JPS6240768A - 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】 技術分野 本発明は固体撮像装置、とくに感光セルに蓄積された光
電荷に応じた信号電流を読み出す、いわゆるＭＯ３構造
の固体撮像装置に関するものである。

背景技術 固体撮像装置から読み出された信号は信号処理回路によ
り処理される。固体撮像装置から読み出される信号は時
間的に変化するアナログ信号であり、固体撮像装置と固
体撮像装置から読み出された信号を処理する信号処理装
置とはコンデンサにより接続されている。

この接続用のコンデンサは、固体撮像装置と信号処理回
路とのマツチングがとれるように容Ｊ４値を設定する必
要があるが、固体撮像装置の製造下　　　　□程のプロ
セスの変動などの原因により固体撮像装　　　　′−置
の各部の寸法、不純物濃度等のパラメータにバラツキが
あるため、製造工程のプロセス制御が安定するまでコン
デンサの容量値を決定することができない。したがって
固体撮像装置が形成されている半・１体基板にコンデン
サを形成すると容量値の調整が困難なため、半導体基板
の外部にコンデンサを配置して容量値を調整して使用し
ていた。

またコンデンサは容量値が大きいため、半導体基板内に
Ｐ−Ｎ接合を使用して形成すると、大きな面積を必要と
する。

このような理由により従来、信号処理回路との接続用の
コンデンサは固体撮像装置が形成されている半導体基板
の外部に接続されるように構成されていた。

ところがコンデンサを半導体基板の外部に形成すると、
これにともない接続のための配線も半導体基板の外部に
形成されるため、配線を通して周辺回路から入るノイズ
が多くなる欠点があった。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、信号処理
回路との接続用のコンデンサを有し、外部からのノイズ
に強い固体撮像装置を提供することを目的とする。

発明の開示 本発明によれば、入射光に応じた電荷を発生して蓄積す
る感光手段と、感光千一段から電荷に応じた信号電流を
読み出すためのＭＯＳトランジスタＬ段とを有する感光
セルが半導体基板の一方の主表面に形成された固体撮像
装δは、感光手段から読み出される信号電流を処理する
信号処理手段と感光セルとを接続するためのコンデンサ
が主表面に金属膜、絶縁層および金属膜を積層すること
によって形成されているものである。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実
施例を詳細に説明する。

第１図を参照すると１本発明による固体撮像装置の特定
の実施例は、感光セル１０が行列方向に配列された２次
元の感光セルアレイと感光セルアレイに接続される水平
シフトレジスタ３０、垂直シフトレジスタ４０、コンデ
ンサ５０、初段出力アンプ６０などが１つの半導体基板
ｌ上に構成されている。

感光セルＩＯはそれぞれ１つの画素に対応する映像信号
を形成する。第１図では１図の複雑化を避けるため、３
水平行、３垂直列分の感光セル１０１゜か示されていな
いが、実際には、画像の再生に十分な解像度が得られる
ように、両方向とも多数の感光セルＩＯが配列されてい
る。

各感光セル１０は、入射光に応じた光電荷を発生してそ
の接合領域に蓄積する感光領域としてのフォトダイオー
ド１２と、その蓄積電荷に応じた信号電流を読み出すた
めの読み出しゲートとしての絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ（ＩＧＦＥＴ）　１４とを含む、フォトダイオー
ド１２の陰極１６はＩＣＦＥＴ　１４のソースφドレー
ン路を通して読み出し信号に＆１８に、その垂直列の各
ＩＣＦＥＴ　１４について共通に接続されている。フォ
トタイオード１２の陽極２ｏは基準電位に接続されてい
る。また、ＩＧＦＥＴ　１４のゲート電極は、その水平
行の各ＩＧＦＥＴ　１４について共通に読み出し駆動線
２２に接続されている。

垂直列の各感光セル１０のソース・トレイン路ヲ共通に
接続した読み出し信号線１８は、ＩＧＦＥＴ　２４のソ
ース・ドレイン路を通して出力線２６に共通に接続され
ている。

