JPH07115183A - 積層型固体撮像装置 - Google Patents

積層型固体撮像装置

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JPH07115183A
JPH07115183A JP5280685A JP28068593A JPH07115183A JP H07115183 A JPH07115183 A JP H07115183A JP 5280685 A JP5280685 A JP 5280685A JP 28068593 A JP28068593 A JP 28068593A JP H07115183 A JPH07115183 A JP H07115183A
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JP
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photoelectric conversion
conversion film
laminated
region
layer
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JP5280685A
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Inventor
Kazuya Matsumoto
一哉 松本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入射条件によらず感度が一定に保たれ、更に
は暗電流の低減が可能なアバランシェ増倍作用を有する
積層型固体撮像装置を提供する。 【構成】 非晶質光電変換膜6の上部電極9上に平坦化
層13を介してオンチップマイクロレンズ14を設け、一画
素にわたる入射光12はオンチップマイクロレンズ14によ
り屈折を受け、平坦化層13を通過して非晶質光電変換膜
6の均一な膜厚領域6bに集光されるように構成する。
これにより均一な膜厚領域6bにおいて光電荷を生成
し、アバランシェ増倍作用を受け、入射条件の如何に拘
らず、常に均一な増倍率が得られる。また、上部電極9
をマイクロレンズ14による集光領域15にのみ設けること
により、その領域以外で発生する暗電荷はアバランシェ
増倍作用を受けず、S/Nを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、積層型光電変換膜中
における光生成キャリアの増倍作用による高感度特性を
備えた積層型固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、積層型光電変換膜中における光生
成キャリアの増倍作用による高感度特性を備えた積層型
固体撮像装置として、1989年に開催されたテレビジョン
学会全国大会において、積層型AMI(Amplified MOS
Imager)が発表されている(1989年テレビジョン学会全
国大会予稿集,第41〜42頁,「非晶質セレン積層型2/
3インチ25万画素AMI」参照)。
【0003】図3に、上記学会において発行された積層
型AMIの一画素部分の断面構造を示す。図において、
1はp型半導体基板で、2はn+ 型拡散層であり、これ
らのp型半導体基板1とn+ 型拡散層2とで蓄積ダイオ
ードを形成している。n+ 型拡散層2は、第1アルミニ
ウム層3,第2アルミニウム層4及び画素電極5を介し
て、非晶質光電変換膜6に電気的に結合している。非晶
質光電変換膜6の材料としては、非晶質セレン(a−S
e)あるいは非晶質シリコン(a−Si)等が用いられて
いる。7及び8は、電極から非晶質光電変換膜6へのキ
ャリアの注入を阻止するためのブロッキング層であり、
非晶質光電変換膜6がa−Seで形成されている場合に
は、ブロッキング層7は例えばAs2 Se2 ,ブロッキング
層8はCeO2等で形成される。9はITO(Indium Tin
Oxide)等よりなる上部電極であり、10は層間絶縁膜
で、11はフィールド絶縁膜である。
【0004】このように構成された積層型AMIにおい
て、非晶質光電変換膜6の厚さは約2μmであり、アバ
ランシェ増倍を生じさせるため、200 V前後の電圧が膜
間に印加されている。負の電位が印加された上部電極9
上から入射光12が入射すると、非晶質光電変換膜6中に
おいて、正孔−電子対が光生成され、非晶質光電変換膜
6中でのアバランシェ増倍作用により、キャリアが増加
する。その中の増倍された電子群が、画素電極5,第2
アルミニウム層4及び第1アルミニウム層3を介して、
+ 型拡散層2に蓄積される。
【0005】積層型AMIの場合、n+ 型拡散層2は図
示していない読み出しトランジスタ部のゲート電極に接
続されている。n+ 型拡散層2の電位は、電子の蓄積に
より負方向に変化する。すなわち、AMIの読み出しト
ランジスタのゲート電極電位も負方向に変位し、読み出
しトランジスタがNMOSFETの場合、ソース電流は
暗時に比べ減少する。このソース電流の変化により、逆
に各画素に入射した光量がわかる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、非晶質光電
変換膜におけるアバランシェ増倍作用は、該非晶質光電
変換膜の膜厚に非常に敏感である。例えば、その膜厚が
1〜2%変動するだけでも、アバランシェ増倍率は大幅
に変動する。一方、被写体の像によっては、カメラレン
ズにより結像された光が、図3における画素電極5と第
2アルミニウム層4との接続部に対応する非晶質光電変
換膜部分6aに集光される場合がある。上記部分6aに
おける膜厚は、他の部分における膜厚より厚くなってい
るため、この部分6aにおける電界強度は弱く、アバラ
ンシェ増倍率は下がっている。すなわち、膜厚の厚い部
分6aに入射した光は、あまり増倍作用は受けず、感度
の低下が生じることになる。
【0007】更には、非晶質光電変換膜においては、そ
の膜中全体にわたり、光生成キャリアの他に、熱により
生成された暗電荷キャリアも増倍作用を受けるため、熱
生成による暗電荷量で決まるS/Nの上限が存在してい
た。
【0008】本発明は、従来の積層型固体撮像装置にお
ける、受光部領域によっては感度低下が生じる、暗
電流によるS/Nの上限が存在する、という2つの問題
点を解消するためになされたもので、入射条件によらず
感度が一定に保たれ、更には、暗電流の低減が可能なア
バランシェ増倍作用を有する積層型固体撮像装置を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、上面及び下面にそれぞれ上部電
極と画素電極を備えた積層型光電変換膜を有し、該積層
型光電変換膜中で光生成キャリアのアバランシェ増倍作
用を可能にした積層型固体撮像装置において、前記積層
