JPH0645582A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ダイオードの面積を大きくして感度を向上
させることができ、また、垂直ＣＣＤと光遮断膜との間
の乱反射によるスミア現象を減少させて画質を向上させ
ることのできる固体撮像素子を提供すること。 【構成】 半導体基板に一定間隔に形成されている第１
素子分離領域と、この第１素子分離領域の両側に形成さ
れる光ダイオードと、この光ダイオードと一定の間隔ず
つ離隔されて形成されている第２素子分離領域と、この
第２素子分離領域の両側に形成されている垂直ＣＣＤ
と、前記光ダイオードと隣接した垂直ＣＣＤとの間に形
成される伝達ゲートと、前記半導体基板の上部に形成さ
れている第１絶縁膜と、前記第２素子分離領域とその両
側の垂直ＣＣＤ上の第１絶縁膜の表面に形成されている
電極と、この電極の上部及び側面を被覆する第２絶縁膜
と、この第２絶縁膜の表面に形成されている光遮断膜と
を備える構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固体撮像素子に関し、
さらに詳しくは光ダイオード及び垂直電荷結合素子、す
なわちＣＣＤ（Charge Coupled Device ）をそれぞれ２
列ずつ配列して信頼性を向上させることのできるインタ
ライン電送方式のＣＣＤ使用固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は従来の撮像管に比して軽
量小型で駆動電圧が低く、耐久性が良く、また可視領域
から赤外領域までの撮像が可能なことなどの利点があ
り、カメラ一体形ＶＴＲ，監視用カメラ，事務機器及び
医療機器などに広く使われており、高ピクセル化及び小
形化の趣勢にある。

【０００３】このような固体撮像素子は、光ダイオード
に入射される光の強さに比例する量だけ発生された信号
の電荷が電荷結合素子（Charge Coupled Device;以下、
ＣＣＤという）を通じて検出部へ電送されて映像を構成
する素子である。この種の固体撮像素子においては、高
解像度を得るために高ピクセル密度を達成していくこと
により水平ＣＣＤの駆動周波数が高められる。しかし、
そのような駆動周波数の上昇により、ＣＣＤ駆動回路の
能力が足りなくなって電送効率が落ちてしまう。

【０００４】また、高ピクセル密度を得るために光ダイ
オードの面積を増やすことが必要だが、所定の面積内で
成るべきなので限界があるため、固体撮像素子の高ピク
セル密度化、高ピクセル密度化するための研究が進めら
れている。

【０００５】図３は従来の技術によるインタライン電送
方式の固体撮像素子の実施例の概略図である。一定間隔
に形成されている光ダイオード１１に入射された光によ
りそれぞれのピクセルから発生された電荷が、伝達ゲー
ト１２を通じて隣に垂直に形成された垂直ＣＣＤ１３へ
同時に移動される。この垂直ＣＣＤ１３には２個の電極
（図示せず）が形成されてあり、それぞれの電極に所定
のパルス電圧が印加されて信号電荷を下側方向へ順に電
送させる。このように下側へ移動される電荷は、それぞ
れの垂直ＣＣＤ１３から平列で移動される。また、垂直
ＣＣＤ１３の下部に水平ＣＣＤ１４が連結されてあり、
前記信号電荷は水平ＣＣＤ１４を通じて出力アンプ１５
へ伝達されて出力される。

【０００６】図４は従来の技術による固体撮像素子の断
面図であり、図３の線Ａ−Ａについての断面を示す。ｐ
型の半導体基板２１の所定の部位に一定な間隔に離隔さ
れてｎ型不純物で光ダイオード１１が形成されており、
この光ダイオード１１間の半導体基板２１上には、前記
光ダイオード１１と所定の距離に離隔されてｎ型不純物
による垂直ＣＣＤ１３が形成されている。前記光ダイオ
ード１１の一側にはこの光ダイオード１１から発生した
信号電荷等を垂直ＣＣＤ１３へ移送するための伝達ゲー
ト１２がｐ型不純物で形成されている。また、前記光ダ
イオード１１の他側には、伝達ゲート１２で連結されな
い隣接した垂直ＣＣＤ１３との信号遮断のために、ｐ型
不純物によるチャンネル分離層２２が形成されている。

