JPH07263653A - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging deviceInfo
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- JPH07263653A JPH07263653A JP6047120A JP4712094A JPH07263653A JP H07263653 A JPH07263653 A JP H07263653A JP 6047120 A JP6047120 A JP 6047120A JP 4712094 A JP4712094 A JP 4712094A JP H07263653 A JPH07263653 A JP H07263653A
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- temperature sensor
- light
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、CCDイメージセンサ
などの固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】CCDイメージセンサなどの固体撮像装
置の性能を決める要素の一つとして暗電流があるが、暗
電流は温度に対する依存性があり、温度の低下にともな
って減少することが知られている。暗電流を減らすため
の手段の一つとして、ペルチェ素子などの電子冷却素子
上に固体撮像装置を配設し、冷却することによって暗電
流を減らす方法があるが、固体撮像装置を冷却する場合
には、常時一定の温度で動作させることが必要である。
そのために、温度をモニターするための温度センサが一
般的には、用いられている。このような温度センサを搭
載したCCDイメージセンサは、例えば、「特開平2−
44872号公報」に記載されている。このCCDイメ
ージセンサは、受光フォトダイオードを遮光するオプテ
ィカル部分を有しており、受光フォトダイオードの外部
から入射する光を遮蔽してこの受光フォトダイオードを
温度の検出のみに用いることができるようにするもので
ある。2. Description of the Related Art A dark current is one of the factors that determine the performance of a solid-state image pickup device such as a CCD image sensor. It is known that the dark current has a temperature dependency and decreases with a decrease in temperature. ing. As one of the means for reducing the dark current, there is a method of reducing the dark current by disposing the solid-state imaging device on an electronic cooling element such as a Peltier element and cooling the solid-state imaging device. Must always be operated at a constant temperature.
Therefore, a temperature sensor for monitoring the temperature is generally used. A CCD image sensor equipped with such a temperature sensor is disclosed in, for example, "Japanese Patent Laid-Open No. 2-1872".
No. 44872). The CCD image sensor has an optical portion that shields the light-receiving photodiode, and shields light incident from the outside of the light-receiving photodiode so that the light-receiving photodiode can be used only for temperature detection. It is a thing.
【0003】このような温度モニターをすることができ
る固体撮像装置は、pn接合ダイオード構造をした温度
センサが同一基板上に形成されている。従って、チップ
温度を簡易的に検知することができるので、この固体撮
像装置は常時一定温度で動作させることが可能である。In a solid-state image pickup device capable of such temperature monitoring, a temperature sensor having a pn junction diode structure is formed on the same substrate. Therefore, since the chip temperature can be easily detected, this solid-state imaging device can be constantly operated at a constant temperature.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者らは、
現在、製造している微弱光検出用のCCDにこのような
温度センサおよび遮光膜の設置を試みた。図3〜図5は
発明者らの製造したCCDイメージセンサの構造および
特性を示している。Therefore, the inventors have
Attempts have been made to install such a temperature sensor and a light-shielding film on a CCD for faint light detection that is currently manufactured. 3 to 5 show the structure and characteristics of the CCD image sensor manufactured by the inventors.
【0005】図3は、フル・フレーム転送型のCCDイ
メージセンサの構成図である。同図(a)に示される如
く、フル・フレーム転送型CCDは、半導体基板上に水
平列及び垂直列を形成して配された複数の受光素子部と
垂直列に沿って配され多複数のCCD群で形成された垂
直転送部からなるフレーム部1と、このフレーム部1に
結合された水平転送部2と、水平転送部2で転送されて
きた電荷を電圧に変換して出力する出力部3と、チップ
温度を簡易的に検知するためのダイオード構造をした温
度センサ4で構成される。FIG. 3 is a configuration diagram of a full frame transfer type CCD image sensor. As shown in FIG. 3A, the full frame transfer type CCD has a plurality of light receiving element portions arranged in a horizontal row and a vertical row on a semiconductor substrate and a plurality of light receiving element sections arranged along the vertical row. A frame unit 1 including a vertical transfer unit formed of a CCD group, a horizontal transfer unit 2 coupled to the frame unit 1, and an output unit for converting charges transferred by the horizontal transfer unit 2 into a voltage and outputting the voltage. 3 and a temperature sensor 4 having a diode structure for simply detecting the chip temperature.
