電極上に、薄い眉間絶縁膜を介し，画素電
極と蓄積ダイオードとのコンタクトをとる電極との間に
形成され、かつ、光遮蔽電極が、信号電荷転送電極上部
と、蓄積ダイオードを形成する領域と素子分離領域を形
成する拡散層領域が半導体基板界面において接する部分
の上部を含む，蓄積ダイオード部上部に形成されるよう
にしており、かつ光遮蔽電極に、蓄積ダイオードの光遮
蔽電極に覆われている部分の半導体基板界面領域が極性
反転するような電位を印加することを特徴としている． （作用） 本発明においては、光遮蔽電極が、信号電荷転送電極と
、画素電極と蓄積ダイオードとのコンタクトをとる電極
との間に形成され、かつ、光遮蔽電極が、信号電荷転送
電極上部と、蓄積ダイオード部を形或するｎ型拡散層領
域と素子分離領域を形成するＰ型拡散層領域が半導体基
板界面において接する部分を含むＭＷダイオード部の上
部に形或されるようにしており、かつ光遮蔽電極に前述
したような電位（たとえば、蓄積ダイオードがｎ十層の
場合には負の電位）を印加するようにしているため、蓄
積ダイオードがｎ十層の場合に、蓄積ダイオードを形或
する拡散層領域と素子分離領域が半導体基板界面におい
て接する部分および光遮蔽電極に覆われている蓄積ダイ
オードの半導体基板界面には正孔が蓄積され、そのため
蓄積ダイオード部を形成するｎ型拡散層領域と素子分離
領域を形或するｐ型拡散層領域が接合する部分を含む蓄
積ダイオード部の半導体基板界面においては、空乏層が
形成されず，そこで発生する暗電流を抑制することがで
きる。また、本発明においては、光遮蔽電極が，信号電
荷転送電極と、画素電極と蓄積ダイオードとのコンタク
トをとる電極との間に形或され、かつ、光遮蔽電極が信
号電荷転送電極と蓄積ダイオード部の一部の上部に、薄
い絶縁膜を介して形或されるようにしているため、光の
もれこみが少なく、スミアを抑制することができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する． 第１図は、本発明の一実施例に係わる積層型ＣＣＤ撮像
装置の概略構造を示す平面図および断面図である．第１
図（ａ）の平面図は基板から転送電極までを示し，その
上の内容は省略した。第１図においてＰ型シリコン基板
上にインターライン転送型ＣＣＤ撮像素子が構成されて
いる．すなわち，信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード２
がマトリックス状に形或され、蓄積ダイオード２の列に
隣接してｎ型の埋めこみチャネルＣＣＤからなる垂直Ｃ
ＣＤ３が形成されている．４はチャネル・ストッパとし
てのＰ型層であり、これにより分離されて同様の構成の
蓄積ダイオード列と垂直ＣＯＤの組が繰返し配列形成さ
れるのは従来のものと同様である。

垂直ＣＣＤ３の転送電極５−１．５−２上は、例えば厚
さ２０００入の，ＣＶＤによるＳｉｎ，膜またはＢＰＳ
Ｇ膜等の層間絶縁膜６に覆われ，その上部に例えばＭｏ
Ｓｉ．等の金属シリサイド材料からなる光遮蔽電極７が
転送電極上および蓄積ダイオード部の一部の上部に形或
されている．その際光遮蔽電極は、蓄積ダイオード２と
チャネル・ストツバとしてのｐ型層４とが界面において
接する部分を含むように，蓄積ダイオード２の上部を覆
っている。光遮蔽電極の上には二層目の層間絶縁１１８
があり、その上部に、蓄積ダイオードと画素電極１０を
接続する例えば金属シリサイドにより形成された電極９
が形或されている．そのため、光遮蔽電極は蓄積ダイオ
ードが電極９と接続する部分において開口している。画
素電極１０上には例えばアモルファス・シリコンからな
る光導電体膜１ｌおよび透明電極１２が形成されている
。

第１図に示した実施例の構造においては，暗電流の主要
な発生源である基板界面、特に蓄積ダイオードとチャネ
ル・ストツバとしてのＰ型層とが界面において接する部
分を含むように、光遮蔽電極が蓄積ダイオードの上部を
覆っている。そのため、光遮蔽電極７に例えば−５Ｖの
電位を印加することにより、チャネル・ストツパである
Ｐ型層内の正孔が、蓄積ダイオードのうち光遮蔽電極７
により覆われている領域の基板界面に流れ込む．そのた
め、蓄積ダイオードのうち光遮蔽電極により覆われてい
る領域の基板界面は空乏化することはなく、従って暗電
流を抑制することができる．また，光遮蔽電極が、電極
９と蓄積ダイオードとが接続する部分を除いた領域を覆
い、かつ光遮蔽電極が基板表面から２０００人〜３００
０Ａと，基板表面に近い位置に形成されており、光遮蔽
電極が開口している領域の上部には電極９が覆っている
ため、画素電極１０間を通った光が基板に入り込むこと
は無い。そのため，スミアを抑制することができる。