【０００７】前記半導体基板２１の上部には酸化珪素な
どの絶縁物質で第１絶縁膜２３が形成されており、前記
垂直ＣＣＤ１３上の第１絶縁膜２３の表面には前記垂直
ＣＣＤ１３にパルス電圧を印加する電極２４が多結晶シ
リコンなどで形成されている。また、前記電極２４の表
面には酸化珪素などの絶縁物質で第２絶縁膜２５が形成
されており、この第２絶縁膜２５の表面にはアルミニウ
ム（Ａｌ）などの金属による光遮断膜２６が形成されて
いる。またこのような構造の全表面には、ＢＰＳＧ(Bor
o-Phospho Silicate Glass) ，ＰＳＧ(Phospho Silicat
e Glass)，またはＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)など
の絶縁物質による保護層が形成されている。

【０００８】上述のような従来の固体撮像素子において
は、一定の面積の基板に光ダイオードの面積を大きくし
て感度を向上させるのに限界があって、特に暗い所にお
ける撮像が難しい問題点がある。また、傾斜角における
光入射により垂直ＣＣＤと光遮断膜との間に乱反射が生
じてスクリーン上に白線が現われるスミア(Smear) 現象
が発生する問題点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は光ダ
イオードの面積を大きくして感度を向上させることので
きる固体撮像素子を提供することにある。

【００１０】この発明の他の目的は垂直ＣＣＤと光遮断
膜との間の乱反射によるスミア現象を減少させて画質を
向上させることのできる固体撮像素子を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するためにこの発明に係る固体撮像素子においては、半
導体基板に一定間隔に形成されている第１素子分離領域
と、この第１素子分離領域の両側に形成される光ダイオ
ードと、この光ダイオードと一定の間隔ずつ離隔されて
形成されている第２素子分離領域と、この第２素子分離
領域の両側に形成されている垂直ＣＣＤと、前記光ダイ
オードと隣接した垂直ＣＣＤとの間に形成される伝達ゲ
ートと、前記半導体基板の上部に形成されている第１絶
縁膜と、前記第２素子分離領域とその両側の垂直ＣＣＤ
上の第１絶縁膜の表面に形成されている電極と、この電
極の上部及び側面を被覆する第２絶縁膜と、この第２絶
縁膜の表面に形成されている光遮断膜とを備えることを
特徴とする。

【００１２】前記電極は、多結晶シリコンよりなること
ができ、また、前記第１ないし第２絶縁膜は、酸化珪素
及び窒化珪素から成る群から任意に選択される一つの絶
縁物質よりなることができる。また、前記光遮断膜は、
タリウム（Ｔａ），アルミニウム（Ａｌ），タングステ
ン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），及びコバルト（Ｃｏ）
から成る群から任意に選択される一つの物質よりなるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、添付した図面を参照してこの発明によ
る固体撮像素子を詳細に説明する。

【００１４】図１はこの発明による固体撮像素子の実施
例の概略図であり、インタライン電送方式の固体撮像素
子を示すものである。

【００１５】一対をなす垂直ＣＣＤ３２が一定の間隔に
形成されており、この垂直ＣＣＤ３２の両側に二列に光
ダイオード３１が一定間隔に形成されている。また、前
記光ダイオード３１と隣接する垂直ＣＣＤ３２との間に
前記光ダイオード３１から発生された信号電荷を垂直Ｃ
ＣＤ３２へ伝達するための伝達ゲート３３が形成されて
いる。前記一対の垂直ＣＣＤ３２とその両側の光ダイオ
ード３１と伝達ゲート３３とから成る素子が横方向へ多
数個配列されており、前記垂直ＣＣＤ３２の下部には、
水平ＣＣＤ３４が連結されて形成されている。

【００１６】前記垂直ＣＣＤ３２上には電極（図示せ
ず）が形成されており、それぞれの電極に所定のパルス
電圧が印加されると、信号電荷が順に下側へ電送され、
垂直ＣＣＤ３２の下部に形成された水平ＣＣＤ３４を通
じて順に出力アンプ３５へ伝達されて画像へ出力され
る。