【0006】フル・フレーム転送型CCDは、撮像動作
が行われる場合には、フレーム部1および水平転送部2
にそれぞれ所定の駆動パルスを印加することによって、
電荷転送動作が行われる。その場合、1フレーム期間内
の受光によりフレーム部1で光電変換が行われて信号電
荷が発生し、発生した信号電荷は、シャッター等の閉期
間に水平転送部2に垂直転送されていく。この水平転送
部2には、信号電荷がフレーム部1の1水平列で得られ
る信号電荷ごとに順次転送され、これが水平転送部2の
電荷転送動作により、各水平ブランキング期間に水平転
送されていき、出力部3から撮像出力信号が得られる。The full frame transfer type CCD has a frame section 1 and a horizontal transfer section 2 when an image pickup operation is performed.
By applying a predetermined drive pulse to each,
The charge transfer operation is performed. In that case, photoelectric conversion is performed in the frame portion 1 by light reception within one frame period to generate signal charges, and the generated signal charges are vertically transferred to the horizontal transfer unit 2 during a closed period such as a shutter. The signal charges are sequentially transferred to the horizontal transfer unit 2 for each signal charge obtained in one horizontal column of the frame unit 1, and are horizontally transferred in each horizontal blanking period by the charge transfer operation of the horizontal transfer unit 2. Then, the imaging output signal is obtained from the output unit 3.
【0007】また、温度センサ4は、常時一定温度でこ
の固体撮像装置を動作させるための温度モニターとして
設けられており、pn接合ダイオード構造を有してい
る。The temperature sensor 4 is provided as a temperature monitor for operating the solid-state image pickup device at a constant temperature all the time, and has a pn junction diode structure.
【0008】フレーム部1と温度センサ4およびその周
辺の構造の詳細は、図3(b)に示されている。厚さ約
490μmの高濃度に不純物がドープされたp+ 型半導
体基板5上に、厚さ約10μmの前記p+ 型半導体基板
5よりも濃度が低い、p- 型半導体層6が形成され、さ
らにその上に各素子領域が形成されている。フレーム部
1には入射光を受けて光電変換するためのn- 型半導体
領域7が形成され、その上に絶縁層8を介して転送電極
9及び10が形成されている。そして、隣のチャンネル
・ストップ領域を挟んで、温度センサ4には温度を検知
するためのpn接合ダイオードをつくるために、n+ 型
半導体領域12が形成され、電極を取り出すための配線
電極13が形成されている。さらにフレーム部1以外は
入射光が入り込まないように遮光物質14で覆われてい
る。Details of the structure of the frame portion 1, the temperature sensor 4 and its surroundings are shown in FIG. 3 (b). On the p + type semiconductor substrate 5 which impurities are heavily doped with a thickness of about 490Myuemu, lower concentration than the p + -type semiconductor substrate 5 having a thickness of about 10 [mu] m, p - -type semiconductor layer 6 is formed, Further, each element region is formed on it. An n − type semiconductor region 7 for receiving incident light and performing photoelectric conversion is formed in the frame portion 1, and transfer electrodes 9 and 10 are formed thereon via an insulating layer 8. Then, an n + type semiconductor region 12 is formed in the temperature sensor 4 in order to form a pn junction diode for detecting temperature, and a wiring electrode 13 for taking out an electrode is formed on both sides of the adjacent channel stop region. Has been formed. Further, the portions other than the frame portion 1 are covered with a light shielding material 14 so that incident light does not enter.
【0009】図4には温度センサの回路構成を示す。図
4に示されているように、温度モニターに用いられてい
るpn接合ダイオードのアノード端子は、SS端子(C
CDのグランドレベル)と共通に接続されているので、
この端子は、グランド端子以外には利用できないように
なっている。もう一方のカソード端子(Tsens )を電流
シンクに接続し、SS端子との間の電圧変化をモニター
することで、温度をラフな精度で知ることができる。こ
こで、ダイオードに一定電流を流すと、 dV/dT=(qV−Eg)/qT …(式1) 但し、q:電子の電荷量 V:印加電圧 T:測定温度 dV:電圧の変化量 dT:温度の変化量 Eg:エネルギーバンドギャップ となることを利用しており、このときdV/dTが約−
2〜3mV/deg Cの割合でほぼ直線的に変化して
いく。モニターの電圧は室温では約0.3〜0.6V
(Tense では負)の範囲になるように電流シンク(I
bias)を調整することが適切である。FIG. 4 shows the circuit configuration of the temperature sensor. As shown in FIG. 4, the anode terminal of the pn junction diode used for the temperature monitor has an SS terminal (C
Since it is commonly connected to the CD ground level),
This terminal can only be used for the ground terminal. By connecting the other cathode terminal (Tsens) to the current sink and monitoring the voltage change between it and the SS terminal, the temperature can be known with rough accuracy. Here, when a constant current is applied to the diode, dV / dT = (qV-Eg) / qT (Equation 1) where q: electron charge amount V: applied voltage T: measurement temperature dV: voltage change amount dT : Amount of change in temperature Eg: Energy band gap is used, and dV / dT is about −
It changes almost linearly at a ratio of 2 to 3 mV / deg C. Monitor voltage is about 0.3-0.6V at room temperature
The current sink (I
Adjusting bias ) is appropriate.