各ＩＧＦＥＴ　２４のゲートは、水平シフトレジスタ３
０の各レジスタ段に接続されている。水平シフトレジス
タ３０は、パッド７４から与えられた単一パルスＨＰが
パッド７３から入力される駆動クロックＨＣＬＫに応動
して各レジスタ段を順次シフトするシフトレジスタであ
る。この駆動クロックＨＧＬＫは、画素周波数で与えら
れ、この速度で水平方向に読み出し線を選択し、ゲート
２４を順次付勢する映像信号読み出し駆動回路とし゛て
機能する。パッド７４から与えられる単一パルス）ＩＰ
は水平同期信号の周波数で芋えられる。

出力線２６は、抵抗２８を通してパッド７５からの基準
電圧Ｖｒｅｆにプルアップされ、コンデンサ５０および
初段アンプ６０を介してパッド７８に接続されている。

パッド７８には基板ｌの外部に信号処理回路８０が接続
されている・ 水平行の各感光セル１０のＩＧＦＥＴ　１４のゲート電
極を共通に接続した制御線、すなわち水平行選択線２２
は、垂直シフトレジスタ４０の各レジスタ段に接続され
ている。垂直シフトレジスタ４０は、パッド７１に午え
られた単一パルスｖＰがパッド７２から入力される駆動
クロックＶＣＬＫに応動して各レジスタ段を順次シフト
するシフトレジスタである。この駆動クロックＶＧＬＫ
は水平同期信号の周波数で与えられ、この速度で垂直方
向に選択線２２を順次駆動し、−その水平行のゲート１
４を一斉に付勢する垂直列選択回路として機能する。パ
ッド７１から与えられる単一パルスｖＰは垂直同期信号
の周波数で与えられる。

第２図を参照すると、感光セルアレイの１つのセル１０
およびコンデンサ５０を形成する部分の断面構造が概念
的に示されている。この例では、ｐ型シリコンの基板１
の一方の主表面に２つのｎ÷領域１０２および１０４が
形成されている。一方のｎ中領域１０２は、ｐ型ノ、（
板との間にｐ−ｎ接合を形成し、入射光に応じて光電荷
を発生してそこに蓄積する感光領域、すなわちフォトダ
イオード１２を形成している。

両ｎ十領域１０２と１０４の間の基板表面には、二酸化
シリコンの絶縁層１０Ｂを介してゲート電極１０８が配
設されている。ゲート電極１０８は、本実施例では多結
晶シリコンからなる。これら２つのｎ中領域１０２およ
び１０４、絶縁層１０Ｂならびにゲート電極１０８によ
ってＭＯＳトランジスタすなわちＩＧＦＥＴ１４が形成
されている。この例では、ｎチャネル導電型のＩにＦＥ
Ｔであり、ｎ中領域１０２がソースとして、またｎ中領
域１０４がドレーンとして機能する。

トレー７１０４は、たとえばアルミニウムなどの読み出
し信号線１８に接続されている。またゲート′屯極１０
８は垂直シフトレジスタ４０のレジスタ段に接続されて
いる。

このように感光セル１０を形成した半導体基板１と同一
の基板の表面に二酸化シリコンの絶縁層１０Ｂを介して
金属膜１１Ｏが配設され、この金属１模１１０上に二酸
化シリコンの絶縁層１０［１を介して金属膜１１２が配
設されている。これらの金属膜１１０、絶縁層１０６お
よび金属膜１１２によってコンデンサ５０が形成されて
いる。金属膜１１０は遮光膜として用いられているもの
を使用すればよい、金属膜１１０には出力線２６．金属
膜１１２には初段出力アンプ６０が接続されている。

次に本実施例の動作を説明する。

まず、入射光に応じて各感光セル１０のフォトダイオー
ド１２に光電荷が発生し、その接合領域に蓄積される。

金属膜１１０および金属１１９１１２により被覆された
部分には光が入射しない。

各感光セルＩＯに蓄積された映像信号の読み出しは、パ
ルスｖＰがパッド７１から垂直シフトレジスタ４０に、
パルスＨＰがパッド７４から水平シフトレジスタ３０に
それぞれ入力されて行われる。これにより垂直シフトレ
ジスタ４０および水平シフトレジスタ３０が順次シフト
し、感光セルアレイのラスタ走査による映像信号の順次
読み出しが行われる。

