JPH08250694A

JPH08250694A - 固体撮像装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08250694A
Application number: JP7055646A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamaguchi; 鉄也山口; Yoshinori Iida; 義典飯田; Akihiko Furukawa; 章彦古川; Ryohei Miyagawa; 良平宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光層内の微小間隙の形成を抑制でき、かつ
遮光層の膜剥がれを無くし、正確な暗時出力が測定でき
ること。【構成】シリコン基板１上に蓄積ダイオード４の配列
及び信号電荷読み出し部の配列がそれぞれ形成され、最
上部に蓄積ダイオード４と電気的に接続される画素電極
９が形成された固体撮像素子チップと、この固体撮像素
子チップ上に積層された光導電体膜１０と、この光導電
体膜１０上に形成された透明電極１１と、この透明電極
１１上に選択的に形成された遮光膜１３とを備えた固体
撮像装置において、遮光膜１３としてモリブデン金属を
用い、かつ遮光膜１３の最大繊維幅（最大のグレインの
幅）を４０ｎｍ以上にしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係わ
り、特に遮光膜の改良をはかった固体撮像装置に関す
る。また本発明は、特に再生画像上の水平の端に現われ
る偽信号を防いだ固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（従来例１）従来の固体撮像素子をＣＣＤチップとして
用い、この固体撮像素子チップ上に光導電体膜を積層し
た構造の固体撮像装置（以下、積層型固体撮像装置）
は、遮光部の開口面積を広くすることができるため、高
感度かつ低スミアという優れた特性を有する。このた
め、この積層型固体撮像装置は、各種監視カメラ用テレ
ビジョンやハイビジョン等のカメラとして有望視されて
いる。この種の積層型固体撮像装置用の光導電体膜とし
ては、現在のところアモルファスＳｉ材料が用いられて
いる。

【０００３】積層型固体撮像装置の１画素断面は図１に
示す通りである。有効撮像画素領域２−Ａ上に光が入射
した場合、光導電体膜１０のバンドギャップ以上のエネ
ルギーを有する光は光導電体膜１０中で電子・ホール対
生成を行う。生成された電子及びホールは、画素電極９
と透明電極１１により形成される電界により移動し、例
えばｎチャネルＣＣＤを基板に用いた場合は、電子が信
号電荷として画素電極９，画素電極配線７を介して蓄積
ダイオード４に注入され、一定期間蓄積された後に信号
電荷転送部８に転送され読み出される。

【０００４】ところで一般に、固体撮像装置において
は、光入射時の信号出力と暗時出力の差をもって実際の
信号出力を得ており、この暗時出力を常時得るため有効
撮像画素領域に隣接して入射光を完全に遮断した遮光領
域（オプティカルブラック）２−Ｂを有する構造になっ
ている。そして、遮光領域２−Ｂは、固体撮像装置表面
に金属薄膜からなる遮光層１３を形成することにより構
成されている。

【０００５】積層型固体撮像装置においては、遮光領域
２−Ｂ形成のために遮光層１３のパターニングを行う際
に、透明電極１１に対するエッチングの選択性を確保す
る条件から遮光層１３の材料が制約される。一般に、透
明電極１１としてＩＴＯ（Idium Tin Oxide ）を用いる
ことが多い。この場合、上記のエッチング選択性確保の
ために遮光層１３として、例えばモリブデン（Ｍｏ）を
用いる。スパッタリング法によりＭｏ遮光層１３を形成
した場合の遮光層付近を拡大した概要図を図７に示す。
この場合、遮光層の形成には、例えば不活性ガスとして
Ａｒガスを導入し、チャンバ内圧力を１Ｐａとしてスパ
ッタリング法による成膜を行う。

【０００６】しかしながら、Ｍｏ膜の成膜条件によって
は、柱状に成長するべきＭｏ遮光膜７０の繊維（グレイ
ン）径７２が小さいために、隣の繊維との間に隙間が形
成されてしまう。このＭｏ間隙部７１は、２０〜５０ｎ
ｍ程度の幅を持つ。このような遮光膜においては、この
間隙部のため隣の繊維との密着性が悪いという欠点を持
つ。この場合、遮光部においての光漏れの原因となる。
さらに、この遮光膜、光電変換層のパターニングやエッ
チングなどを行う際に遮光膜の膜応力、或いは光電変換
層の膜応力が解放されることをきっかけとして、Ｍｏ遮
光膜自身の膜剥がれ７３を引き起す場合がある。（従来例２）また、図８（ａ）に従来の二次元固体撮像
装置の平面構成図を示す。フォトダイオード８１と垂直
ＣＣＤ８２が二次元に配列され、水平ＣＣＤ８３が垂直
ＣＣＤ８２の配列に隣接するように配置される。水平Ｃ
ＣＤ８３の端にはオンチップアンプ８４が配置される。
そして、フォトダイオード８１と隣接する垂直ＣＣＤ８
２の部分より１画素を構成する。