【0010】図5にこの温度センサのI−V特性を示
す。温度センサは、温度の上昇と共に電流が増加するこ
とを利用して温度モニターすることができる。FIG. 5 shows the IV characteristic of this temperature sensor. The temperature sensor can monitor the temperature by utilizing the fact that the current increases as the temperature rises.
【0011】ダイオードで温度をモニターする場合、電
流の大きな領域で動作させると、 ダイオードで流れる電流により、CCDのチップを部
分的に熱してしまう。When the diode is used to monitor the temperature, if it is operated in a large current region, the current flowing in the diode partially heats the CCD chip.
【0012】ダイオードの直列抵抗の影響が現れる。The effect of the series resistance of the diode appears.
【0013】温度係数(1度当たりの変化量)が小さ
くなり、検出が難しくなる。The temperature coefficient (amount of change per degree) becomes small, which makes detection difficult.
【0014】などの問題が生じる。そこで、係る温度セ
ンサは図5に示した矢印の範囲内(電流値100pAか
ら10μA)で動作させることが望ましい。Problems such as the above occur. Therefore, it is desirable to operate the temperature sensor within the range of the arrow shown in FIG. 5 (current value 100 pA to 10 μA).
【0015】しかしながら、このような電流値の範囲内
で動作させた場合においても、本願発明者らの製造する
微弱光検出用のCCDイメージセンサでは、撮像により
得られる映像信号に大きなノイズ成分が観測された。す
なわち、微弱光検出用のCCDイメージセンサでは撮像
時の電荷蓄積時間が長く、検出感度も高くなるように製
造しているので、このような温度センサの設置によって
このCCDイメージセンサが大きく影響を受けるている
と考えられる。However, even when operated within such a current value range, the CCD image sensor for weak light detection manufactured by the inventors of the present application observes a large noise component in the image signal obtained by imaging. Was done. That is, since the CCD image sensor for detecting faint light is manufactured so that the charge accumulation time during image pickup is long and the detection sensitivity is high, the installation of such a temperature sensor greatly affects the CCD image sensor. It is thought that
【0016】この悪影響の原因は、温度センサにpn接
合ダイオードを用いていることにあると考えられる。す
なわち、このダイオードに順方向電圧を印加した場合に
注入される少数キャリアの発光再結合によって、このダ
イオードが発光ダイオードとして機能していると考えら
れる。換言すれば、一般に製造されているCCDは、電
荷蓄積時間が1/30秒と短かったため、温度センサの
発光は微弱光であるため問題は生じなかったが、微弱光
検出用の計測用CCDイメージセンサでは、その受光領
域において長時間(天体観測ではピクセルあたり数秒か
ら2時間程度に及ぶ)の電荷蓄積を要し、同一半導体基
板上に形成されている温度センサが発光すると、固体撮
像装置が高感度であるために、その発光が固体撮像装置
のフレーム部に混入して、画像を劣化させる原因となる
と考えられる。特に、温度センサを数μAの動作範囲で
使用した場合、温度センサの発光により、電荷蓄積時間
が数十秒で画像が劣化してしまうことが確認された。The cause of this adverse effect is considered to be the use of a pn junction diode for the temperature sensor. That is, it is considered that this diode functions as a light emitting diode due to the radiative recombination of minority carriers injected when a forward voltage is applied to this diode. In other words, in the commonly manufactured CCD, the charge accumulation time was as short as 1/30 second, so no problem occurred because the temperature sensor emitted light was weak light, but a measurement CCD image for weak light detection. The sensor requires long-time charge accumulation (ranging from a few seconds to about 2 hours per pixel in astronomical observation) in its light-receiving area, and when the temperature sensor formed on the same semiconductor substrate emits light, the solid-state imaging device is Due to its sensitivity, it is considered that the emitted light is mixed in the frame portion of the solid-state imaging device and causes deterioration of the image. In particular, when the temperature sensor is used in an operating range of several μA, it was confirmed that the light emission of the temperature sensor deteriorates the image in a charge accumulation time of several tens of seconds.