例えばある時刻において１行目の選択線２２が選択され
るとともに、１列目のＩＧＦＥＴ　２４のゲートが駆動
される。そこで１行目１列目のセル１０ａのフォトダイ
オード１２に蓄積されていた光電荷に応　　　　□じた
レベルの電流がパッド７５に接続された電源Ｖｒｅｆか
ら抵抗２８，１列目のＩＧＦＥＴ　２４（７）ソース・
ドレーン路およびセルＬＯａのＩＣＦＥＴ　＋４を通し
てフォトダイオード１２に流れ込み、このｒｔｉ、流に
よる抵抗２８の電圧の変化が映像信号としてコンデンサ
５０および初段出力アンプ６０を通してパッド７８から
外部の信号処理回路８０に入力される。

次のある時刻においては、１行目の選択線２２がそのま
ま選択されており、２列目のＩＣＦＥＴ　２４のゲート
が駆動される。そこで１行目２列目のセル１０ｂのフォ
トダイオード１２に蓄積されていた光電荷に応じたレベ
ルの電流が電源Ｖｒｅｆから抵抗２８゜２列目のＩＣＦ
ＥＴ　２４のソース・ドレーン路およびセル１０ｂのＩ
ＧＦＥ丁１４を通してフォトダイオード１２に流れ込み
、この電流による抵抗２８の電圧の変化が映像信号とし
てコンデンサ５０および初段出力アンプロ０を通してパ
ッド７８から外部の信号処理回路８０に入力される。

同様にして垂直列のＩＧＦＥＴ　１４のゲートを順次操
作することにより、１行目の水平走査線の映像信号の読
み出しが行われる。

次に他の水平行について同様に順次読み出しを行うこと
により、１フイールドのマスク走査映像信号がパッド７
８から直列に出力される。

このようにコンデンサ５０を固体撮像装置と同一の半導
体基板ｌ上に形成する場合に、固体撮像装置と信号処理
回路８０とのマツチングがとれるようにコンデンサ５０
の容量値を設定しておく必要がある。そこで固体撮像装
置の設計段階において、第３図、第４図に示すように半
導体基板ｌ上に前述のような固体撮像装置とともに、コ
ンデンサ５０とするための金属膜１１Ｏ１絶縁膜１０６
、金属膜１１２および金属膜！１０、金属膜１１２に接
続されたパット７Ｂ、７７を、試作用のマスクにより形
成する。金属膜１１Ｏ１絶縁膜１０Ｂおよび金属膜１１
２により形成されるコンデンサ５０は容量値がおおむね
マツチングのとれる値となるように形成する。

次に、このように製造された固体撮像装置の製造工程の
プロセス制御が安定した後、第３図に示すようにパッド
７６および７７を調整用のコンデンサ５２を介して接続
し、固体撮像装置と信号処理回路８０とのマツチングが
とれるように調整用のコンデンサ５２の容量値を調整す
る。調整用のコンデンサ５２は半導体基板１の外部に接
続されているから、固体撮像装置の製造工程のプロセス
制御が安定した後、固体撮像装置と信号処理回路８０と
のマツチングがとれるように容量値を調整することは容
易である。

調整用のコンデンサ５２の容量値が決定された後、この
決定された容量値に従って、半導体基板１に形成される
コンデンサ５０の容量値を修正し、コンデンサ５０の容
量値をマツチングのとれる値に設定する。半導体基板１
に形成されるコンデンサ５０の容量値の修正は、例えば
マスクの設計を”！’　Ｅして金属膜１１２の面積を調
整することによって行うことができる。したがって面積
を調整する金属膜１１２は下部の金属膜１１０よりも小
さい面積としておくのが有利である。

