JPH0462872A - 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、積層型固体撮像装置に係わり、特に画素電極
間より漏れこむ光を遮断する光シルト層を備えた固体撮
像装置に関する。

（従来の技術） 固体撮像素子チップ上に光導電膜を積層した２階立て構
造の固体撮像装置（積層型固体撮像装置）は、感光部の
開口面積を広くすることかできるため、高感度という優
れた特長を有する。

このため、各種監視用テレビジョンや高品位テレビジョ
ン等のカメラとして有望視されている。

積層型固体撮像装置用の光導電膜としては、現在のとこ
ろ、′アモルファス祠材料か用いられている。例えば、
Ｓ　ｃ　−Ａ　ｓ　−Ｔ　ｃ膜、　Ｚｎ５ｅ−ＺｎＣｄ
Ｔｃ膜。

ａ−８ｉ：ｌｌ膜（水素化非晶質シリコン膜）等である
。

これらの材料の中で特に、特性や加工性の良さ低温形成
の可能性から、ａｓ＋：ｌ膜か本命になりつつある。

第６図は従来の積層型固体撮像装置の１画素構成を示す
断面図である。図中１１０はｐ型Ｓ１基板、１」１はｎ
型蓄積ダイオード、１１２はｎ型チャネル（垂直ＣＣＤ
チャネル）　、１１３はｐ型素子分離層、１１４，１１
．５は転送電極、１１６は第１絶縁層、１］７は画素電
極配線、１１９は平坦化用第２絶縁層、］２０は画素電
極、１２１は光導電膜、１２２は透明電極を示している
。ここで、転送電極１１４の一部か信号電荷読出しゲー
トを兼ねるものとなっている。

第６図の構成において、透明電極１２２から入射した光
は光導電膜１２１て光電変換され、これにより電子−正
孔対か生成される。蓄積ダイオド１１１に電気的に接続
されている画素電極１２０の電位は透明電極１２２より
も高くなっているため、電子は画素電極１２０に向かっ
て、正孔は透明電極１２２に向かって移動する。正孔は
透明電極１２２を介して外部回路に流出し、電子は画素
電極１２０に接続されている蓄積ダイオード１１１に蓄
積され、該ダイオード１１１の電位を低下させる。一定
期間蓄積された信号電荷（電子）は、信号電荷読出しゲ
ート］１４に信号電荷読出しパルスか印加されると、蓄
積ダイオード１１１から垂直ＣＣＤチャネル１１２に読
出される。なお、垂直ＣＣＤチャネル１１２に読出され
転送された電荷は、図示しない水平ＣＣＤチャネルを介
して出力されることになる。

しかしながら、この種の固体撮像装置にあっては、次の
ような問題があった。即ぢ、光導電膜１２１　に入射し
た光の一部は光電変換されずに、隣接する画素電極１．
２０の間隙を通り抜けたり、特に波長の長い光にあって
は画素電極１２０を通り抜けることもある。このような
光か８１基板１】０に到達すると、８１基板中１１０で
光電変換されることになり、スミア特性が悪くなるとい
う問題かあった。

なお、上記のスミアの問題を避けるために、画素電極の
間隙より漏れこむ光を遮断するシルト層を画素電極の下
に設ける方法かあるが、この方法ではプロセスの複雑化
を招く。さらに、プロセスを簡易化するため、蓄積ダイ
オード１１］　と画素電極１２０を接続する画素電極配
線１１７をシールド層に用いる考えもあるか、この方法
だと画素電極配線１１７と転送電極１１４，１１．５と
の間の容量が増加するため、容量性残像が増加する。

また、上記容量性残像を低減するために第６図の構成に
加え、信号電荷読出し部を介して信号電荷蓄積ダイオー
ド］、　１．１にバイアス電荷を注入するだめのゲート
及びダイオードを信号電荷転送部１１２に隣接して設け
た積層型固体撮像装置か提案されている。しかし、この
装置では前記のような容量の増加によりバイアス電荷が
不均一にとり残されるため、暗時出力電流にばらつきが
発生する。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の積層型固体撮像装置においては、画
素電極の間隙から漏れこむ光によりスミア特性が劣化す
るという問題があった。また、従来の画素電極配線を漏
れこむ光のシールド層にするという方法では、配線容量
が増えるため残像や暗時むらが生じる。さらに、新たに
光シールド層を設けた場合は、プロセス工程が複雑にな
る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、その目
的とするところは、プロセス工程の複雑化や配線容量の
増大等を招くことなく光シールド層を形成することがで
き、スミア特性の向上をはかり得る積層型固体撮像装置
を提供することにある。

［発明の＋１４成コ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、画素電極と信号電荷蓄積ダイオードと
を接続する画素電極配線と同じ材料で、且つ画素電極配
線の形成と同じ工程で光シルト層を形成し、さらにこの
光シールド層を画素電極配線と電気的に分離することに
ある。

