JPS58125979A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 一本発明は半導体基板上に多数の光電変換素群ｉ配列形
威されてなる固体虚像素子に関するものである。

近年の半導体・集門回路技術の急速な発達を背景にして
固体虚像素子の開発が強力に推進されてきた。固体撮像
素子では画素の走査を電子的に行ない、かつ、画素配列
が写真触刻技術を用いて高精度に決定されるため、被写
体ｍｓ時の画倫歪が梶４しにくい利点があり、撮像管の
代替として製品化が期持されている。家庭用ＶＴＲのテ
レビカメラとしての応用分野に限定す嶌ならば、十分赴
画素数で士益な栴生歯像−梼供する固体虚像素子が実用
イーされつつある。しかしながら、局用テレビカメラあ
るいは情報処理端末としてのテレビカメラを癲定するな
らば、末だ十分な性能を有する第１図は従来の固体撮像
素子の構造を説明する概略構成図であ６、インターライ
ンｆｆｉ固体撮像素子と称される素子である。同図にお
いて紘説明の便妄上（３ｘ３　）の画素を有する素子が
示されそいる。同図にｉいて１は光電変換素子、２は垂
直し出力端子である。インターライン！Ｉ固体撮健素子
は広く周知であるので動作の詳細は省略して、概要のみ
を記述する。−垂直走査周期Ｃフィールドあるいはフレ
ーム）で光電変換された信号電荷は垂直ブランキング期
間内で垂直レジスタ２の各対応する位置に、並列的に移
動する。＄１図においては、光電変換素子ｌと垂直レジ
スタ２との中間に設置され良前記移動を制御する転送グ
ー）Ｘ＆および、所望の移動が達成されるようなチャネ
ルスト、ハ尋が省略されている。垂直レジスタ２へ並列
的に移動した信号電ｌＩ紘、−水平走査周期毎に″Ｆ方
へ順次移動する。一方、水平レジスタ３は水平ブランキ
ング期間内に前記垂直しンスタ２より信号電荷を受は取
り、第１図の左方向へ順次移動させる。この移動により
出力口ｊ１４に達した信号ＩＩＥＪｌは腺次電圧信号に
変換され、出力端子５を介して時系列画信号が出力され
る。第１図のレジスタ２．３は電勇結合素子、あるいは
バケッリレー素子で構成されているアナログシフトレジ
スタである。かかる動作に従って、−！！１走査周期か
かって前記信号電荷が全て読み出されている間、光電変
換素子ｌは入射光量に応じた電荷量を蓄積することにな
る。−垂直周期終了時刻に再び光電変換素子ｌから垂直
レジスタ２への信号電荷の移動が達成される。このイン
ターライン臘素子は、光電変換素子群とレジスタ群とが
空間的に多重化されているため、チャフ面積が小さくな
り歩留まり向上、低価格化が期待できる。しかし、固体
撮像菓子では、動作温度上昇に伴ない、暗電流が増大し
、入射光が無い時の出力電圧が増大することが知られて
いる。当該素子をシリコンで作成するならば、１０℃の
温度上昇で、暗電流は大略２倍に増大する。通常のシリ
コン集積回路が０℃から７０℃の温度範囲での動作を保
証していることを１慮すれば、当該素子も当該ｆｆ１度
範囲での正常動作が要求される。しかるに、前述した関
係を用いるならば、７０℃での暗電流はＯ’ＣＫおける
暗電流よりも約１００倍に達するため、電気的な信号処
理により、５骸暗電流を自動補正しなければ、陳素子の
実用は期しがたい。より簡便に、かかる暗電流を補正す
るためＫは、所謂オプティカルブラックを該素子内に設
けるのが良い。販オプティカルツク、りは腋累子内の垂
直方向に配列された一列ないしは複数列の光電変換素子
を不透明膜で遮光することにより得られる。第１図の例
においては、右側の一列の該光電変換素子７，８．９が
オプティカルプラ、りとして例示されている。薫た、２
で例示される垂直レジスタ群上には光適蔽のための不透
明膜管配置しない限り、信号Ｓ＊を垂直方向く移動させ
ている期間（即ち垂直走査期間になる）に入射光により
発生した電萄が前記信号電荷に付加されるため、スミア
と呼ばれる白線が再生画像に現われ、−質を極度に劣化
させることが知られている。かかる理由により、不透明
膜がレジスタ群上に配列されなければならない０通常不
透明膜はアルミニウム等の金属電極で構成されている。

