JPS6124273A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は固体撮像素子に関Ｔる。

（従来技術とその問題点） 固体撮像素子では高輝度被写体を撮像したときにスミア
現象が生するという欠点があり、スミア量を小さくする
努力がなされてきている。

石原保雄等がテレビジョン学会誌３７巻１９８３年７８
２ページから７８７ページで「縦形オーバーフロー構造
００Ｄイメージセンサ−」という題名で説明しているイ
ンターラインＣＯＤイメージセンサ（ＩＬ−ＣＯＤ）は
従来もつともスミア量が少さい固体撮像素子の一つであ
った。第２図はＩＬ−００Ｄの模式的平面図である。水
平方向と垂直方向に規則的に蓄積領域ｌが配列されてい
る。ＰＮ接合の逆バイアス容量を光電変換された信号電
荷の蓄積に利用している。蓄積領域１の列の一万側に近
接して垂直００Ｄレジスタ乏が設けられており、この垂
直ＣＯＤレジスタ２と蓄積領域１との間にトランスファ
ゲート部３が設けられている。垂直ＣＯＤレジスタ２の
電荷転送方向の端部には水平００Ｄレジスタ４が設けら
れており、水平ＣＯＤレジスタ４の電荷転送方向の端部
には出力部５が設けられている。このＩＬ−ＣＯＤでは
光電変換された信号電荷は蓄積領域１に蓄積される。フ
ィールド期間、葦たはフレーム期間毎【こトランスファ
、ゲート部３がオン状態になり、蓄積領域ｌより垂直Ｃ
ＯＤレジスタ２へ信号電荷は転送され、さらに垂直ＣＯ
Ｄレジスタ２と水子〇０Ｄレジスタ４の働きにより出力
部５へ転送され、固体撮像素子外部へ出力される。

第３図は第２図のＩＬ−ＣＯＤの２次元的に配列された
繰り返しセル部の平面図である。点状の模様が施された
釣り針状のパターンはチャネルスト、パ６であり、蓄積
領域ｌどおしを分離したり蓄積領域ｌと垂直００Ｄレジ
スタ２を分離している。破線で囲まれ、破線の右上がり
ハツチを施した部分は第１ポリシリコン電極７である。

第１ポリシリコン電極７は垂直００Ｄレジスタ２の電極
として、またトランスファゲート部３の電極として用い
られている。１点鎖線で囲まれ、１点鎖線の左上がりの
ハツチを施した部分は第２ポリシリコン電極８である。

第２ポリシリコン電極８は垂直００Ｄレジスタ２の電極
と′して用いられている。

チャネルストッパ６でなく、第１ポリシリコン電極７と
第２ポリシリコン電極８とで覆われていない部分は蓄積
領域１である。２点鎖線で囲まれ、２点鎖線の右上がり
のハツチを施した部分はアルミニウムの遮光膜９である
。短冊状のパターンであり、垂直００　Ｄレジスタ２と
トランスファゲート部３を遮光している。遮光膜９の縁
１０はチャネルスト、バ６や第１ポリシリコン電極７や
第２ポリシリコン＊、４’＠８の縁より出来るかぎり０
．５μｍから１μｍはみだし、蓄積領域ｌ上にあるよう
に設計されており、遮光効果を高めている。

第４図は第３図のＩ−Ｉ’に沿う部分的断面図で゛ある
。Ｎ型のシリコン基板１１の一万の主面に、蓄積領域１
では接合の深さが小さく、トランスファゲート部３や垂
直００Ｄレジスタ２では接合の深さが大きいＰウェル１
２が形成されている。

チャネルストッパ６は選択酸化法により膜厚の大きい熱
酸化膜１３が形成されており、その直下に戸領域１４が
形成されている。蓄積領域１では接合の深さが小さいＰ
ウェル１２上にＮ型領域１５が形成されている。このＮ
型領域１５とＰウェル１２またはＰ＋領域１４との間の
ＰＮ接合の逆バイアス容量に信号電荷を蓄積する。垂直
００Ｄレジスタ２は埋め込み型でＮ型の埋め込み層１６
が形成されている。