【０００７】フォトダイオード８１で光電変換された信
号電荷はまず垂直ＣＣＤ８２に読み出され、水平１ライ
ンの信号電荷が順次水平ＣＣＤ８３に転送される。そし
て、この水平１ラインの信号電荷が水平ＣＣＤ８３を転
送され、オンチップアンプ８４に運ばれて信号電圧に変
換される。フォトダイオード８１の配列よりなる平面の
映像情報を均一に取り出すために、フォトダイオード８
１はこの平面内に均一な感度を持つようになっている。

【０００８】図８（ｂ）は、この固体撮像装置を用いて
得られた１水平期間の出力電圧を示している。１水平期
間は有効期間と水平ブランキング期間により構成され
る。有効期間には１水平ラインの信号電圧が出力され
る。この信号電圧は１水平ラインの映像情報に対応して
いる。水平ブランキング期間であり、隣合う水平ライン
の信号電圧の区切る期間である。従って、１水平期間で
の信号電圧の最初の部分は急峻な立ち上がりがある。勿
論、信号電圧の最初の部分に対応する画素に入る光が非
常に少ない場合は急峻な立ち上がりは無いが、信号電圧
の最初の部分に対応する画素に入る光が十分あれば、信
号電圧の最初の部分は急峻な立ち上がりを持つことにな
る。

【０００９】このような急峻な立ち上がりによる高周波
成分を持つ水平ラインの信号電圧からなる映像信号は、
最終的にはテレビＴＶモニタ等に再生されたり、ＶＴＲ
に記録されるわけであるが、その前に電気回路により種
々の加工を施される。その場合、水平ラインの最初の高
周波成分により水平ライン信号電圧の立ち上がりの後ろ
の部分にノイズを混入させる。このノイズはＴＶモニタ
等で再生された画像上では水平の端の部分にノイズとし
て観察され、再生画像の画質を劣化させる。

【００１０】この例で分かるように、シリアルな映像信
号を固体撮像装置で形成する場合には、その映像信号の
最初の急峻な立ち上がり部分のために映像信号の端の部
分にノイズが発生するという問題が発生する。上で示し
た例ではＣＣＤ固体撮像装置に関してであったがＭＯＳ
型固体撮像装置でも、その他の固体撮像装置でも同じ問
題が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の固体
撮像装置においては、遮光部（オプティカルブラック）
等で使用される遮光膜に微小な間隙が発生する、或いは
遮光膜が剥がれるという問題がある。そのため、オプテ
ィカルブラックにおいては、正確な暗出力を測定できな
いという問題がある。

【００１２】また、映像信号の最初の急峻な立ち上がり
部分のために映像信号の端の部分にノイズが発生すると
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、遮光層内の微小
間隙の形成を抑制でき、かつ遮光層の膜剥がれを無く
し、正確な暗時出力を測定できる固体撮像装置及びその
製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目
的は、撮像により得られる映像信号の最初の急峻な立ち
上がりにより発生するノイズを低減できる固体撮像装置
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明（請求項１）は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイ
オードの配列及び信号電荷読み出し部の配列がそれぞれ
形成され、最上部に信号電荷蓄積ダイオードと電気的に
接続される画素電極が形成された固体撮像素子チップ
と、この固体撮像素子チップ上に積層された光導電体膜
と、この光導電体膜上に形成された透明電極と、この透
明電極上に選択的に形成された遮光膜とを備えた固体撮
像装置において、前記遮光膜として、モリブデン，タン
グステン，チタン，クロム，タンタルの金属、或いは前
記元素を１種類以上含む金属薄膜、或いは前記金属薄膜
の酸化物，窒化物，炭化物，シリサイド化物の化合物を
用い、かつ遮光膜の最大繊維幅（最大のグレインの幅）
が４０ｎｍ以上であることを特徴とする。