次に、本発明の一実施例の製造方法を図面を用いて説明
する． 第２図は本発明の一実施例の製造方法を示している．第
２図（ａ）で１はｐ型シリコン基板を示している．基板
を熱酸化しゲート酸化膜１３を形成し，その後イオン注
入等により蓄積ダイオードとなるｎ型拡散層２、チャネ
ル・ストツパとなるｐ型拡散層４，およびＣＯＤの転送
チャネルとなるｎ型拡散層３を形或する（第２図（ｂ）
）。その後、多結晶シリコンを約４０００人堆積し、レ
ジスト等をマスクとすることにより選択的にエッチング
し，第一層目のＣＯＤ転送電極５−１を形成する。その
際、チャネル・ストツパとなるｐ型拡散層のうち蓄積ダ
イオードとなるｎ型拡散層と接する部分は、第一層目の
ＣＯＤ転送電極に覆われないようにする．その後，第一
層目の多結晶シリコンを熱酸化することにより眉間絶縁
膜を形成する．さらに多結晶シリコンを約４０００人堆
積し、レジスト等をマスクとすることにより選択的にエ
ッチングし、第二層目のＣＯＤ転送電極５−２を或形す
る．その際，チャネル・ストツパとなるｐ型拡散層のう
ち蓄積ダイオードとなるｎ型拡散層と接する部分は、第
二層目のＣＣＤ転送電極に覆われないようにする（第２
図（ｃ））．第二層目の多結晶シリコンを熱酸化した後
、層間絶縁膜となるＢＰＳＧ膜６を２０００λ程度堆積
し、アニールすることにより平坦化を行う（第２図（ｄ
））．　ＭｏＳｉ，膜を被着した後、蓄積ダイオードの
一部のみがエッチングされるようレジスト等をマスクと
してエッチングを行い光遮蔽電極７を形成する（第２図
（ｅ））．その後，層間絶縁膜となるＢＰＳＧ膜８を堆
積し、アニールすることにより平坦化を行い、その後，
蓄積ダイオードのうち光遮蔽ｔｌＬ極に覆われていない
部分の，層間絶縁膜および熱酸化膜を，レジスト等をマ
スクとしてエッチングを行い、基板を露出させる（第２
図（ｆ））．その後ＭｏＳｌｚ　ＭＡを被着し，レジス
ト等をマスクとしてエッチングを行うことにより電極９
を形成する（第２１１（ｇ））−その後平坦化層を形成
し、その一部をエッチングし電極９を露出させた後に，
画素電極１０を形成する。さらに光導電体膜であるアモ
ルファス・シリコン膜１１を堆積し、その上部にＩＴＯ
なとの透明電極ｌ２を形成する（第２図（ｈ））．光遮
蔽電極として実施例ではモリブデンシリサイド（ＭｏＳ
ｘｚ　）を用いたが、これに限定されるものではなくタ
ングステンシリサイド（ＶＳｉｘ）などの金属シリサイ
ドやチタンなどの高融点金属を用いることができる．ま
た、分離領域は、とくに不純物拡散層を形成する必要は
なく、垂直ＣＣＤへの電荷移動のゲートがあって，素子
分離機能があれば、とくに不純物拡散層を形成する必要
はない． 画素電極と蓄積ダイオードを電気的につなぐ電極９は，
多結晶シリコンでもよい． 〔発明の効果〕 本発明によれば、前述のような構成をとることにより、
蓄積ダイオードを形成する拡散層領域と素子分離領域が
接合する部分を含む蓄積ダイオードの半導体基板界面に
おいては、空乏層が形成されず，そこで発生する暗電流
を抑制することができる．また，光遮蔽電極が，信号電
荷転送電極と、画素電極との間に形成されるようにして
いるため，光のもれこみが少なく，スミアを抑制するこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の平面図、第ｌ図（ｂ
）はそのＡ−Ａ’断面図、第２図（ａ）　〜（ｈ）は本
発明の一実施例の製造工程断面図、第３図は従来例の断
面図である． １・・・Ｐ型シリコン基板， ２・・・蓄積ダイオード（ｎ層）、 ３・・・垂直ＣＣＤ（ｎ層）， ４・・・素子分離領域（ｐ層）、 ５−１．５−２・・・信号電荷転送電極，７・・・光遮
蔽電極．　　　　１Ｇ・・・画素電極、１１・・・光導
電体膜。 （８７３３）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板に信号電荷蓄積ダイオードと信号電荷読み出
   し部が配列され、前記信号電荷蓄積ダイオードに電気的
   に接続されている画素電極を介して光導電体膜が積層さ
   れた固体撮像装置において、光遮蔽電極が前記信号電荷
   読み出し部の信号電荷転送電極と前記画素電極との間に
   形成され、かつ、前記光遮蔽電極が、前記信号電荷蓄積
   ダイオードと前記信号電荷蓄積ダイオードを囲む分離領
   域とが半導体基板表面において接する部分の上部を越え
   て前記蓄積ダイオード上部まで延在しており、かつ、光
   遮蔽電極に、前記信号電荷蓄積ダイオードの光遮蔽電極
   に覆われている部分の前記半導体基板界面領域が極性反
   転するような電位を印加することを特徴とする固体撮像
   装置。