以上のように、シリコン基板中にはＰウェル１２、Ｐ＋
領域１４、Ｎ型領域１５、埋め込み層１６が形成されて
いる。トランスファゲート部３と埋め込み層１６上には
膜厚１０００　Ａの熱酸化膜１３を介して第１ポリシリ
コン電極７が形成されている。第１ポリシリコン！極上
には膜厚２０００　Ａつ熱酸化膜１３が形成されている
。蓄積領域１０ＪＮ型領域１５上には膜厚２０００　Ａ
の熱酸化膜１３が形成されている。熱酸化膜１３には高
濃度リンガラス層１７が形成されておりデバイス表面の
平坦化に役だっている。高濃度リンガラス層１７の膜厚
は平均１μｍ稈度である。

高濃度リンガラス＃１７の上に膜厚５０００　Ａのシリ
コン酸化膜１８が気相化学反応成長で形成されている。

酸化膜１８の上に膜厚１μｍのアルミニウムの遮光膜９
が形成されている。さらに最上層には膜厚５０００　Ａ
の酸化膜の保護膜１９が気相化学反応成長で形成されて
いる。

このＩＬ−００Ｄでは蓄積領域１を接合の深さの小さい
Ｐウェル１２に形成することによってブルーミング現象
を防止し、シリコン中での電荷の拡散によって生ずるス
ミアを抑圧している。

しかし、光学レンズからＩＬ−ＣＯＤへ入射してくる光
の入射角はデバイス面の法線に対して０度から４０度稈
度韮である。第４図に示すように、アルミニウムの遮光
膜９とＮ型領域１５との間には絶縁膜が１，７μｍ程度
ある。このため斜めに入射した光はＮ型領域１５へ入射
せずにチャネルスｌ−ツバ６やトランスファゲート部３
や垂直００Ｄレジスタ２へ達することがある。とりわけ
多重反射が生じる場合顕著である。このような光によっ
て生じた電荷はスミア成分となる。

以上がスミアの生ずる原因であり、このスミアは高輝度
被写体を撮俊した場合、再生画面上で高輝度被写体の上
下垂直方向白い帯状の偽信号となって現われ、見苦しく
している。

第４図のＬＬ−ＣＯＤとは別の型式のＩＬ−ＣＯＤにつ
いて説明する。松本博打等がテレビジョン学会誌３７巻
１９８３年７７６ページから７８１ページで［高抵抗Ｍ
ＯＺ基板を用いたＭＯ８形センサーＣＯＤ撮像素子」と
いう題名で説明しているＩ　Ｌ−００Ｄは蓄積領域にＭ
Ｏ８型ダイオードを用いている。

第５図は繰り返しセル部の部分的断面図であり、第４図
に相肖する図である。

Ｐ型のシリコン基板２０が用いられる。一方の主面にチ
ャネルスｌ−，バとしてＰ型領域２１、埋め込み型の垂
直００Ｄレジスタの埋め込み層１６、埋め込み層１６を
取り囲み、接触電位差の効果を利用してスミアを防止す
るためのバリア領域２２、ブルーミングを防止するため
のＮ＋型のオーバーフローＦレイン２３とＰ型のオーバ
ーフローコントロール部Ｕが形成されている。以上が半
導体基板２０の中に形成されている。トランスファゲー
ト部と埋め込み層１６の上には膜厚１ｏｏｏ　Ａ程度の
熱酸化膜１３を介して第１ポリシリコン電極７が形成さ
れている。第１ポリシリコン電極７上と蓄積領域上には
膜厚１７００　Ａの熱酸化膜１３を介して膜厚５００Ａ
の第３ポリシリコン電極５が形成されている。第３ポリ
シリコン電極す上には膜厚１μｍ程度のアルミニウムの
遮光膜１９が形成されている。遮光膜９は遮光の他に第
３ボｉノシリコン電極５に対する配線の役割もある。こ
のＩＬ−００Ｄではオーバーフロードレイン器とオーバ
ーフローコントロール部の働き（こよってブルーミング
現象を防止している。バリア領域２２の働きによってシ
リコン中での電荷の拡散音こよって生ずるスミアを抑圧
している。