【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 光導電体膜の光電変換層として、３００ｎｍ以上の
膜厚からなる非晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイ
ド，非晶質シリコンナイトライド，非晶質シリコンゲル
マニウム等のシリコン原子或いはゲルマニウム原子を含
む材料を用いること。 (2) 透明電極として、ＩＴＯ或いはＳｎＯｘを用いるこ
と。

【００１５】また、本発明（請求項２）は、上記構成の
固体撮像装置の製造方法において、前記遮光膜の形成に
際してスパッタリング法を用い、モリブデン，タングス
テン，チタン，クロム，タンタルの金属、或いは前記元
素を１種類以上含む金属薄膜、或いは前記金属薄膜の酸
化物，窒化物，炭化物，シリサイド化物の化合物を堆積
し、基板温度及び反応室内圧力の制御により、堆積され
る遮光膜の最大繊維幅（最大のグレインの幅）を４０ｎ
ｍ以上にしたことを特徴とする。

【００１６】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) ターゲットから飛来する原子（例えば、Ｍｏ原子）
が飛来する時のエネルギーを極力失わないように、低圧
力，高出力でスパッタリングを行うこと。 (2) 基板温度を高く（例えば、ターゲットの融点の２／
１００以上に加熱）或いは、基板温度／材料の融点を大
きくすること。これらの意味は、ターゲットから飛来す
る原子が基板表面でマイグレーションを起こし易く、よ
り結晶成長を行い易くする環境に設定することである。

【００１７】また、本発明（請求項３）は、半導体基板
上に光電変換部の配列及び信号電荷読み出し部の配列が
共に同一平面上に形成された固体撮像装置において、前
記光電変換部の一部及び前記信号電荷読み出し部の上部
に形成された遮光膜として、モリブデン，タングステ
ン，チタン，クロム，タンタルの金属、或いは前記元素
を１種類以上含む金属薄膜、或いは前記金属薄膜の酸化
物，窒化物，炭化物，シリサイド化物の化合物を用い、
かつ遮光膜の最大繊維幅（最大のグレインの幅）が４０
ｎｍ以上であることを特徴とする。

【００１８】また、本発明（請求項４）は、上記構成の
固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換部の一
部及び前記信号電荷読み出し部の上部に形成された遮光
膜の形成に際してスパッタリング法を用い、モリブデ
ン，タングステン，チタン，クロム，タンタルの金属、
或いは前記元素を１種類以上含む金属薄膜、或いは前記
金属薄膜の酸化物，窒化物，炭化物，シリサイド化物の
化合物を堆積し、基板温度及び反応室内圧力の制御によ
り、堆積される遮光膜の最大繊維幅（最大のグレインの
幅）を４０ｎｍ以上にしたことを特徴とする。

【００１９】また、本発明（請求項５）は、光電変換を
行う感光部，感光部の信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積
部，蓄積された信号電荷を読み出す手段を備えた画素を
二次元配列してなる固体撮像装置において、前記二次元
配列された画素の水平方向の画素列の信号電荷が時系列
の映像信号を形成する場合、映像信号の初めの部分が緩
やかに立ち上がるように、映像信号の初めの部分に対応
する複数画素の部分の感度に傾斜を持たせたことを特徴
とする。

【００２０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 感度に傾斜を持たせるために、画素を規定する遮光
膜の開口部の面積を変えること。 (2) 感度に傾斜を持たせるために、感光部を形成するフ
ォトダイオードの面積を変えること。 (3) 感度に傾斜を持たせるために、各画素毎に設けられ
たマイクロレンズの形状を変えること。

【００２１】

【作用】本発明者らは、遮光膜の膜剥がれの発生と遮光
膜の繊維の大きさについて調べた。その結果、図６
（ａ）に示すように、膜の繊維幅が４０ｎｍ付近を境に
繊維幅が４０ｎｍより小さいと膜剥がれが発生し不良と
なり、逆に繊維幅が大きくなると膜剥がれは起こらず良
となる。さらに、遮光膜の基板に対する付着力を測定し
たところ、図６（ｂ）に示すように、繊維幅が大きくな
ると、基板に対する付着力が低下する傾向がある。さら
にまた、遮光膜の剥がれが起きる時期を調べたところ、
遮光膜の成膜直後ではなく、遮光膜或いは遮光膜した層
の光導電体膜のパターニング，エッチング等の加工を行
っている時に起こることが分かった。これらの結果から
考えると、膜剥がれは、膜の下地基板に対する付着力、
膜応力だけに関係するものではないことが分かる。