即ち本発明は、半導体基板」二に信号′ｉＩ荷蓄積ダイ
オード、信号電荷読出し部及び信号電荷転送部か形成さ
れ、旧っ最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接
続された画素電極が形成された固体撮像素子チップと、
このチップ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上
に形成された透明電極とを備えた固体撮像装置において
、信号電荷蓄積ダイオードと画素電極を接続する配線を
画素電極の間隙下まで延長し、且つこの延長部分を該配
線とは電気的に分離してフローティングの光シールド層
を設けるようにしたものである。

また本発明は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード
、信号電荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、旧
っ最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続され
た画素電極が形成された固体撮像素子チップと、このチ
ップ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成
された透明電極とを備えた固体撮像装置において、信号
電荷読出し部を介して信号電荷蓄積ダイオードにバイア
ス電荷を注入するためのバイアス電荷注入用ゲート及び
バイアス電荷注入用ダイオードを信号電荷転送部に隣接
して設け、且つバイアス電荷注入ダイオードの配線を画
素電極の間隙下まで延長させて光シールド層を設けるよ
うにしたものである。

（作用） 本発明によれば、画素電極の間隙下に光シルト層を設け
ているので、画素電極の間隙から基板に光か侵入するの
を防止することができ、これによりスミア特性の向上を
はかることができる。そしてこの場合、光シールド層を
画素電極配線と同じ材料で、且つ画素電極配線の形成と
同じ工程で形成しているので、プロセス工程の複雑化を
招くことはない。さらに、光シールド層を画素電極配線
とは電気的に分離しているので、配線容量が増大するこ
ともなく、従って容量性残像も増加しない。

また、バイアス電荷注入のためのケート及びダイオード
を設けた構造において、バイアス電荷注入ダイオードの
配線と同一材料で光シールド層を形成することにより、
配線容量が増加しないため信号電荷蓄積ダイオードの容
量のばらつきが少なく、従って暗時出力電流のばらつき
も小さくなる。

（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固体撮像装置の基本
構成を模式的に示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−
Ａ断面を示す図である。基本的な構成は従来の積層型固
体撮像装置と同様である。即ち、ｐ　４ＪのＳｉ、！ｌ
！、板上］Ｏにｎ型の信号電荷蓄積ダイオード］１か７
トリツクス状に配置され、これらの蓄積ダイオード］］
に隣接して列方向にｎ型の垂直ＣＣＤチャネル］２が形
成され、さらに隣接する蓄積ダイオード１１及びＣＣＤ
チャネル１２間にはｐ型の素子分離層］３か形成されて
いる。

ＣＣＤチャネル］２の上には、転送電極１４゜１５か設
けられている。転送電極１４の一部は、信号読出しゲー
ト１４ａを兼ねている。転送電極１．４．１５の上には
、コンタクトホール１６ａを有する第１の絶縁層１６か
堆積され、この絶縁層１６上に蓄積ダイオード１１に電
気的に接続された引出し電極（画素電極配線）１７が設
けられている。引き出し電極］７の上には、コンタクト
ホール１９ａを有する平坦化用の第２の絶縁層１９が堆
積され、この絶縁層１９上には画素電極配線１７と電気
的に接続された画素電極２０か設けられている。

上記構成された固体撮像素子チップの上には、ａ−３ｉ
：ＩＩ等の光導電膜２１か堆積されており、この光導電
膜２１上にはＩＴＯ等の透明電極２１が形成されている
。

本装置が従来と異なる点は、画素電極２０の間隙より漏
れこむ光を遮断する光シールド層Ｙ８を画素電極配線］
７と同じ材料で形成したことである。即ち、画素電極配
線１７の一部が画素電極２０の間隙下まで延長され、こ
の延長部分は画素電極配線］７とは分離されている。即
ち、画素′ｒｈ極２０の間隙下にフローティングの光シ
ルト層１８が形成され、個々の画素電極２０に対しては
その周辺を覆うように光シールド層１８が形成されてい
る。

このような構造を実現するには、まず第３図（ａ）に示
すように、基板１０上に転送電極１４゜］５及び絶縁層
］６を形成したのちに、画素電極配線となる金属膜３］
を蒸着等により形成する。次いて、第３図（ｂ）に示す
ように、金属膜３］」二にレジスト３２を塗布し、フォ
トリソグラフィによりレジストパターンを形成する。そ
］］ の後、第３図（Ｃ）に示すように、レジスＩ・３２をマ
スクとして金属膜３１を選択エツチングすることにより
、画素電極配線１７及び光シールド層１８か同時に形成
されることになる。

このような）１／Ｉ成であれば、画素電極２０の間隙か
ら基板１０側に入射した光は光シールド層１８により遮
られ、基板１０に到達することはない。従って、基板］
０中への光の侵入を防止することかでき、これによりス
ミア特性の改善をはかることかてぎる。また、光シール
ド層１８は第３図にも示したように、特別の製造・プロ
セスを要することなく、画素電極配線１７の形成時に同
時に形成することかできる。このため、光シールド層１
８の付加により製造プロセスが複雑化することはない。