型光電変換膜上にオンチップマイクロレンズを画素毎に
形成し、該マイクロレンズにより入射光が前記光電変換
膜の画素中で均一な厚さを有する部分に集光されるよう
に構成するものである。
【0010】このようにオンチップマイクロレンズを設
けて入射光が積層型光電変換膜の均一な厚さを有する部
分に集光されるように構成することにより、常にアバラ
ンシェ増倍率が等しい部分に入射光が集光されるため、
感度の不均一性は改善される。
【0011】また、オンチップマイクロレンズにより入
射光が集光される領域の積層型光電変換膜上に、部分的
に上部電極を設けることにより、暗電流の増倍作用は、
入射光が集光される領域に限定され、高いS/Nを達成
することが可能となる。
【0012】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係る積層型固体撮像装置の第1実施例の一画素部分
の断面構造を示す図で、図3に示した従来例と同一又は
対応する要素には同一符号を付して、その説明を省略す
る。図1において、13は上部電極9上に形成した可視光
に透明な平坦化層であり、14は該平坦化層13上に形成し
た透明な有機樹脂等よりなるオンチップマイクロレンズ
である。オンチップマイクロレンズ14は入射光12を屈折
させ、集光させる機能を有するものであり、平坦化層13
はオンチップマイクロレンズの焦点距離を調整すること
が主な役割である。そして、一画素領域にわたる入射光
12は、オンチップマイクロレンズ14により屈折を受け、
平坦化層13を通過して非晶質光電変換膜6の均一な膜厚
領域6bに集光されるように構成されている。なお図1
において、15は集光領域を示している。
【0013】このように構成された積層型固体撮像装置
においては、入射光12は上記のようにオンチップマイク
ロレンズ14により屈折され、平坦化層13を通過して非晶
質光電変換膜6の均一な膜厚領域6bに集光される。そ
して該均一な膜厚領域6bにおいて光電荷を生成し、ア
バランシェ増倍作用を受けるため、入射条件の如何に拘
らず、常に均一な増倍率が得られ、感度の不均一性が改
善される。
【0014】図2は、本発明の第2実施例の一画素部分
の断面構造を示す図で、同様に図1に示した第1実施例
と同一又は対応する要素には同一符号を付して、その説
明を省略する。この実施例は、オンチップマイクロレン
ズ14による集光領域15にのみ、上部電極9aを部分的に
設けるようにしたものである。なお、この場合は、例え
ば各画素の上部電極9aは格子状に互いに結線すること
になる。
【0015】図1に示した第1実施例においては、集光
領域15以外の領域の非晶質光電変換膜6中で発生した暗
電荷16もアバランシェ増倍作用を受けるが、本実施例に
おいては、集光領域15にのみ設けた上部電極9a下の非
晶質光電変換膜6中で発生した暗電荷のみがアバランシ
ェ増倍作用を受け、上部電極9aの形成されている集光
領域15以外の領域の光電変換膜6中で発生した暗電荷
は、アバランシェ増倍作用を受けない。このため、本実
施例による積層型固体撮像装置は第1実施例に比べ、暗
電流の低減が可能となる。
【0016】通常、可視光固体撮像装置においては、オ
ンチップマイクロレンズの形成により、感度は約3倍向
上する。これに対し、本実施例のように、オンチップマ
イクロレンズを非晶質光電変換膜上に形成し、且つマイ
クロレンズによる集光領域にのみ部分的に上部電極を設
けることにより、暗電流により決まるS/Nは、20 log
3=9.5dB向上することになる。
【0017】上記各実施例では、積層型AMIを例にと
って説明を行ったが、本発明は、積層型CCDにも適用
可能であることは言うまでもない。また、単板カラーカ
メラ用の固体撮像装置の場合は、平坦化層中にカラーフ
ィルターを存在させるようにすればよい。
【0018】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、感度の均一性に優れ、また暗電流によ
り決まるS/Nの増大が可能なアバランシェ増倍機能を
有する積層型固体撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る積層型固体撮像装置の第1実施例
を示す概略断面図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す概略断面図である。
【図3】従来の積層型固体撮像装置の構成例を示す概略
断面図である。
【符号の説明】
1 p型半導体基板 2 n+ 型拡散層 3 第1アルミニウム層 4 第2アルミニウム層 5 画素電極 6 非晶質光電変換膜 6a 膜厚の大なる部分 6b 均一な膜厚領域 7,8 ブロッキング層 9 上部電極 10 層間絶縁膜 11 フィールド絶縁膜 12 入射光 13 平坦化層 14 オンチップマイクロレンズ 15 集光領域 16 暗電荷

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面及び下面にそれぞれ上部電極と画素
    電極を備えた積層型光電変換膜を有し、該積層型光電変
    換膜中で光生成キャリアのアバランシェ増倍作用を可能
    にした積層型固体撮像装置において、前記積層型光電変
    換膜上にオンチップマイクロレンズを画素毎に形成し、
    該マイクロレンズにより入射光が前記光電変換膜の画素
    中で均一な厚さを有する部分に集光されるように構成し
    たことを特徴とする積層型固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記オンチップマイクロレンズにより入
    射光が集光される領域の前記積層型光電変換膜上に、部
    分的に上部電極を形成していることを特徴とする請求項
    1記載の積層型固体撮像装置。
JP5280685A 1993-10-15 1993-10-15 積層型固体撮像装置 Withdrawn JPH07115183A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150004269A (ko) 2013-07-02 2015-01-12 가부시키가이샤 다이헨 용접 전원의 출력 제어 방법
JP2015023192A (ja) * 2013-07-19 2015-02-02 日本放送協会 固体撮像素子
JP2019075554A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 撮像装置
CN111244122A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 放射线图像探测器

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Effective date: 20001226