JPS62194667A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体基板に形成した信号電荷転送部と、この
基板上を覆う形で形成された光導電膜による光電変換部
からなる積層型の固体撮１象装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

積層型固体撮像装置の一例として、半導体基板上の信号
電荷転送部にＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ
　Ｄｅ−ｖｉｃｅ　；電荷結合素子）を用い、光導電膜
にアモルファスシリコン（以下ａ−５Ｌと略す）を用い
た例について以下説明する。

上記の積層型固体撮像Ｍ置の構造の一例を、第６図に示
す、光が入射した場合、ａ　−５ＬＨのバンドギアツブ
以上のエネルギーを持つ光は光導電膜（ｌＯ）中で電子
−正孔対を生成し発生した電子−正孔対は画素電極■と
透明電極（１１）間に形成された電界により移動し、　
ＮチャネルＣＣＤにおいては電子が信号電荷としてＷＩ
積ダイオード（イ）に注入され、蓄積された後半導体基
板上の信号電荷転送部により転送され、読み出される。

ところで一般にビデオカメラ用の固体撮像装置において
は、各画素ごとの信号出力と暗時出力の差をもって実際
の（２号出力を得ており、この暗時出力を検知するため
に、撮像領域に隣接して入射光を完全に遮断し常に暗時
出力を得ることのできる画素領域（以下オプティカルブ
ラックと呼ぶ）を持った構造となっている。上記オプテ
ィ力ルブラックの構成には通常、固体撮像装置表面に光
遮断用の金属′４電膜を設けることにより行なわれてい
る（第７図）が、上記、光遮断層（］７）および。

その下地の形状に段差あるいは局所的な凹凸が存在した
場合や、光遮断Ｍ　（１７）が薄く、かつその材料のグ
レインサイズが大きい場合、またあるいは。

光遮断層形成のためのエツチングプロセスの条件が悪い
場合には、光遮断層（１７）にピンホール及びクラック
が入り入射光を完全に遮断することができずその結果オ
プティカルブラックにおいて実際の暗時出力を得られな
い事がある。

また上記問題解決のためには光遮断＊（１７）を１分厚
くする方法が考えられるが、その場合、光遮断層とその
下地との間に生じる応力により光遮断層のクラックある
いは光遮断層の剥離が起こる可能性がある。

〔発明の目的〕

本発明は、製造工程が簡易でかつ確実に暗時出力を得る
ことのできるオプティカルブラック構造を持つ積層型固
体撮像ｓｅｌを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は半導体基板上に形成した信号電荷転送部と、こ
の基板上を覆う形で形成された光導電膜による光電変換
部からなる積層型固体撮像装置において、上記信号電荷
転送部中に有効撮像画素領域に隣接して信号電荷蓄積ダ
イオードおよび画素電極を電気的にブローティングとし
た画素領域を形成する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、製造工程が簡易でかつ、確実に暗時出
力を得ることのできるオプティカルブラック構造を持つ
積層型固体撮像装置を得ることができる。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図は本発
明の一実施例であり、信号電荷読み出し部にインターラ
イン転送ＣＣＤ　（Ｉｎｔａｒｌｉｎｅ　Ｔｒａｎｓ−
ｆｅｒ　ＣＣＤ　：以後ＩＴ−ＣＣ口と呼ぶ）を用いた
積層型固体撮像装置の構造説明図である。

これを製造工程に沿って説明すれば、ｐ型半導体基［ω
上に素子分離領ｈＲｐ÷層■、垂直ＣＣＯチャネルｎ”
Ｍ■および蓄積ダイオードｎ＋÷Ｍ＠を形成する。そし
て、この半導体基板上にゲート絶縁層を介して垂直ＣＣ
Ｄの転送ゲート電極（５−１）（５−２）を形成する。

次にこの上に絶縁層０を設けた後に有効撮像画素（２１
）においてのみ、画素ｔａ極配線■と蓄積ダイオードｎ
◆十層（至）の電気的導通のためのコンタクトホール（
１２）を形成する。このときオプティカルブラック（２
２）においては蓄積ダイオードｎ”Ｗ（イ）を電気的に
フローティングにするため、コンタクトホールは形成し
ない（１３−１）。そして画素電極配線■を設けた後に
表面形状を平坦化する目的で絶縁層■（ＳｉＯ□、ポリ
イミド等）を設け。

さらに画素電極０を形成する。その後、光電変換を行な
う光導［［として、たとえばａ　−５ｔＷｊ（１０）を
全面に形成し、最後に光ｓ電膜（１０）上にＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等による透明電極（
１１）を全面に形成する。本発明によればオプティカル
ブラック（２２）において光遮断層の形成は不要となる
。

比較のために、従来の光遮断層（１７）を用いたオプテ
ィカルブラック構造を持つ積層型固体撮像装置の一例を
第７図に、およびオプティカルブラックのみの断面構造
図の一例を第８図に示す。

第２図は本発明によるオプティカルブラック構造を説明
する断面構造図である。第２図においては、画素電極配
線■と蓄積ダイオードに）の電気的導通のためのコンタ
クトホールは形成されておらず（１３）、　したがって
画素電極■は電気的にフローティングとなり、光導電Ｉ
ＩＫ（１０）には電界が形成されない、そのため、入射
光により光導電膜（１０）中に生成された電子−正孔対
は外部電界によるドリフトを起さず、キアリア拡散のみ
により移動するが蓄積ダイオードに）に注入されること
なく再結合する。この結果オプティカルブラック（２２
）においては入射光とは無関係に常に一定である蓄積ダ
イオード（へ）の暗電流成分、すなおち暗時出力のみを
得ることができる。