【0017】本発明は、発明者らの製品開発の過程にお
いて発生した上記問題に鑑みてなされたものであり、温
度センサを用いてその温度を測定することができるとと
もに、微弱光を測定するために比較的長時間の撮像を行
う場合においても良質な画像を得ることができる固体撮
像装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems that have occurred in the process of product development by the inventors. Since the temperature can be measured using a temperature sensor and weak light is measured. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can obtain a good quality image even when performing imaging for a relatively long time.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、入射した光を光電変換する受光面を半導
体基板上に有する固体撮像装置(CCDイメージセンサ
やMOS型イメージセンサ等)において、この半導体基
板が、この半導体基板に形成された半導体温度センサ
と、受光面と半導体温度センサとの間であって、半導体
基板上に形成された溝とを具備することとした。In order to achieve the above object, the present invention provides a solid-state image pickup device (CCD image sensor, MOS image sensor, etc.) having a light receiving surface for photoelectrically converting incident light on a semiconductor substrate. In the above, the semiconductor substrate has a semiconductor temperature sensor formed on the semiconductor substrate and a groove formed on the semiconductor substrate between the light receiving surface and the semiconductor temperature sensor.
【0019】[0019]
【作用】本発明によれば、半導体温度センサは、例え
ば、フォトダイオードやフォトトランジスタなどのデバ
イスで構成される。これらのデバイスは順方向電圧を印
加することにより、その電流の温度依存性から係る固体
撮像装置の温度を検知することができる。そして、半導
体基板には、受光面と半導体センサとの間に溝が設けら
れているので、半導体温度センサが注入される少数キャ
リアの発光再結合によって発光した場合においても、こ
の発光や発光により生じたキャリアが受光面に導入され
ない。しかしながら、このような溝の幅が十分に狭い場
合には、遮光の効果が減少するので、この半導体基板
は、溝に埋め込まれた不透明材料をさらに備えているこ
ととして、この不透明材料は温度センサからの発光を確
実に遮光することとした。そして、このような不透明材
料としては、シリコン系樹脂を含むことが有効である。
ここで、シリコン系樹脂を選ぶのは、以下の理由によ
る。According to the present invention, the semiconductor temperature sensor is composed of a device such as a photodiode or a phototransistor. By applying a forward voltage to these devices, the temperature of the solid-state imaging device can be detected from the temperature dependence of the current. Since the semiconductor substrate is provided with a groove between the light-receiving surface and the semiconductor sensor, even when the semiconductor temperature sensor emits light due to light emission recombination of the injected minority carriers, this light emission or light emission causes Carrier is not introduced into the light receiving surface. However, if the width of such a groove is sufficiently narrow, the light-shielding effect is reduced. Therefore, it is assumed that the semiconductor substrate further includes an opaque material embedded in the groove. It was decided to reliably block the light emitted from. It is effective that such an opaque material contains a silicon resin.
Here, the silicon-based resin is selected for the following reason.
【0020】実際に本発明の固体撮像装置を使用する場
合は、非常に高い検出限界が要求されるため、低温に冷
却して使用する。つまり、半導体基板が温度昇降を生じ
るので、熱変化に耐え得るシリコン系樹脂が望ましい。
また、固体撮像装置製造時の作業性の面から考えるとエ
ポキシ系樹脂に比べて比較的粘度が低いシリコン系樹脂
の方が、遮光溝に流し込むときに、溝に空気が入り込ん
で樹脂が浮いた状態になる危険性が少ないなどの利点が
ある。When the solid-state image pickup device of the present invention is actually used, since a very high detection limit is required, it is cooled to a low temperature before use. In other words, the temperature of the semiconductor substrate rises and falls, so a silicon-based resin that can withstand thermal changes is desirable.
Also, considering the workability in manufacturing the solid-state imaging device, when the silicone resin, which has a relatively lower viscosity than the epoxy resin, flows into the light-shielding groove, air enters the groove and the resin floats. There are advantages such as less risk of becoming a state.
【0021】また、この溝の深さは、半導体基板が第1
不純物濃度の高濃度半導体基板と、この高濃度半導体基
板上に形成され第1不純物濃度よりも低い第2不純物濃
度を有する低濃度半導体基板とを備え、半導体温度セン
サが低濃度半導体基板に形成されている場合には、低濃
度半導体基板の厚み以上であれば、温度センサからの発
光により生じたキャリアは高濃度半導体基板を伝搬する
場合には、伝搬するキャリアと相補的なキャリアにより
容易に消滅し、低濃度半導体基板を伝搬する場合には必
ずこの溝にあたることとなるので、受光面への発光およ
びこの発光に起因するキャリアの入射をさらに確実に防
止することができる。Further, the depth of the groove is the first in the semiconductor substrate.