しかし、光学レンズからＩＬ−００Ｄへ入射してくる光
の入射角はデバイス面の法線に対して０度から４０度程
度すである。第５図（こ示すように、遮光膜９がない、
すなわち開口部では上から第３ポリシリコンを極２５、
熱酸化膜１３、シリコン基板２０の構造になっている。

このために斜めに入射した光の一部は第３ポリシリコン
電極２５とシリコン基板２０によって多重反射されなか
ら熱酸化膜１３の中を伝わっていく。熱酸化膜１３の中
を伝わっていく光の一部は垂直ＣＯＤレジスタ２へ入射
しスミアの原因となっていた。このスミアは高−輝度被
写体を撮像した場合特に再生画像を見苦しくしていた。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去し、スミア現象
を抑制し、良好な再生画像を実現できる固体撮像素子を
提供することにある。

（発明の構成） この発明によれば、半導体基板に配列された複数個の蓄
積領域と、少なくとも一部を遮光膜でおおわれ前記蓄積
領域に蓄積された信号電荷を読み出す領域を有する固体
撮像素子において、…■記遮光膜の端の少なくとも一部
と前記半導体基板との間の距離が５０００　Ｘ以下であ
り、かつその間が絶縁物であることを特徴とする固体撮
像素子が得られる。

（本発明の概要） この発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問
題点を解決した。シリコンなどの半導体基板に形成され
た固体撮像素子において、アルミニウムなどの遮光膜の
縁の部分の直下（こはポリシリコン電極がなく、かつ酸
化膜の膜厚が小さいことが望ましく、５０００　Ｘ以下
がよい。このような構造の固体撮像素子では斜めに入射
してくる光に対しても遮光性が大きく改善され、スミア
量が小さくなる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の一実施例のＩＬ−００Ｄの模式的平面図は第２
図と同じであり、２次元的に配列された繰り返しセル部
の平面図は第３図と同じである。

第１図は第３図はＩ−Ｉ’＋こ沿う部分的断面図である
。第１図において、第２．３．４図と同一機能を持つ構
成要素は園−記号で示しである。

第１図において、シリコン基板１１内の構造は第４図の
ものと同じである。第１ポリシリコン電極７と第２ポリ
シリコン電極８の構造も第４図のものと同じである。Ｎ
型領域１５と第１ポリシリコン上の熱酸化膜１３の膜厚
を２００ＯＡとする。熱酸化膜１３の上番こアルミニウ
ムの遮光膜９が形成されている。さらｆこ最上層ｉこは
膜厚５０００　Ａの酸化膜の保護膜１９が気相化学反応
成長で形成されている。

第１図からもわかるように、遮光膜９の縁の部分では蓄
積領域のＮ型領域１５との距離が１０００＾であり、そ
の間にはポリシリコン電極はなく、酸化膜である。遮光
膜９がポリシリコン電極やチャネルストッパ６上の厚い
熱酸化膜１３ヲ包み込む形状になっている。

遮光膜９の縁の部分でのシリコン基板までの距離、すな
わちＮ型領域１５上の熱酸化膜１３の膜厚を変えたとき
のスミア量を第６図に示す。図から明らかなように、酸
化膜厚が小さいほどスミア量は小さい。酸化膜厚が０．
５μｍ以上のときはスミア量の変化は小さい。しかし酸
化膜厚が０．５μｍ以下以下なると急速にスミア量は小
さくなり、特に０．３μｍ以下では特に顕著ｆこ小さく
なることがわかる。酸化膜厚が小さいと、ポリシリコン
電極と遮光膜間の容量が大きくなることと、ポリシリコ
ン電極と遮光膜間のショートが増加するという欠点があ
る。このために酸化膜厚は１０００〜２０００Ａ程度に
している。