【００２２】そして、遮光膜の剥がれは、遮光膜或いは
光導電体膜等の加工時において基板の歪みの変化などを
きっかけに起きているものと考えられる。これにより膜
剥がれは、膜の下地基板に対する付着力のみではなく、
膜の繊維同士の接触面積にも関係すると考えられる。よ
って、遮光膜の剥がれを防止するためには、遮光膜の繊
維同士の付着力向上を行う必要がある。この遮光膜剥が
れ防止の方法は、遮光膜の繊維幅を大きくし（４０ｎｍ
以上）、繊維の外周を大きくすることである。これによ
り、遮光膜の繊維が隣の繊維と接触する面積（繊維同士
の接触面積）を増大させ、膜の繊維同士を良く付着する
ようにさせることである。

【００２３】ここで、膜の繊維幅を決める要因として
は、スパッタリングにより薄膜を形成する場合、Ｔ／Ｔ
ｍ（基板温度／金属の融点）、反応室内の圧力などがあ
る。もう少し具体的に述べると、スパッタリング法によ
る薄膜形成方法において、遮光膜形成条件として、ター
ゲットから飛来する原子（例えば、Ｍｏ原子）が飛来す
る時のエネルギーを極力失わないように、低圧力，高出
力でスパッタリングを行う。また、基板温度を高く（例
えば、ターゲットの融点の２／１００以上に加熱）或い
は、基板温度／材料の融点を大きくする。これらの意味
は、ターゲットから飛来する原子が基板表面でマイグレ
ーションを起こし易く、より結晶成長を行い易くする環
境に設定することである。これらにより膜の繊維幅は
略、一義的に決まる（文献：John A. Thornton ; J Va
c.Sci. Technol. Vol.11,No.4(1974)666 ）。これによ
り、膜のグレインの幅が４０ｎｍ以上に成長させること
ができる。

【００２４】このように本発明（請求項１〜４）によれ
ば、遮光層の材料として用いるモリブデン膜、或いはチ
タン，クロム，タングステン，タンタルなどの金属、或
いはそれらの酸化物，窒化物，炭化物，シリサイド化物
などの化合物、或いは前記元素の１種類以上を含む材料
で形成された遮光膜において、薄膜の微小間隙を抑制，
低減する、或いは薄膜の膜剥がれをなくすことができ
る。そして、この遮光層を用いたオプティカルブラック
においては、前記微小間隙或いは膜はがれによる光漏れ
がなくなるので、正確な暗時出力を得ることが可能とな
る。

【００２５】また、同様に配線材料或いは電極材料とし
ての上記金属薄膜、或いはそれらの化合物薄膜の繊維幅
を大きくすることで、繊維の間隙を低減或いは無くし、
繊維同士の密着性を向上させること（繊維同士の接触面
積を広げること）によって、薄膜の剥がれをなくし、微
小間隙に起因する遮光性の低下を抑制することができ
る。

【００２６】また、上記の課題解決方法は、積層型の固
体撮像装置に限らず、一平面上に電荷蓄積部と電荷読み
出し部が形成された固体撮像装置においても同様に応用
できる。

【００２７】また、本発明（請求項５）によれば、信号
電圧のはじめの部分に対応する画素列の感度に傾斜を持
たせて、信号電圧の最初の部分は急峻でなく緩やかに立
ち上がるようにしている。従って、信号電圧つまり映像
信号の最初の部分にノイズが発生することが未然に防止
される。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる積
層型固体撮像装置の１画素構成を示す断面図であり、信
号電荷読み出し部には、インターライン転送ＣＣＤ（Ｉ
Ｔ−ＣＣＤ）を用いている。

【００２９】まず、ｐ型シリコン基板１の表面層にｎ型
ＣＣＤチャネル２、ｐ⁺ （素子分離領域）３、ｎ⁺⁺層
（蓄積ダイオード）４を形成する。さらに、この基板１
にＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜を介して垂直ＣＣＤの
転送ゲート電極５−１，５−２、を多結晶シリコンなど
で形成する。