A high-concentration semiconductor substrate having an impurity concentration and a low-concentration semiconductor substrate formed on the high-concentration semiconductor substrate and having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration are provided, and the semiconductor temperature sensor is formed on the low-concentration semiconductor substrate. In this case, if the thickness of the low-concentration semiconductor substrate is equal to or larger than the thickness of the low-concentration semiconductor substrate, the carrier generated by the light emission from the temperature sensor easily disappears by the carrier complementary to the propagating carrier when propagating in the high-concentration semiconductor substrate. However, when propagating through the low-concentration semiconductor substrate, the groove always hits, so that it is possible to more reliably prevent light emission on the light-receiving surface and incidence of carriers due to this light emission.
【0022】また、このような固体撮像装置としてCC
Dイメージセンサを用いる場合、チップ温度を簡易的に
モニターすることができるように設けられた温度センサ
が、その周辺に形成されているチャンネル・ストップ領
域に、幅150μm、深さ15μmぐらいの(遮光)溝
を形成するとともに、その溝に不透明材料であるシリコ
ン系樹脂を埋め込むように構成することが望ましい。こ
のように構成されることにより、pn接合ダイオード構
造をした温度センサに順方向電圧を印加した場合、注入
される少数キャリアの発光再結合によって温度センサが
発光ダイオードとして機能しても、溝に埋め込まれた不
透明材料によって、固体撮像装置のフレーム部に入射す
ることはない。従って、測定領域が微弱光領域で長時間
の電荷蓄積を要する場合でも、温度センサからの発光が
不要電荷として混入することはないので、良質な画像を
得ることができる。As such a solid-state image pickup device, CC
When the D image sensor is used, a temperature sensor provided so that the chip temperature can be easily monitored, has a width of 150 μm and a depth of 15 μm (light-shielding) in a channel stop region formed around the temperature sensor. ) It is desirable to form a groove and to embed a silicon-based resin, which is an opaque material, in the groove. With such a configuration, when a forward voltage is applied to the temperature sensor having the pn junction diode structure, even if the temperature sensor functions as a light emitting diode due to radiative recombination of the injected minority carriers, the temperature sensor is embedded in the groove. The opaque material does not enter the frame portion of the solid-state imaging device. Therefore, even if the measurement region is a weak light region and charge accumulation is required for a long time, light emission from the temperature sensor does not mix as unnecessary charges, and a high-quality image can be obtained.
【0023】[0023]
【実施例】まず、本発明に係わる固体撮像装置の第1実
施例について説明する。First, a first embodiment of the solid-state image pickup device according to the present invention will be described.
【0024】図1は、本発明に係わる固体撮像装置を温
度センサ内蔵型のフル・フレーム転送型CCDとした場
合の概略構成図である。本実施例においては、例えば厚
さ約490μmの高濃度(第1不純物濃度)に不純物が
ドープされたP+ 型半導体基板(高濃度半導体基板)5
上に、P+ 型半導体基板5よりも濃度が低い(第2不純
物濃度の)厚さ約10μmのP- 型半導体領域(低濃度
半導体基板)6が形成され、さらにその上に図3に示し
たCCDと同様にフレーム部1(受光面)、水平転送部
2および出力部3からが形成されており、このP+ 型半
導体基板5上には温度センサ4が形成されて半導体基板
SBを構成している。図1(b)は、図1(a)におけ
るB−B´の断面図を示している。同図(b)に示され
るように、フレーム部1と温度センサ4との間には、こ
れらを光学的に遮断するような遮光溝20(溝)がP+
型半導体基板5に達するまで形成され、その遮光溝20
には、不透明材料21であるシリコン系樹脂が埋め込ま
れている。FIG. 1 is a schematic configuration diagram in the case where the solid-state image pickup device according to the present invention is a temperature sensor built-in type full frame transfer type CCD. In this embodiment, for example, a P + type semiconductor substrate (high-concentration semiconductor substrate) 5 having a high concentration (first impurity concentration) of approximately 490 μm and doped with impurities is used.
A P − -type semiconductor region (low-concentration semiconductor substrate) 6 having a concentration lower than that of the P + -type semiconductor substrate 5 (having a second impurity concentration) and having a thickness of about 10 μm is formed thereon, and further shown in FIG. Like the CCD, a frame portion 1 (light receiving surface), a horizontal transfer portion 2 and an output portion 3 are formed, and a temperature sensor 4 is formed on the P + type semiconductor substrate 5 to form a semiconductor substrate SB. is doing. FIG. 1B shows a cross-sectional view of BB ′ in FIG. As shown in FIG. (B), between the frame portion 1 and the temperature sensor 4, the light-shielding grooves 20 so as to block these optically (grooves) P +
The light-shielding groove 20 is formed until it reaches the type semiconductor substrate 5.
A silicon resin, which is an opaque material 21, is embedded in the.