第２図は第１図に示したＡ−Ａ’ｌｌＯ構造断面図を示
している。なお、同図では、説明の便宜上、概念的な構
造断面図が示されているに過ぎず。

寸法的には実際の素子と必らずしも対応しているとは限
らない、同図において１０は第一の導電量（例えばｐ　
Ｉｔ　）の半導体基板、１１は第二の４亀１１（例えば
ｆｌ型）の拡散層で、基板ｌＯとの間Ｋｐ−ｎ接合を形
成し、光電変換素子ｌを構成している。１２は垂直レジ
スタ２を構成する一つの転送電極、１３＃；ｊ前述した
転送グー）ＩＬ！、１４および１４’は前記不透明膜、
１５はチャネルスト。

バである。転送電極１２、ダート電極１３は図示されて
いない絶縁膜を介して基板１Ｇ上に配置され、さらに、
不透明膜１４　、１４’は電極１２．１３とも絶縁膜を
介して配置されている。チャネルストッパ１５は、拡散
層１１内に蓄積された信号電荷がゲート電４Ｉ！１３の
下を経由して転送電極１２の下へ一方向に移動させるた
めに設けられており、咳信号電荷に対しては電位障壁と
して作用する。

まえ、１６は８の上部に設けられた、過充用の不透＃４
膜である。当骸膜１６紘１４と同一になるよう構成する
こともできるし、第２図の構造物の表面に設けられた図
示されていない樹脂層の１６に相当する領域のみを染色
、あるい紘薫着膜等により透過率を滅せしめても良い、
前述し九当咳素子の動作に従え゛は、−水平走査周期の
終了周期において、１６が被着された？、８．９からの
信号が得られる。当該信号処理述した暗電流成分のみで
あり、入射光により発生し九電鍔は含まれていないので
、当該信号のレベルを真の黒レベル、即ち、黒の基奉信
号とみなし、５力１ら得られる信号を交流増幅するＦＩ
ＩＫ、クランプ回路を用いて黒信号レベルを龜接丹生す
ることができる。当該信号処理によれは、該素子の動作
温度が上昇しても、暗電ｍＫ起因する信号レベルの浮動
が阻止でき、自動的に安定したｊｇ１信号が得られる０
以上の説明では、オプティカルプラ、りを５蚊素子の右
鈍−列のみの場合を例示したが、一般的には、互いＫ１
１ｌ豪する複数列をオプティカルブラックにし、たり、
５諌素子の左部の部分に麩オプティカルクラ、り領域を
設けたりすることが行なわれる。かかる従来例において
杜、咳オプティカル１う、り構造により、大略真の黒レ
ベルが得られることが知られている。しかしながら、入
射光量がａｔ度に多くなったり、入射光に近赤外光が多
分に含まれている場合には、想定した真の黒レベルが白
レベル方向に変動する欠点が存在した。かかる変動の要
因は二つあり、一つは、入射光が１４．１４’、１３゜
１２等の構成ｌ！素により反射されて、基板１００表面
に沿って横方向に反射光が発生し、光が漆むことであり
、他の一つは近赤外光により基板１０の深部で発生した
電画が拡散により１６直下の光電変換素子に蓄積される
ことである。かかる変動は撮俸−像に横縞が発生したり
、黒レベルの浮上りＫより画面全体が白っばくなる等の
悪影響を与え、画質の極度な劣化を引き起こす、特に業
務用に用いられる固体撮像素子では、かかる黒レベルの
変動のため、応用分野が狭められることになる。