【００３０】次いで、この上に第１絶縁層６となるＳｉ
Ｏ₂ 等をＣＶＤ法で堆積した後に、該絶縁層６に画素電
極９と蓄積ダイオード４との電気的接触のためのコンタ
クトホールを形成する。画素電極９との電気的接続のた
めにシリサイド配線（画素電極配線）７を用いる。即
ち、多結晶シリコン層とその上にモリブデンシリサイド
層からなる積層配線である。そして、画素電極配線７を
形成した後に、表面形状を平坦化する目的で、例えばＣ
ＶＤ法によりＢＰＳＧ８、或いはＰＳＧを成膜する。こ
の後、膜厚１００〜５００ｎｍの画素電極９をスパッタ
リング法などにより形成する。これにより、固体撮像素
子チップが得られる。

【００３１】次いで、固体撮像素子チップ上に光電変換
層の非晶質シリコン層（光導電膜）１０をＣＶＤ法など
により形成する。この後、膜厚３５〜５０ｎｍのＩＴＯ
などの透明電極１１をスパッタリング法などにより形成
する。

【００３２】次いで、暗電流を検出するための遮光領域
（オプティカルブラック）２−Ｂを形成する。この形成
方法の一例として例えば、まず非晶質シリコン層１０の
上部に遮光層を形成するときに与えられるイオン衝撃を
低減するために、ＩＴＯ１１上に緩衝層１２を形成す
る。この緩衝層１２としては、例えば酸素（分圧０．１
Ｐａ）を含んだＡｒ雰囲気中（０．４Ｐａ）でＤＣマグ
ネトロンスパッタリングによりＭｏＯｘ層を２０ｎｍ以
上形成する。このとき、形成されたＭｏＯｘの酸素含有
量としては、１０ａｔ．％以上であることが好ましい。
続いて、緩衝層１２のＭｏＯｘ膜上にＭｏ膜１３をＤＣ
マグネトロンスパッタリングにより形成する。

【００３３】具体的な成膜方法の一例としては、基板温
度を１００℃以上とし、Ａｒガスを１Ｐａ以下の雰囲気
として、放電電流を４Ａ以上でスパッタリングする。こ
の成膜により、モリブデン（Ｍｏ）遮光膜１３のグレイ
ン幅の最大繊維幅を４０ｎｍ以上にすることができる。
上記の成膜条件で形成した繊維幅の中心は、およそ２０
〜３０ｎｍ程度であり、半値幅は５〜１０ｎｍ程度であ
る。

【００３４】ここで、緩衝層１２は必ずしも必要ではな
い。ＩＴＯ透明電極１１の形成後、ＩＴＯ透明電極１１
上に直接Ｍｏ遮光膜１３を形成してもよい。Ｍｏ遮光膜
１３のグレイン径を大きくする方法としては、図２のよ
うに、スパッタリング法によるＭｏ遮光膜成形時に、Ｍ
ｏターゲット２０と被堆積基板２１の間の距離Ｌを３０
ｃｍ以下にすることが好ましい。この方法の基本概念
は、ターゲットから基板に飛来するまでの間にＭｏ原子
２２がワーキングガス（例えばＡｒ）２３などと衝突，
散乱することによるエネルギーの損失を極力抑制する。
これにより、基板表面でマイグレーションを行うための
エネルギーを十分に確保する。

【００３５】また、ターゲットから飛来する原子（例え
ば、Ｍｏ原子）が飛来する時のエネルギーを極力失わな
いように、低圧力，高出力でスパッタリングを行う。さ
らに、基板温度を高く（例えば、ターゲットの融点の２
／１００以上に加熱）或いは、基板温度／材料の融点を
大きくする。これらの意味は、ターゲットから飛来する
原子が基板表面でマイグレーションを起こし易く、より
結晶成長を行い易くする環境に設定することである。

【００３６】このようにして本実施例では、正確な暗電
流を検出するための遮光膜１３を形成することができ、
さらに遮光膜１３の膜剥がれを防止することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では、信号電荷読み出し部にＩＴ−ＣＣＤを
用いたが、例えばＸ−Ｙアドレス型、ＭＯＳラインアド
レス型ＣＰＤなどにも本発明を適用できる。実施例で
は、積層型固体撮像装置について説明したが、本発明
は、一平面上に電荷蓄積部と電荷転送部が形成された撮
像装置において、電荷蓄積部の一部や電荷転送部などを
遮光する遮光膜にも応用できる。