【0025】なお、遮光溝20および不透明材料21以
外の部分の構成および撮像時の動作は、図3に示した通
常のCCDの動作と同一であり、転送電極9、10に駆
動パルスを印加することにより、フレーム部1への光の
入射により発生した信号電荷を転送する構成としてあ
る。ここで、遮光溝20は、フレーム部1と温度センサ
4との間のチャンネル・ストップ領域11に、方向性エ
ッチングを用いてP+ 型半導体基板5に達するまで、幅
150μm、深さ15μm程度に掘られて形成されてい
る。また、同図(a)から明らかなように、遮光溝20
は、半導体基板SB上の温度センサ4を囲むように穿設
されている。温度センサ4は、n+ 型半導体層12とp
- 型半導体層6とで構成されるフォトダイオードであ
り、このようなCCDにおいては、温度センサ4に順方
向電圧を印加することにより発生した光によってキャリ
アが生じる。このキャリアは、主として温度センサ4の
周囲のP- 型半導体領域6で発生するが、発生したキャ
リアは、P+ 型半導体基板5およびP- 型半導体領域6
中を拡散して固体撮像装置(CCD)のフレーム部1に
入り込む。その中でもP+ 型半導体基板5へ入り込んだ
キャリアは、P+ 型半導体基板5が高濃度であるために
再結合して消滅してしまう。よって、P+ 型半導体基板
5がP- 型半導体領域6を備え、このP- 型半導体領域
6上にフレーム部1と温度センサ4を形成する場合に
は、遮光溝20の深さは、P+ 型半導体基板5に達する
くらいまでの深さ(15μmぐらい)まで掘れば良い。
また、遮光溝20は、P- 型半導体領域6の表面を酸化
した後に不透明材料21であるシリコン系樹脂で埋めら
れる。The configuration of the portion other than the light-shielding groove 20 and the opaque material 21 and the operation at the time of image pickup are the same as those of the normal CCD shown in FIG. 3, and a drive pulse is applied to the transfer electrodes 9 and 10. As a result, the signal charges generated by the incidence of light on the frame portion 1 are transferred. Here, the light shielding groove 20 has a width of about 150 μm and a depth of about 15 μm in the channel stop region 11 between the frame portion 1 and the temperature sensor 4 until it reaches the P + type semiconductor substrate 5 by using directional etching. It is dug and formed. Further, as is clear from FIG.
Are provided so as to surround the temperature sensor 4 on the semiconductor substrate SB. The temperature sensor 4 includes an n + type semiconductor layer 12 and a p
In this CCD, a carrier is generated by light generated by applying a forward voltage to the temperature sensor 4, which is a photodiode including a − type semiconductor layer 6. The carriers are mainly generated in the P − type semiconductor region 6 around the temperature sensor 4, and the generated carriers are generated in the P + type semiconductor substrate 5 and the P − type semiconductor region 6.
It diffuses inside and enters the frame portion 1 of the solid-state imaging device (CCD). Carrier which has entered into the P + -type semiconductor substrate 5 Among them, the disappear recombine to P + -type semiconductor substrate 5 are high concentration. Therefore, P + -type semiconductor substrate 5 P - comprise a type semiconductor region 6, the P - in the case of forming a semiconductor region frame part 1 and the temperature sensor 4 on the 6, the depth of the light-shielding grooves 20, P It is sufficient to dig up to a depth (about 15 μm) to reach the + type semiconductor substrate 5.
The light-shielding groove 20 is filled with a silicon-based resin which is an opaque material 21 after oxidizing the surface of the P − type semiconductor region 6.
【0026】ここで、シリコン系樹脂を選ぶのは、以下
の理由による。実際に、本発明の固体撮像装置を使用す
る場合は、非常に高い検出限界が要求されるため、低温
に冷却して使用する。つまり、P+ 型半導体基板5が温
度昇降を生じるので、熱変化に耐え得るシリコン系樹脂
が望ましい。また、作業性の面から考えると、エポキシ
系樹脂に比べて比較的粘度が低いシリコン系樹脂の方
が、遮光溝に流し込むときに、溝に空気が入り込んで樹
脂が浮いた状態になる危険性が少ないなどの利点があ
る。また、遮光溝20は、同じ導電型のP型半導体領域
に対して縦方向に掘られているので遮光溝20を掘るこ
とによってデバイスへ与える影響はないといえる。The silicon resin is selected for the following reason. In fact, when using the solid-state imaging device of the present invention, a very high detection limit is required, and therefore, the solid-state imaging device is cooled to a low temperature before use. That is, since the temperature of the P + type semiconductor substrate 5 rises and falls, it is desirable to use a silicon-based resin that can withstand thermal changes. Also, from the viewpoint of workability, there is a risk that the silicone resin, which has a relatively lower viscosity than the epoxy resin, will enter air into the light shielding groove and float when the resin enters the light shielding groove. There are advantages such as less. Further, since the light-shielding groove 20 is dug in the vertical direction with respect to the P-type semiconductor region of the same conductivity type, it can be said that digging the light-shielding groove 20 does not affect the device.