本発明の目的は、かかる従来の欠点を排除し、黒レベル
の安定化を計った団体撮＊＊子を提供することにある。

本発明によれば、−導電臘を有する半導体基板に多数の
光電変換素子群が配列された固体撮像素子において、該
素子の端部に設けられた第一の前記充電変換素子群には
不透明膜からなる適ＪｌｔＪＩが設けられると共に該第
−〇光電変換素子群を含まない第二の前記充電変換素子
群と該第−〇光電変換素子群との中間領域で前記基板の
表面を被う絶縁膜が除去され、当該除去され九餉域に不
透明膜が設けられていることを特徴とする固体撮像素子
が得られる。

次に事始ｅＡＫついて実施例を挙げて詳細な説明を行な
う。

第３＆１は本発明の一実施例である。第１図に対応して
描かれており、第１図と同一番号は同−構成要素を示し
ている。ｐＨｌにおいて３０は後述する金ｌ５ｉＩＡ着
膜等から成る不透明膜である。

第４図は第３図に示し九Ｂ−Ｂ’部の構造断面図を示し
ている。なお、同図は第２図に対応して描かれており、
第２図と同一番号は同一構成要素を示している０本実施
例が従来例として示し九第１図〜第２図の構成と異って
いるのは、前記不透明膜３０の存在、および、８に対石
する第一の光電変換素子群を構成−する第二の導電屋の
拡散層４０と、該第−〇光電変換素子群を含−ない第二
の前記光電変換素子群に隣接し１４下に位置する垂直し
ンスタ餉域４１との中間に位置するチャネルスト。

バ４２が他の領域でのチャネルスト、パ、例えｄ１５の
幅より大きいこと、および、４２に電気的に接続される
手段を有し、かつ該素子４０ｔｊ！光する様装置され九
前記不透明膜３０の存在にある。

かかる構成を採用すれば、前述し良従来例の黒レベルの
変動を誘起する二つの要因を有効に、かつ、容易に除去
することが次に示される。却ち、第一の当該要因、即ち
、基板１Ｇの表面に沿って横方向に進む反射光は、３０
により遮断され、＠４図での右方向へ遊むことが無い九
め、４０へ入射光の一部が＃むことはない、かかる横方
向に遍む反射光は主として、１２．１３と１０との関に
設けられた所謂ゲート酸化膜中を伝播することが刈られ
ており、３０と４２との電気的接続手段を実現するため
に、該酸化膜である絶縁膜ＫｐｆｒＩＩＩ４コンタクト
穴を開けることが必然であることから、上記した反射光
の伝播が阻止されることは理解される。

また、前記第二の当該要因、即ち、基板１０の深部で発
生し・た電荷の拡散は、４２０幅が大きいことＫより阻
止される。かかる説明により、本実施例によれば強い入
射光が存在する時に黒レベルの変動が阻止できることが
理解された。なお、本実施例では、４２が１５よりも幅
が大きいため、水平レジスタ３の４２に対向する部分に
対応して、該レジスタの構成素子数を増大させることが
必要となる。かかる構成素子数の増大は、骸しンスタを
躯動するドライバでの消費電力を増大させるととＫなる
が、該素子数の増大の本社数％以下である丸め、重要な
問題と社なり得ない。また、３０の集塊手段として社、
１４および１４’とは異なるＩＳＯ場合が示されたが、
１４と分離することな（、同−１薯で実現することも可
能である。さらに、３０の存在は、ｌＯと電気的に接続
されているので、第４図の構成の表面側から基板フンタ
クトが取れる有利さがある。３０を１４　、１４’と同
一１程で実現すれ［１４，１４’の位は３０．４２を介
して基板ｌＯに接続されるので、１４，１４′を交流的
に接地電位とし電気的なシーツ１ド効果を発揮させるた
めの余剰な構造が不易ｌ！になる利点もめる。

第５図は本発明の他の実施例の断面図である。

同図は第４図に対応して描かれており、第４図と同一番
号は同一構成要素を示している。本実施例では、垂直レ
ジスタ、水平レジスタが共に埋め込みチャネル構造を採
用している場合である。同図において、５０．５１は１
０と反対導１１１ＣＩＭの埋め込み層であり、前記第一
の光電変換素子群が含まれる５０と前記第二の光電変換
素子群が含まれる５１とく分離されている０本実施例で
は埋め込みチャネル構造を採用しているので、１１．４
０Ｆｉ５０．５１と反対導電製、坤ち、ｉｏと同一導電
製、１５は５１と同−導電製、即ち、１Ｇと反対導電製
となるよう選択される。４２はｌＯと同−導電製を有す
る高議度領域であり、第４図と同様、３０と電気的接続
手段を有している。

