JPH09252103A - 受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】受光素子に関し、例えばＣＣＤ固体撮像素子に
適用して、感度を向上する。 【解決手段】光電変換領域１２、１３を透過した入射光
を光電変換領域１２、１３に反射する反射層２１を、光
電変換領域１２、１３の下層に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光素子に関し、
例えばＣＣＤ固体撮像素子に適用して、光電変換領域の
下層に金属膜等の反射膜を形成することにより、入射光
に対する感度を向上する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ固体撮像素子においては、
マトリックス状に配置した光電変換部において、それぞ
れ入射光を光電変換して蓄積電荷を生成すると共に保持
し、この保持した蓄積電荷を所定周期で出力するように
なされている。

【０００３】すなわち図３は、ＣＣＤ固体撮像素子チッ
プを示す平面図であり、このＣＣＤ固体撮像素子チップ
１は、周囲に配線用パッド２が配置され、内側の領域が
有効エリア３に割り当てられる。ここでこの有効エリア
３は、実際に撮像に供する領域であり、周囲に遮光部４
が形成される。また、矢印Ａにより拡大して示すよう
に、光電変換部５が所定ピッチで配置され、これら光電
変換部５を避けて遮光膜６が配置される。

【０００４】この光電変換部５は、Ｂ−Ｂ断面で取って
図４に示すように、所定のプロセスにより作成されたシ
リコン基板８上に直接に、又は遮光膜６を介して保護層
９が形成され、この保護層９を介してオンチップマイク
ロレンズ１０が配置される。光電変換部５は、このオン
チップマイクロレンズ１０により入射光Ｌを効率良く受
光する。

【０００５】シリコン基板８は、Ｎ形半導体基板上に順
次Ｐ形、Ｎ形の領域が形成された後、図示しない電極を
マスクにしたイオン注入により光電変換領域が形成され
る。光電変換部５では、このＮ形半導体基板上に形成さ
れたＰ形の領域１１によりオーバーフローバリアーが形
成され、このオーバーフローバリアーより過剰な蓄積電
荷が放電される。またオンチップマイクロレンズ１０の
集光位置にはＮ形の領域が形成され、このＮ形の領域で
電荷蓄積部１２が形成される。さらにこの電荷蓄積部１
２に上層には、Ｐ形の領域１３が形成され、このＰ形の
領域１３により光電変換で発生したホールが排出され
る。これにより光電変換部５は、このＰ形領域１３及び
Ｎ形領域１２により光電変換領域が形成され、この光電
変換領域で入射光を光電変換する。

【０００６】すなわち図５に示すように、基板深さ方向
について光電変換部５のポテンシャルを示すと、光電変
換部５は、電荷蓄積部１２において部分的にポテンシャ
ルが低下し、これにより光電変換による蓄積電荷がこの
電荷蓄積部１２に保持される。またこの電荷蓄積部１２
の下層側、オーバーフローバリアー１１でポテンシャル
が増大し、過剰な蓄積電荷については、このオーバーフ
ローバリアー１１によるポテンシャルバリアーより溢れ
出して放電するようになされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種のＣＣ
Ｄ固体撮像素子においては、感度の向上が望まれる。こ
の場合光電変換部５に入射する入射光のうち、長波長の
入射光においては、図５において矢印Ｃで示すように、
オーバーフローバリアー１１によるポテンシャルバリア
ーを飛び越え、結局光電変換に利用されないものがある
ことにより、このような長波長の入射光を光電変換に利
用することができれば、その分感度を向上できると考え
られる。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、長波長の入射光を有効に利用して従来に比して感度
を向上することができる受光素子を提案しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、光電変換領域を透過した入射光を
光電変換領域に反射する反射層を、光電変換領域の下層
に形成する。