【0027】以上のように温度センサ4の周辺に遮光溝
20を形成し、その遮光溝20に不透明材料21である
シリコン系樹脂を埋め込めば、温度センサ4に順方向電
圧を印加した場合、注入される少数キャリアの発光再結
合によって温度センサ4が発光ダイオードとして機能し
ても、温度センサ4からの発光やこの発光により生じた
キャリアは、遮光溝20およびこの遮光溝20に埋めら
れた不透明材料21であるシリコン系樹脂によって、フ
レーム部1に入射することはない。従って、測定領域が
微弱光領域で長時間の電荷蓄積を要する場合でも、温度
センサの発光による影響を抑え、画像の劣化を防ぐこと
ができる。As described above, if the light-shielding groove 20 is formed around the temperature sensor 4 and the light-shielding groove 20 is filled with the opaque material 21 such as a silicon-based resin, when the forward voltage is applied to the temperature sensor 4, the injection is performed. Even if the temperature sensor 4 functions as a light emitting diode by light emission recombination of the minority carriers generated, light emitted from the temperature sensor 4 and carriers generated by this light emission are shielded by the light shielding groove 20 and the opaque material filled in the light shielding groove 20. The silicone resin 21 does not enter the frame portion 1. Therefore, even when the measurement region is a weak light region and charge accumulation is required for a long time, it is possible to suppress the influence of light emission of the temperature sensor and prevent image deterioration.
【0028】次に、本発明に係わる固体撮像装置の第2
実施例について説明する。Next, a second solid-state image pickup device according to the present invention will be described.
Examples will be described.
【0029】本実施例は、遮光溝20をエッチングによ
る穿設によって形成するのではなく、ダイシングにより
形成したものである。ダイシングは1枚のウエハに形成
された多数のチッブを切断する工程として用いられてい
る。図2(a)は本発明に係わる固体撮像装置の第2実
施例を示す概略構成図である。ダイシングで遮光溝20
を掘る場合は、第1実施例のように温度センサ4を囲む
ように遮光溝20を形成することは困難である。従っ
て、遮光溝20を穿設する領域は、長さ方向としては同
図(a)に示すように、ボンディングパッド22と温度
センサ4の間をチップの端から端まで掘り、幅および深
さ方向は同図(b)に示すように、幅100μm、深さ
15μmぐらいに掘るようにする。In this embodiment, the light shielding groove 20 is formed by dicing, not by etching. Dicing is used as a step of cutting a large number of chips formed on one wafer. FIG. 2A is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. Shading groove 20 by dicing
When digging, it is difficult to form the light shielding groove 20 so as to surround the temperature sensor 4 as in the first embodiment. Therefore, the region where the light shielding groove 20 is bored is dug from end to end of the chip between the bonding pad 22 and the temperature sensor 4 in the length and width directions as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the trench is dug to have a width of 100 μm and a depth of 15 μm.
【0030】本実施例の特徴としては、温度センサ4を
ボンディングパッド22の外側に配置してあるところで
ある。これは、ダイシングで遮光溝20を掘る場合、先
に述べたように、CCDの長さ方向にチップの端から端
まで掘るため、ボンディングパッド22が遮光溝20よ
り内側にないとボンディングパッド22に接続される配
線の影響で遮光溝20を掘ることができないからであ
る。A feature of this embodiment is that the temperature sensor 4 is arranged outside the bonding pad 22. This is because when the light-shielding groove 20 is formed by dicing, as described above, since the chip is cut in the lengthwise direction of the CCD, the bonding pad 22 must be located inside the light-shielding groove 20. This is because the light shielding groove 20 cannot be dug due to the influence of the connected wiring.