さらに、光シールド層１８はフローティングに形成され
るため、画素電極配線１７と転送電極１４，１．５との
間の容量か増加することはない。従って、容量性残像を
増加させることなく、スミア特性を向上させることがで
きる。

第４図は本発明の他の実施例の概略構成を模式的示す平
面図、第５図は第４図の矢視Ｂ−Ｂ断面を示す図である
。なお、第１図及び第２図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。

この実施例は、先に説明した実施例の構造に加え、残像
を低減するためのバイアス電荷注入用のゲート４］及び
ダイオード４２を形成したものである。即ち、Ｓｉ基板
１０の表面層には隣接するＣＣＤチャネル１２間にバイ
アス電荷注入用ダイオード４２か形成され、このダイオ
ド４２とＣＣＤチャネル１２間の上部にはバイアス電荷
注入用ゲート４１が形成されている。

そして、注入用ダイオード４２からＣＣＤチャネル］２
を介して、蓄積ダイオード１］にバイアス電荷が注入さ
れるものとなっている。

このような構成において先の実施例と同様に、画素電極
配線１７の一部を利用して光シールド層を形成してもよ
いか、本実施例では注入用ダイオード４２の配線４３と
同じ材料で光ンールド層４８を形成している。即ち、配
線４３の一部を画素電極２０の間隙下まで延長し、この
延長部分で光シールド層４８を形成している。そして、
この光シールド層４８の形成は、先の実施例と同様に他
の層、この実施例では配線４３の形成と同時に行うこと
かできる。

このような構成であっても、画素電極２０の間隙より漏
れこむ光を光シールド層４８により遮断することができ
、先の実施例と同様にスミア特性の改善をはかることか
できる。また、この実施例においても、画素電極配線１
７と転送電極］４．１５とのｊｕｌの容量が増えること
はないので、バイアス電荷か不均一に取り残されること
かなく、暗時出力電流のばらつき発生を未然に防止する
ことができる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では蓄積ダイオード及び画素電極を７トリ
ツクス（２次元）状に配置した例で説明したが、ライン
センサ等のように蓄積ダイオード及び画素電極を１列に
配置したものに適用することもてきる。また、第４図及
び第５図の実施例において、−旦注入したバイアス電荷
は、信号電荷電荷転送部を介してバイアス電荷注入用ダ
イオードに排出してもよいか、これとは別にバイアス電
荷排出用のダイオード及びゲートを設けるようにしても
よい。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かできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、画素電極と信号電
荷蓄積ダイオードとを接続する画素電極配線と同じ材料
で、１１つ画素電極配線の形成と同し工程で光シールド
層を形成し、さらにこの光シールド層を画素電極配線と
電気的に分離しているので、プロセス工程の複雑化や配
線容量の増大等を招くことなく、スミア特性の向」−を
はかることか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
）１１１成を示す平面図、第２図は第１図の矢視Ａ−Ａ
断面図、第３図は上記実施例における画素電極配線及び
光シールド層の形成工程を示す断面図、第４図は本発明
の他の実施例の概略構成を示す平面図、第５図は第４図
の矢視Ｂ−Ｂ断面図、第６図は従来装置の概略構成を示
す断面図である。 ］０・・・ｐ型Ｓｉ基板、 １］・・蓄積ダイオード １２・・・ｎ型ＣＣＤチャネル、 １３・・・ｐ型素子分離層、 １４．１５・・転送電極、 １４ａ・・・読出しゲート、 １６・・第１絶縁層、 １７・・・引出し電極（画素電極配線）、１８．４８　
・光シールド層、 ］９・・・第２絶縁層、 ２０・・・画素電極、 ２１・・光導電膜、 ２２・・・透明電極 ４１・・・バイアス電荷注入ケ−１・、４２・・・バイ
アス電荷注入ダイオード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード、信号電
   荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、且つ最上部
   に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続された画素電
   極が形成された固体撮像素子チップと、このチップ上に
   積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成された透
   明電極とを備えた固体撮像装置において、 前記信号電荷蓄積ダイオードと画素電極を接続する配線
   を前記画素電極の間隙下まで延長し、且つこの延長部分
   を該配線とは電気的に分離してフローティングの光シー
   ルド層を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード、信号電
   荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、且つ最上部
   に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続された画素電
   極が形成された固体撮像素子チップと、このチップ上に
   積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成された透
   明電極とを備えた固体撮像装置において、 前記信号電荷読出し部を介して前記信号電荷蓄積ダイオ
   ードにバイアス電荷を注入するためのバイアス電荷注入
   用ゲート及びバイアス電荷注入用ダイオードを前記信号
   電荷転送部に隣接して設け、且つバイアス電荷注入ダイ
   オードの配線を前記画素電極の間隙下まで延長させて光
   シールド層を設けたことを特徴とする固体撮像装置。