【００３７】また、光導電体膜としてａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
用いたが、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｓｎ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈなどにも本発明は有効であ
る。さらに、実施例ではＣＣＤをｎチャネルとして説明
したが、ｐチャネル型ＣＣＤでも適用することができ
る。

【００３８】また、本実施例では、Ｍｏ、或いはモリブ
デンの酸化物、或いはモリブデンの化合物を用いて述べ
たが、Ｍｏ以外に、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａなどの金属、
或いは前記金属を含む合金、或いはこれらの酸化物，シ
リサイド，炭化物，窒化物などの化合物を遮光膜として
用いることも可能である。

【００３９】また、本発明は必ずしも固体撮像装置の遮
光膜に限るものではなく、ゲートアレーの配線、メモリ
等のビット線，ワード線を初めとする半導体装置の配線
材料にも応用することができる。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ができ
る。（実施例２）図３（ａ）は、本発明の第２の実施例に係
わる２次元固体撮像装置の平面構成図を示している。

【００４０】フォトダイオード３１と垂直ＣＣＤ３２が
二次元に配列され、水平ＣＣＤ３３が垂直ＣＣＤ３２の
配列に隣接するように配置される。水平ＣＣＤ３３の端
にはオンチップアンプ３４が配置される。そして、フォ
トダイオード３１と隣接する垂直ＣＣＤ３２の部分より
１画素を構成する。

【００４１】フォトダイオード３１で光電変換された信
号電荷はまず垂直ＣＣＤ３２に読み出され、水平１ライ
ンの信号電荷が順次水平ＣＣＤ３３に転送される。そし
て、この水平１ラインの信号電荷が水平ＣＣＤ３３を転
送され、オンチップアンプ３４に運ばれて信号電圧に変
換される。

【００４２】ここまでの基本構成は前記図８（ａ）に示
した従来装置と同様であり、本実施例が従来装置と異な
る点は、フォトダイオード３１の面積にある。即ち、図
３（ａ）では左端の３列のフォトダイオード３１の面積
が他の列のフォトダイオード３１の面積より小さく、左
側の列のフォトダイオード３１の面積程小さくなってい
る。つまり、フォトダイオード３１−１，３１−２，３
１−３の順に面積が大きくなり、４列目以降は均一の面
積のフォトダイオード３１となっている。このように、
左端の画素のフォトダイオード３１の面積を変えること
で左端の画素から右に行くに従って徐々に感度を大きく
し、他の画素の均一な感度と同じにするようにすること
ができる。

【００４３】図３（ｂ）は本実施例の固体撮像装置を用
いて得られた１水平期間の出力電圧を示している。図３
（ｂ）の信号電圧と図８（ｂ）の信号電圧は似ている
が、信号電圧のはじめの部分が異なっている。即ち、図
３（ｂ）では信号電圧のはじめの部分は緩やかに立ち上
がっている。従って、図８（ｂ）で発生したようなノイ
ズは発生しない。

【００４４】図３（ｂ）で信号電圧のはじめの部分が緩
やかに立ち上がる理由は、先に述べたように左端の画素
より感度を徐々に大きくしているためである。従って、
例えば一定の光量が各画素に入射すると、その場合の信
号電圧の立ち上がりは、ちょうど左側の画素の感度の立
ち上がりに対応した緩やかな立ち上がりになるわけであ
る。

【００４５】図４（ａ）に本実施例の固体撮像装置の水
平方向の画素の相対感度を示した。左側の画素の感度が
徐々に立ち上がるようになっているのが分かる。本実施
例では、左端の画素より感度が徐々に立ち上がるように
なっている。しかし、信号電圧のはじめの部分の急峻な
立ち上がりを防ぐためには、左端の画素より感度が立ち
上がる必要はない。つまり、例えば左端から数画素が感
度が０であるか、或いは非常に小さく、その先の画素か
ら感度が立ち上がるような図４（ｂ）のような感度の特
性の場合でも本発明の効果がある。つまり、信号電圧の
はじめの部分の立ち上がりが緩やかでありノイズは防が
れる。

【００４６】また、本発明の本質は図４に示したように
画素の感度が徐々に立ち上がる特性を持っていることで
あり、この画素の感度の制御の方法は種々ある。本実施
例ではフォトダイオード３１の面積により画素の感度を
変化させた。