【0031】以上のように、ボンディングパッド22と
温度センサ4の間に遮光溝20をダイシングによって形
成すれば、エッチング以外の方法でも遮光溝20を形成
することができる。なお、本発明に係わる固体撮像装置
は、その半導体の種類及び各部分や半導体領域の導電形
が上述の例に限られたものではない。As described above, if the light shielding groove 20 is formed between the bonding pad 22 and the temperature sensor 4 by dicing, the light shielding groove 20 can be formed by a method other than etching. It should be noted that the solid-state imaging device according to the present invention is not limited to the type of semiconductor and the conductivity type of each portion or semiconductor region of the solid-state imaging device described above.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係わる固体撮像装置によれば、pn接合ダイオード構
造を有する温度センサが発光ダイオードとして機能して
も、温度センサからの発光は、溝やこの溝に埋め込まれ
た不透明材料によって、固体撮像装置の受光面に入射す
ることが防止されるので、この受光面で微弱光を受光す
る場合に長時間の電荷蓄積を行っても、常に、ノイズの
少ない良質な画像を得ることができる。As is apparent from the above description, according to the solid-state image pickup device of the present invention, even if the temperature sensor having the pn junction diode structure functions as a light emitting diode, the light emitted from the temperature sensor is generated by the groove. The opaque material embedded in the groove prevents the light from entering the light-receiving surface of the solid-state imaging device. Therefore, even if a weak light is received by the light-receiving surface, even if charge is stored for a long time, It is possible to obtain a good quality image with little noise.
【図1】本発明に係わる固体撮像装置を温度センサ内蔵
型フル・フレーム転送型CCDとした場合の概略構成図
(同図(a))および同図(a)の線分B−B´におけ
る断面図(同図(b))である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram when the solid-state imaging device according to the present invention is a full-frame transfer CCD with a built-in temperature sensor (FIG. 1A) and line BB ′ in FIG. 1A. It is sectional drawing (the same figure (b)).
【図2】本発明に係わる固体撮像装置の第2実施例を示
す概略構成図(同図(a))および同図(a)の線分C
−C´における断面図(同図(b))である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram (FIG. 2A) showing a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention and a line segment C in FIG. 2A.
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line C ′ (the same figure (b)).
【図3】温度センサ内蔵型フル・フレーム転送型CCD
の概略構成図(同図(a))および同図(a)の線分A
−A´における断面図(同図(b))である。[Figure 3] Full frame transfer CCD with built-in temperature sensor
(A) in the figure and a line segment A in (a) in the figure
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line A-A '(FIG. 7B).
【図4】温度センサの回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a temperature sensor.
【図5】温度センサのI−V特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an IV characteristic of a temperature sensor.
1…フレーム部、2…水平転送部、3…出力部、4…温
度センサ、5…p+ 型半導体基板、6…p- 型半導体
層、7…n- 型半導体領域、8…絶縁層、9,10…転
送電極、11…チャンネル・ストップ領域、12…n+
型半導体層、13…配線電極、14…遮光物質、20…
遮光溝、21…不透明材料、22…ボンディングパッ
ド、SB…半導体基板。1 ... frame portion, 2 ... horizontal transfer unit, 3 ... output unit, 4 ... temperature sensor, 5 ... p + -type semiconductor substrate, 6 ... p - -type semiconductor layer, 7 ... n - -type semiconductor regions, 8: insulating layer, 9, 10 ... Transfer electrodes, 11 ... Channel stop region, 12 ... n +
-Type semiconductor layer, 13 ... Wiring electrode, 14 ... Shading material, 20 ...
Light-shielding groove, 21 ... Opaque material, 22 ... Bonding pad, SB ... Semiconductor substrate.
Claims (4)
体基板上に有する固体撮像装置において、 前記半導体基板は、 この半導体基板に形成された半導体温度センサと、 前記受光面と前記半導体温度センサとの間であって、前
記半導体基板上に形成された溝と、を備えることを特徴
とする固体撮像装置。1. A solid-state imaging device having a light receiving surface for photoelectrically converting incident light on a semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate is a semiconductor temperature sensor formed on the semiconductor substrate, the light receiving surface and the semiconductor temperature sensor. And a groove formed on the semiconductor substrate, the solid-state imaging device.
た不透明材料をさらに備えていることを特徴とする請求
項1に記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate further includes an opaque material embedded in the groove.
むことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the opaque material contains a silicon-based resin.
度よりも低い第2不純物濃度を有する低濃度半導体基板
と、を備え、 前記半導体温度センサは、前記低濃度半導体基板に形成
され、 前記溝の深さは、前記低濃度半導体基板の厚み以上であ
ることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。4. The high-concentration semiconductor substrate having a first impurity concentration, and the low-concentration semiconductor substrate having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration, formed on the high-concentration semiconductor substrate. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor temperature sensor is formed on the low-concentration semiconductor substrate, and the depth of the groove is equal to or larger than the thickness of the low-concentration semiconductor substrate. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6047120A JPH07263653A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6047120A JPH07263653A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Solid-state imaging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07263653A true JPH07263653A (en) | 1995-10-13 |
Family
ID=12766307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6047120A Pending JPH07263653A (en) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH07263653A (en) |
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1994
- 1994-03-17 JP JP6047120A patent/JPH07263653A/en active Pending
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