【００１０】光電変換領域を透過した後、反射層により
光電変換領域に反射される入射光は、この反射後の光電
変換領域において、光電変換されて蓄積電荷に変換され
る。これにより従来は光電変換に利用されていなかった
長波長の入射光が、光電変換に供され、その分入射光量
に対する蓄積電荷の生成量が増大し、感度を増大するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１２】図１は、図４と対比により示す光電変換部
の断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る
ＣＣＤ固体撮像素子は、この光電変換部２０をマトリッ
クス状に配置して形成される。なお図１において、図４
について上述した従来のＣＣＤ固体撮像素子と同一の構
成は対応する符号を付して示し、重複した説明は省略す
る。

【００１３】ここでこの光電変換部２０は、オーバーフ
ローバリアー１１の下側、光電変換領域の下層に、アル
ミニュームの薄膜により反射膜２１が形成される。ここ
でこの反射膜２１は、光電変換領域の下側において、断
面が円弧形状になるように凹状に形成され、これにより
光電変換領域を透過してこの反射膜２１にまで到達した
入射光を光電変換領域に向けて反射するようになされて
いる。

【００１４】これにより図２に示すように、光電変換領
域を透過してポテンシャルバリアーを飛び越えるような
長波長の入射光については、再び光電変換領域に戻して
光電変換に利用することができる。従ってこの光電変換
部２０は、従来に比して入射光量に対する蓄積電荷生成
量を増大することができ、その分感度を向上することが
できる。

【００１５】具体的に、この反射膜２１は、Ｎ形半導体
基板２３にエッチングにより断面円弧形状の凹部を形成
した後、アルミニューム膜を蒸着して形成され、シリコ
ン基板８は、その後エピタキシャル成長により反射膜２
１上にＰ型の領域を堆積して形成されるようになされて
いる。

【００１６】以上の構成において、ＣＣＤ固体撮像素子
の入射光は、オンチップマイクロレンズ１０により、対
応する各光電変換部２０に集光され、このうち波長の短
い成分は、Ｐ形領域１３及びＮ形領域１２により形成さ
れる光電変換領域において直接光電変換され、その結果
得られる電荷がＮ形領域１２でなる電荷蓄積部に蓄積さ
れる。

【００１７】これに対して長波長の成分においては、光
電変換領域を透過してポテンシャルバリアーを飛び越
え、光電変換領域の下層に形成された反射膜２１により
反射され、光電変換領域に戻される。この反射後の光電
変換領域において、長波長の成分は、光電変換されて電
荷が生成され、この電荷が短波長の成分による蓄積電荷
と共に電荷蓄積部に蓄積される。これにより従来、光電
変換に供されていなかった長波長の成分より蓄積電荷が
生成され、その分入射光に対する感度が向上される。

【００１８】以上の構成によれば、光電変換領域の下層
に反射膜２１を形成し、光電変換領域を透過した入射光
を光電変換領域に戻すことにより、従来、光電変換に供
されていなかった長波長の成分より蓄積電荷を生成する
ことができ、その分長波長の入射光を有効に利用して感
度を向上することができる。

【００１９】なお上述の実施の形態においては、アルミ
ニューム膜により反射膜を形成する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、この種の半導体製造に利用
可能な種々の部材により反射膜を形成する場合に広く適
用することができる。

【００２０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、光電変換
領域を透過した入射光を光電変換領域に反射する反射層
を光電変換領域の下層に形成することにより、長波長の
入射光を有効に利用して従来に比して感度を向上した受
光素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子
の光電変換部を示す断面図である。

【図２】図１のポテンシャルを示す特性曲線図である。

【図３】従来のＣＣＤ固体撮像素子チップを示す平面図
である。

【図４】図３のＣＣＤ固体撮像素子の光電変換部を示す
断面図である。

【図５】図４のポテンシャルを示す特性曲線図である。

【符号の説明】

１……ＣＣＤ固体撮像素子チップ、５、２０……光電変
換部、８……半導体基板、１０……オンチップマイクロ
レンズ、２１……反射層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光電変換部を順次配列して形成された受
   光素子において、 前記光電変換部の光電変換領域を透過した入射光を前記
   光電変換領域に反射する反射層を、前記光電変換領域の
   下層に形成したことを特徴とする受光素子。