このようにして半導体基板１に形成されるコンデンサ５
０の容量値が所定の値にされた後には、外部に接続され
た調整用のコンデンサ５２およびパッド７６．７７は不
要となる。

そこで半導体基板ｌに形成されるコンデンサ５゜の容量
値が所定の値となるように金属膜＋１２の面積を設定し
、パッド７Ｂ、　７？を除去した第１図、第２図に示す
ような固体撮像装置を製造するための量産用マスクを作
成し、この量産用マスクにより固体撮像装置ｔ−量産す
る。

このようにして容量値をマツチングのとれる値に設定し
たコンデンサ５０を同一の半導体基板１に形成した固体
撮像装置を得ることができる。

本実施例によれば、固体撮像装置と信号処理回路８０を
接続するコンデンサ５０が同一・の半導体基板ｌに形成
されているから、外部からノイズが入るのを防止できる
。

半導体基板１に形成されるコンデンサ５ｏは光シールド
用の金属膜１１０　、１１２を電極として使用するから
、ｐ−ｎ接合を使用するもののように大きい面積を必要
としない。

また、設計の段階で試作した固体撮像装置の外部に調整
用のコンデンサ５２を接続し、調整用のコンデンサ５２
の容量を調整して半導体基板１内部に設けるコンデンサ
５０の容量を定めているから、量産された固体撮像装置
の半導体基板１に形成されるコンデンサ５０は固体撮像
装置と信号処理回路８０とのマツチングをとることがで
きる。

なお、前記の実施例では信号処理回路８０が半導体基板
ｌの外部に配置されているが、半導体基板ｌの内部に配
置するようにしてもよい、このようにすれば装置がさら
にコンパクトになる。

効果 このように本発明では、固体撮像装置と信号処理回路と
の接続用のコンデンサを固体撮像装置と同一の基板内に
形成している。したがって外部からのノイズに強く、装
置の構成も簡素化される。

また、基板Ｆに金属膜、絶縁層、金属膜を積層すること
によってコンデンサを形成しているから、Ｐ−Ｎ接合を
使用したもののように大きい面精を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の特定の実施例を示
す概略回路ブロック図、 第２図は第１図に示す感光セルアレイの１つのセルおよ
びコンデンサの断面構造を概念的に示す断面図、 第３図は第１図に示す固体撮像装置の試作工程における
固体撮像装置を示す概略回路ブロック図、 第４図は第３図に示す感光セルアレイの１つのセルおよ
びコンデンサの断面構造を概念的に示す断面図である。 主要部分の符号の説明 １、、、、、半導体基板 １０、、、、、感光セル １２、、、、、フォトダイオード １４、　、　、　、　、　ＩＧＦＥ↑ ３０、、、、、水モシフトレジスタ ４０、、、、、垂直シフトレジスタ ５０．５２．、、コンデンサ ６０、　、　、　、’、初初段出力アンマフ６７７．７
８．パッド ８０、、、、、信号処理回路 ｔｏｅ　、　、　、　、絶縁層 １１０　、１１２　、金属膜 特許出願人　冨士写真フィルム株式会社代　理　人　香
取　孝雄 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光に応じた電荷を発生して蓄積する感光手段と
   、該感光手段から該電荷に応じた信号電流を読み出すた
   めのＭＯＳトランジスタ手段とを有する感光セルが半導
   体基板の一方の主表面に形成された固体撮像装置におい
   て、該装置は、 前記感光手段から読み出される信号電流を処理する信号
   処理手段と前記感光セルとを接続するためのコンデンサ
   が、前記主表面に金属膜、絶縁層および金属膜を積層す
   ることによって形成されていることを特徴とする固体撮
   像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記信
   号処理手段は初段出力アンプを含み、該信号処理手段が
   前記主表面に形成されていることを特徴とする固体撮像
   装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
   いて、前記コンデンサの電極を構成する金属膜のうち下
   層のものが、前記主表面の感光手段以外の部分に形成さ
   れた遮光用の金属膜であることを特徴とする固体撮像装
   置。