第２図の構造によれば従来構造で必要としていた光遮断
層の形成は不要となり、製造工程の簡単化が可能となる
と同時に前述した光遮断層の光モレの問題は完全になく
なる。

さらに入射光イメージに一様な近赤外光成分（波長：λ
〉０．７μｓ）が含まれている場合、撮像画素部（２１
）において、その近赤外光成分はａ　−５ｉ層（１０）
において吸収されず１画素電極０）の存在しない部分を
通り、半導体基板中の蓄積ダイオード（へ）あるいは垂
直ＣＣＤチアネル■に直接入射し、ｆｔ１子−正孔対を
生成し、その電子が信号電荷の一成分とし・て扱われる
。このとき従来構造（第７図）のオプティカルブラック
（２２）では近赤外光も可視光と同時に光遮断層（１７
）において反射され半導体基板には入射せずしたがって
オプティカルブラック（２２）において得られる暗時出
力には、半導体基板に入射した近赤外光によるバックグ
ラウンド成分は含まれないため、各画素ごとの信号出力
とオプティカルブラックによる暗時出力との差である実
際の信号出力には常に、上記バックグラウンド成分が含
まれることになる。一方、第２図においては上記バック
グラウンド成分もオプティカルブラックの暗時出力に含
まれるためその結果バックグラウンド成分はキャンセル
され、実際の信号出力からは排除される。

ところで撮像画素部（２１）において形成されるコンタ
クトホール（１２）の形成、および蓄積ダイオード（へ
）と画素電極配線■とが接続されること、の影響により
撮像画素部（２１）の蓄積ダイオードに）とオプティカ
ルブラック（２２）の蓄積ダイオード（イ）との各々の
暗電流に差異が生ずる可能性があるが、その場合には第
３図の構造を用いればよい、第４図のオプティカルブラ
ック（２２）のみを説明するための断面構造図が第４図
である。

第４図においては、撮像画素部と同様にコンタクトホー
ル（１３−２）が形成されており上記の暗電流レベル差
は生じない、第４図と従来構！！！（第７図）との違い
は、画素電極配線■と画：Ｍ電極■との間のコンタクト
ホールの有無（１５−１，１５−３）にある。

第４図のように上記コンタクトホールの無い構造とすれ
ば、第１図、第２図と同様に画素電極■が電気的にフロ
ーティングとなり、同様の効果を得る。

このように画素電極■を電気的にフローティングとする
ことで上記の効果を得ることができる。

以上の説明においては信号電荷読み出し部にＩＴ−ＣＣ
Ｄ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　（Ｃｈａｒｇａ　Ｐｒｉｍｉｎｇ　
Ｄｅｖｉｃｅ）、電荷掃き寄せ素子Ｃ５Ｄ　（Ｃｈａｒ
ｇａ　Ｓｗａａｐ　Ｄｅｖｉｃｅ）　、その他の信号読
み出しができるものであれば本発明が適用できる。

また１以上の説明では光導電膜としてａ　−５ｉ膜を用
いたが、例えば５ｅ−Ａｓ−Ｔｅ、　Ｚｎ５ａ−ＺｎＣ
ｄＴｅなどで代表される光導ｔｔｔｓを利用することが
できる。

さらに、以上の説明ではＣＣＤをＮチャネルとして説明
したがＰチャネル型ＣＯＤにおいても本発明は適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における感光セルの構造を説
明するための図、第２図、第３図、第４図、ｆｆ１５図
は本発明の一実施例を説明するための感光セル、オプテ
ィカルブラックの図、第６図は従来構造の撮像画素の構
造を説明する図、第７図は従来構造の感光セルの構造を
説明するための図。 第８図は従来構造のオプティカルブラックの構造を説明
するための図である。 図において １・・・半導体基板　　　　　２・・・素子分離領域３
・・・垂直ＣＣＤチャネル　　４・・・蓄積ダイオード
５−１．５−２・・・垂直ＣＣＤ転送用ゲート電極６．
８・・・絶縁層　　　　　７・・・画素電極配線９・・
・画素電極　　　　　　１０・・・光導電膜１１・・・
透明電極 １２・・・撮像画素部コンタクトホール（１）１３−１
．１３−２．１３−３．１３−４・・・オプティカルブ
ラックコンタクトホール部α） １４・・・撮像画素部コンタクトホール■１５−１．１
５−２．１５−３・・・オプティカルブラックコンタク
トホール部（２） １６・・・オプティカルブラック画′Ｍｗｉ極配線切断
部１７・・・オプティカルブラック光遮断層第１図 Ｚｆ　　　　　　　　　　　　　　　ｔ″２第　　３　
　図 第　　５　　図 第　　６　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板に形成した信号電荷転送部と、この基板上を
   覆う絶縁層表面に設けられた画素電極と、この画素電極
   が設けられた絶縁層表面を覆って光導電膜による光電変
   換部を備える固体撮像装置において、上記信号電荷転送
   部中の一部の領域において信号電荷蓄積のための蓄積ダ
   イオードおよび画素電極を電気的にフローティングした
   ことを特徴とした固体撮像装置。