【００４７】本実施例の画素の構造の１例を画素の断面
図を図５（ａ）に示す。ｐ型のＳｉ基板４１に、ｎ型拡
散からなる垂直ＣＣＤ４２，ｐ型拡散層よりなるチャン
ネルストッパ４３，ｎ型拡散層からなるフォトダイオー
ド４４が形成された後、酸化膜４５を介して転送電極４
６が形成される。その上に絶縁膜４７を介して遮光膜４
８が形成される。そして、平坦化膜４９及び平坦化膜５
０を形成し、その上にマイクロレンズ５１が形成されて
いる。

【００４８】この画素の構造を持つ固体撮像装置では本
発明の効果を得るために、画素の感度を制御するにはフ
ォトダイオード４４の面積か、或いは遮光膜４８の開口
面積か、或いはマイクロレンズ５１の大きさ或いは形状
を変えればよい。これらを変化させることにより、左側
の画素で感度を徐々に立ち上がりを持たせることができ
る。

【００４９】また、本発明の効果を得るためには、画素
の感度が制御できればよいのであるから、図５（ａ）の
画素構造でなくともよい。例えば、図５（ｂ）に示すよ
うな光導電体膜を積層した画素の構造でもよい。

【００５０】以下、図５（ｂ）の説明を行う。ｐ型のＳ
ｉ基板４１にｎ型拡散層からなる垂直ＣＣＤ４２とｐ型
拡散層よりなるチャンネルストッパ４３とｎ型拡散層か
らなる蓄積ダイオード４４を形成した後、酸化膜４５を
介して転送電極４６を形成する。蓄積ダイオード４４の
上部の酸化膜４５を除去して、引出し電極５７を形成す
る。その上に平坦化膜５８を形成し、引出し電極５７の
上部の平坦化膜５８を除去して画素電極５９を形成す
る。

【００５１】次いで、その上に例えば水素化非晶質Ｓｉ
等からなる光導電体膜６０を形成し、その上部に透明電
極６１を形成し、その上部に遮光層６２を所望の形状に
形成する。この構造では、光電変換が行われる感光領域
の面積は遮光膜６２の開口部の面積或いは画素電極５９
の面積によって制御することができる。従ってこの構造
でも、画素の感度を制御できるので、先に示したように
画素の感度を左側画素より徐々に立ち上がるようにで
き、本発明の効果が得られる。

【００５２】また本実施例では、左側の画素の感度を徐
々に立ち上がるようにしたが、これはオンチップアンプ
３４が左側に有り、従って左側の画素が先に読み出され
るため左側の画素が信号電圧のはじめの部分になるから
である。例えば、オンチップアンプ３４より信号電圧が
読み出されメモリに蓄積されたのち、逆の順序で読みだ
す等して信号電圧が時間的に反転されるＴＶモニタで再
生される等の場合は右側の方の画素の感度が緩やかに立
ち上がるようにする必要がある。つまり、信号電圧のは
じめの部分に対応する画素の感度を緩やかに立ち上がる
ようにしてあればよい。

【００５３】また、本実施例では二次元固体撮像装置に
ついて説明したが、本発明は必ずしも二次元固体撮像装
置に限られるものではない。一次元固体撮像装置にも適
用できる。さらに、ＣＣＤ固体撮像装置に限られるもの
でもなく、ＭＯＳ型固体撮像装置にも本発明を適用でき
る。その他、映像情報をシリアルな信号電圧として取り
出す固体撮像装置であれば適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明（請求項１〜
４）によれば、遮光層膜の繊維幅を太くすることによ
り、遮光層の膜剥がれ、或いは間隙を無くすことができ
る。これにより、オプティカルブラックで正確な暗示出
力を得ることが可能となる。

【００５５】また、本発明（請求項５）によれば、画素
列の感度に傾斜を持たせることにより、撮像により得ら
れる映像信号の最初の急峻な立ち上がりにより発生する
ノイズを低減できる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】第１の実施例に係わる積層型固体撮像装置の１
画素構成を示す断面図。