本実施例においても、前記黒レベルＯ変動要因は共に除
外される。Ｉｌｐち、前記第一〇要因は本明細書の第一
の実施例と同一であるので省略する。まえ、前記第二の
要因は皺第−の実施例の場合と同様であり、さらに、本
実施例では５２．５３の矢印で示し九電界が該埋め込み
チャネル同有として発生するので、基板１０の深部で発
生した電画の４０へ向けての拡散は阻止される。特に、
５２０電界は、かかる重責の拡散を阻止するのに効果的
である０以上により、本実施例においても前記黒レベル
の変動が発生しないことが説明された。なお、４２のｊ
ｌ＆貴度領域絋必鉱ずしも必要ではなく。

３０と１０との電気的！Ｉ統が不要ないし杜不良であっ
ても良い場合には、プルセス簡略化のため省略場れても
良い。

以上、本発明について実施例を挙げ、詳細な説明を行っ
た０本明細書では説明の便宜上、オプティカルブラック
が当該素子の右側−列の場合についてのみ例示し九が、
左側にありても良く、ま九、両側にありても良く、さら
に、互いく隣接する複数列あっても良い、第４図および
第５図の４２の−あるい社４２が設けられても良い領域
の１１について紘特に限定しなかったが・、水平レジス
タの設計が容易になるよう適宜選択されるべきである。

また、３０で例示した不透明膜は１４と同−１楊で作成
されても良い、なお、３Ｇはオプティカルプラ、り、即
ち、前記第一の光電変換素子群をも被って遮光膜として
作用するかの如き説明を行ったが、これに限らず、咳適
光Ｈｔ当該素子表面上に密着あるいは近接して設けられ
た樹脂あるいはガラスの透過率を減少させることにより
実現することも本発明に含まれる。まえ、本発明は単に
インターライ／Ｉｌｂ！ｌ１体装備素子に限定されるこ
となく、他の固体１１曽素子、例えば、フレー五転送屋
、ＭＯ８ｇ、あるい社（ＭＯＢ　＋　ＣＣＤ　）皺固体
抛像素子等にも広く応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｉｉＱはインターライン、ｉｍｍ体操會素子の概念
的な構造平向図、第２図はそのムーＡ′断面図、第３図
社本発明の実施例を示す概念的な構造平面図、ｊ１４１
ｉ１１，１１５１ｍ　ｍ　第、ｊ、、図ＫｍけＡＢ−Ｂ
’＠面図であり、そ、れぞれ実施例を示す。 １−光電変換素子、２−・垂直レジスタ、３−・水平レ
ジスタ、４・−出力回路、５・・・出力端子、１０・・
・基板、１１−拡散層、１２、−・垂直レンスタの転送
電接、１３−・・転送ゲート電極、１４．１４’。 １＠、３０−一不透明展、？、８，９−適光された光電
変換素子、４０・・・拡散層、４２−・・高密度領域、
４１−垂ルンスタ領域、５０．５１・・・埋め込み層、
５２　、５３−・・電界。 代理人ｌＦ理上内Ｊ＠　　普 第　１　旧 第　２幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一導電ｍｔ有する半導体−板に多数の光電変換素ｉｍｌ
   が配列された固体撮像素子において、骸素子のｌｌｌ５
   Ｋ設けられたミーの前記光電変換素子群には不透明膜か
   らなる遮光膜が設けられる履共に。 該第−〇光電変換素子群を含まない第二の前記光電変換
   素子群と皺亀−の光電変換素子群との中間領域で前記基
   板の表面を被５絶縁膜が除去され、５骸除去された領域
   に不透明膜が設けら五でいることを特徴とする固体虚像
   素子。