【００１７】図２はこの発明による固体撮像素子の実施
例の断面図であり、図１の線Ａ−Ａについての断面を示
す。ｐ型の半導体基板４１表面の所定の部位には、ｐ型
不純物で形成された第１チャンネル分離層４２により分
離されている光ダイオード３１がｎ型不純物により形成
されている。前記第１チャンネル分離層４２と隣接しな
い光ダイオード３６の一側に、所定の間隔に離隔されて
ｎ型不純物で垂直ＣＣＤ３２が形成されている。また、
前記光ダイオード３１と隣接する垂直ＣＣＤ３２との間
及びこの垂直ＣＣＤ３２に隣接する光ダイオード３１と
の間の半導体基板４１にｐ型不純物で伝達ゲート３３が
形成されており、前記互いに隣接した垂直ＣＣＤ３２を
分離させる第２チャンネル分離層４３がｐ型不純物で形
成されている。

【００１８】前記半導体基板４１の表面には、酸化珪素
または窒化珪素で第１絶縁膜４４が形成されており、前
記垂直ＣＣＤ３２と第２チャンネル分離層４３の上部の
第１絶縁膜４４の表面に多結晶シリコンによる電極４５
が形成されている。この電極４５の上部表面及び側面に
は、酸化珪素または窒化珪素で第２絶縁膜４６が形成さ
れており、この第２絶縁膜４６の表面に垂直ＣＣＤ３２
と電極４５への光流入を遮断するための光遮断膜４７が
アルミニウム（Ａｌ），タングスタン（Ｗ），タリウム
（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），コバルト（Ｃｏ）また
はその合金などから選ばれた物質により形成されてい
る。

【００１９】上記構成において、前記光遮断膜４７は傾
斜角における光の入射を効果的に防止するために光ダイ
オード３１と所定の部分が重なるように形成される。ま
た、上述のような構造の全表面にＢＰＳＧ、ＰＳＧまた
はＵＳＧなどの絶縁物質による保護層４８が形成されて
いる。

【００２０】

【発明の効果】上述したごとく、この発明は固体撮像素
子を光ダイオードと垂直ＣＣＤがそれぞれ一対ずつ交互
に形成され、それぞれの光ダイオードは隣接した垂直Ｃ
ＣＤと伝達ゲートにより連結され、一つの電極が二つの
垂直ＣＣＤにパルス電圧を印加するように形成されてい
るので、前記光遮断膜と光ダイオードの重ねる部分が少
なくなって光ダイオードの面積を大きく形成することが
でき、固体撮像素子の感度を向上させることができる利
点がある。

【００２１】また、一対の垂直ＣＣＤと一つの電極とが
一つの光遮断膜に包まれるので、傾斜角における光の流
入が少なくなって、固体撮像素子のスミア現象を減少さ
せることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による固体撮像素子の実施例の概略図
である。

【図２】この発明による固体撮像素子の実施例の断面図
である。

【図３】従来の技術による固体撮像素子の実施例の概略
図である。

【図４】従来の技術による固体撮像素子の実施例の断面
図である。

【符号の説明】

３１ 光ダイオード ３２ 垂直ＣＣＤ ３３ 伝達ゲート ４１ 半導体基板 ４２ 第１チャンネル分離層（第１素子分離領域） ４３ 第２チャンネル分離層（第２素子分離領域） ４４ 第１絶縁膜 ４５ 電極 ４６ 第２絶縁膜 ４７ 光遮断膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に一定間隔に形成されている
   第１素子分離領域と、この第１素子分離領域の両側に形
   成される光ダイオードと、この光ダイオードと一定の間
   隔ずつ離隔されて形成されている第２素子分離領域と、
   この第２素子分離領域の両側に形成されている垂直ＣＣ
   Ｄと、前記光ダイオードと隣接した垂直ＣＣＤとの間に
   形成される伝達ゲートと、前記半導体基板の上部に形成
   されている第１絶縁膜と、前記第２素子分離領域とその
   両側の垂直ＣＣＤ上の第１絶縁膜の表面に形成されてい
   る電極と、この電極の上部及び側面を被覆する第２絶縁
   膜と、この第２絶縁膜の表面に形成されている光遮断膜
   とを備えることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記電極が多結晶シリコンよりなる請求
   項１記載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記第１ないし第２絶縁膜が酸化珪素及
   び窒化珪素から成る群から任意に選択される一つの絶縁
   物質よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
   素子。
4. 【請求項４】 前記光遮断膜がタリウム（Ｔａ），アル
   ミニウム（Ａｌ），タングステン（Ｗ），モリブデン
   （Ｍｏ），及びコバルト（Ｃｏ）から成る群から任意に
   選択される一つの物質よりなることを特徴とする請求項
   １記載の固体撮像素子。