第３図の繰り返しセル部の平面図かられかるように、遮
光膜を帯状にした場合、遮光膜の縁の部分の必すしも全
部をシリコン基板からの距離を５０００　Ａ以下とし、
その間を絶縁物のみにすることはできない。しかし、可
能な限りポリシリコン電極やチャネルストッパの厚い酸
化膜を遮光膜が包み込む形状になることが望ましい。丁
なわち、可能な限り遮光膜の縁の部分とシリコン基板と
の距離を５００＋３Ａ以下とし、その間を絶縁物のみ条
こすることが望ましい。

（発明の効果） 以上、一実施例をもとに本発明について具体的に説明し
たことから明らかなように、本発明によれば、遮光膜の
縁の部分の下ではなるべくポリシリコン等の電極材がな
いようにし、酸化膜のような絶縁物とし、この絶縁物の
膜厚を５ｏｏｏ　Ｘ以下にする構造ｌこすると、斜めＧ
こ入射した光の多重反射等の効果による光の漏れ込みが
改善され、スミア量が減少する。

この発明は窓明き型のフレームトランスファ方式ＣＯＤ
イメージセンサやＭＯ８型イメージセンサやＯＰＤ型イ
メージセンサ等、−次元センサ、２次元センサを問わす
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の固体撮像素子の部分断面図、
第２図は固体撮像素子の模式的平面図、第３図は固体撮
像素子の繰り返しセル部の平面図、第４，５図は従来の
固体撮像素子の部分断面図、第６図は遮光膜と半導体基
板との間の酸化膜の膜厚の変化に対するスミア量の変化
を示す図である。 ｌ・・・・・・蓄積領域、２・・・・・・垂直ＣＯＤレ
ジスタ、３・・・・・・トランスファゲート部、４・・
・・・・水平ＣＯＤレジスタ、５・・・・・・出力部、
６・・・・・・チャネルストッパ、７・・・・・・第１
ポリシリコン電極、９・・・・・・遮光膜、１１・・・
・・・シリコン基板、１３・・・・・・熱酸化膜。 ７１−１　図 熱酸化膜　　　　７第１ポリシリコン電極出力部　　　
　　　　４不平ＣＣＵレジスタ第３図 ロー６ ［Ｔ／７／ｌ Ｖｙ’７１４−−−−７　　第１ポリシリコン電極ｋＪ
−Ｌシ」 口＼二′：］ Ｌ−５−１−ｍ−“８　第２″ル“加′電極区−ｊ−」
−−−−９遮光膜 ７４図 ９遮光膜 ２？６図 酸化膜厚　　　　　（μｍ） 手続補正書（０帰 ６０．５．１’６ 昭和　　年　　月　　日 １、事件の表示　　　昭和５９年　特　許　願第１４５
４３０号２、発明の名称　固体撮像素子 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　出　願　人東京都港区芝五
丁目３３番１号 ４、代理人 明細書の発明の詳細な説明 ６　補正の内容 （１）明細書箱１２頁９行目と１０行目の間に下記の文
章をそう人する。 「平行な鏡面間を光が反射しながら進む場合を考える。 シリコン面とアルミニウムの遮光膜が鏡面に当た。 る。この場合、カットオフ波長λ。が存在し、λ０よシ
長い波長の光は減衰する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板に配列された複数個の蓄積領域と、少なく
   とも一部が遮光膜でおおわれ前記蓄積領域に蓄積された
   信号電荷を読み出す領域とを有する固体撮像素子におい
   て、前記遮光膜の端の少なくとも一部と前記半導体基板
   との間の距離が５０００Å以下であり、かつその間が絶
   縁物であることを特徴とする固体撮像素子。