【図２】本実施例に用いたスパッタリング法を示す図。

【図３】第２の実施例に係わる２次元ＣＣＤ固体撮像装
置の平面構成図。

【図４】第２の実施例における水平方向の画素の相対感
度を示す図。

【図５】第２の実施例における画素の構造の１例を示す
断面図。

【図６】本発明の作用を説明するための図。

【図７】本発明の作用を説明するための図。

【図８】従来の２次元ＣＣＤ撮像装置を示す平面構成
図。

【符号の説明】

１…ｐ型シリコン基板２…ｎ型ＣＣＤチャネル３…ｐ⁺ 型素子分離領域４…ｎ⁺⁺型蓄積ダイオード５…転送ゲート電極６…第１絶縁槽７…画素電極配線８…ＰＢＳＧ膜９…画素電極１０…非晶質シリコン膜（光導電膜）１１…ＩＴＯ透明電極１２…ＭｏＯｘ干渉層１３…Ｍｏ遮光膜２０…Ｍｏターゲット２１…被堆積基板２２…Ｍｏ原子２３…ワーキングガス

フロントページの続き (72)発明者宮川良平神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオードの
配列及び信号電荷読み出し部の配列がそれぞれ形成さ
れ、最上部に信号電荷蓄積ダイオードと電気的に接続さ
れる画素電極が形成された固体撮像素子チップと、この
固体撮像素子チップ上に積層された光導電体膜と、この
光導電体膜上に形成された透明電極と、この透明電極上
に選択的に形成された遮光膜とを備えた固体撮像装置に
おいて、前記遮光膜として、モリブデン，タングステン，チタ
ン，クロム，タンタルの金属、或いは前記元素を１種類
以上含む金属薄膜、或いは前記金属薄膜の酸化物，窒化
物，炭化物，シリサイド化物の化合物を用い、かつ遮光
膜の最大繊維幅（最大のグレインの幅）が４０ｎｍ以上
であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオードの
配列及び信号電荷読み出し部の配列がそれぞれ形成さ
れ、最上部に信号電荷蓄積ダイオードと電気的に接続さ
れる画素電極が形成された固体撮像素子チップと、この
固体撮像素子チップ上に積層された光導電体膜と、この
光導電体膜上に形成された透明電極と、この透明電極上
に選択的に形成された遮光膜とを備えた固体撮像装置の
製造方法において、前記遮光膜の形成に際してスパッタリング法を用い、モ
リブデン，タングステン，チタン，クロム，タンタルの
金属、或いは前記元素を１種類以上含む金属薄膜、或い
は前記金属薄膜の酸化物，窒化物，炭化物，シリサイド
化物の化合物を堆積し、基板温度及び反応室内圧力の制
御により、堆積される遮光膜の最大繊維幅（最大のグレ
インの幅）を４０ｎｍ以上にしたことを特徴とする固体
撮像装置の製造方法。
【請求項３】半導体基板上に光電変換部の配列及び信号
電荷読み出し部の配列が共に同一平面上に形成された固
体撮像装置において、前記光電変換部の一部及び前記信号電荷読み出し部の上
部に形成された遮光膜として、モリブデン，タングステ
ン，チタン，クロム，タンタルの金属、或いは前記元素
を１種類以上含む金属薄膜、或いは前記金属薄膜の酸化
物，窒化物，炭化物，シリサイド化物の化合物を用い、
かつ遮光膜の最大繊維幅（最大のグレインの幅）が４０
ｎｍ以上であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】半導体基板上に光電変換部の配列及び信号
電荷読み出し部の配列が共に同一平面上に形成された固
体撮像装置の製造方法において、前記光電変換部の一部及び前記信号電荷読み出し部の上
部に形成された遮光膜の形成に際してスパッタリング法
を用い、モリブデン，タングステン，チタン，クロム，
タンタルの金属、或いは前記元素を１種類以上含む金属
薄膜、或いは前記金属薄膜の酸化物，窒化物，炭化物，
シリサイド化物の化合物を堆積し、基板温度及び反応室
内圧力の制御により、堆積される遮光膜の最大繊維幅
（最大のグレインの幅）を４０ｎｍ以上にしたことを特
徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】光電変換を行う感光部，感光部の信号電荷
を蓄積する信号電荷蓄積部，蓄積された信号電荷を読み
出す手段を備えた画素を二次元配列してなる固体撮像装
置において、前記二次元配列された画素の水平方向の画素列の信号電
荷が時系列の映像信号を形成する場合、映像信号の初め
の部分が緩やかに立ち上がるように、映像信号の初めの
部分に対応する複数画素の部分の感度に傾斜を持たせた
ことを特徴とする固体撮像装置。