JPS63152167A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置、特にＭＯＳ構造の感光画素部を
有する固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 固体撮像装置は、半導体基板上に複数の感光画素部を配
列し、この感光画素部で発生した信号電荷を読出すこと
により画像を出力する。近年、ＭＯ８技術の発達に伴い
、この固体撮像装置の感光画素部にもＭＯＳ構造が用い
られるようになっている。第６図に、ＭＯＳ構造を有す
るインターライン転送型の固体撮像装置の一画素分に相
当する領域の断面図を示す。

ｐ型の半導体基板１上の感光画素部２に光が入射すると
、ここで光電変換が行われ、信号電荷が発生する。この
発生電荷は、ｎ型不純物層からなる電荷転送チャネル３
によって転送される。各画素領域は、ｐ型不純物層から
なる素子分離領域４によって互いに分離されている。感
光画素部２の脇には、ｎ型の不純物層からなるオーバー
フロードレイン５と、ｐ型不純物層からなるオーバーフ
ロー電位設定領域６が設けられている。感光画素部２に
過剰に電荷が発生し、この過剰電荷により感光画素部２
の電位がオーバーフロー電位設定領域６の設定電位を越
えると、この過剰電荷はオーバーフロードレイン５に排
出される。このようにして、過剰電荷によるブルーミン
グが抑制される。

半導体基板１の上層には絶縁層７が形成され、この絶縁
層７の中に電荷転送電極８が埋設されている。この電荷
転送電極８に所定の転送りロック電圧を供給することに
より、信号電荷が電荷転送チャネル３に沿って転送され
る。なお、この装置では、電荷転送電極８は、感光画素
部２から電荷転送チャネル３へ信号電荷を読出すための
読出し電極を兼ねている。絶縁層７の上層には、透明電
極９が形成されている。この透明電極９は導電性の透明
材料からなり、絶縁層７の上層全面に各画素領域にまた
がって形成されている。この透明電極９を所定の電位に
固定することにより、感光画素部２に一時的に電荷を蓄
積させることができる。

すなわち、透明電極９に正の電圧を印加すれば、半導体
基板１の界面から基板内部に向かって空乏層が形成され
、ここに信号電荷が蓄積されるのである。透明電極９が
透明な材料からなるのは、外部からの光を透過させて感
光画素部２まで導くためである。透明電極９の上には、
絶縁層１０が形成され、更にその上に光遮蔽膜１１が形
成されている。光遮蔽膜１１は、感光画素部２の上方部
にのみ開口部を有する。したがって、外部からの光は、
感光画素部２にのみ到達し、その他の光はこの光遮蔽膜
１１によって遮蔽されることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の固体撮像装置の１つの問題は、出力された画像に
明暗のゆらぎが生ずる点である。前述のように、透明電
極９はこの装置の全画素にわたって１つの層として形成
されている。一般に各画素領域は二次元平面上に配列さ
れており、透明電極９はこの平面上の周辺部において、
電源から所定の電圧の供給を受ける。透明電極９は導電
性の材料からなるため、理論的には中央部の電位と周辺
部の電位とを等しくすることができる。しかしながら、
実際にはこれらの電位は一定にならず、中央部と周辺部
とでは電位差が生じ、各部でゆらぎが生じるのである。

これは、透明電極９がかなり薄い層状をしており、層方
向にいくらかの電気抵抗が生じるためである。層厚をよ
り厚くすることによって、この電気抵抗を低減させるこ
とができるが、層厚が厚くなると透過率が減少し、特に
短波長側の入射光を吸収してしまうため、青色感度が低
下するという別な弊害を生じることになる。

したがって、透明電極９はある程度薄くせざるを得ない
のである。

透明電極９内部の電位のゆらぎの主な原因は、転送りロ
ックの影響である。第６図に示されているように、透明
電極９は絶縁層７を介して電荷転送電極８と容量結合し
ている。電荷転送電極８には、前述のように、信号電荷
の転送のための転送りロック電圧が印加される。この転
送りロックが容量結合を介して透明電極・９に影響を与
え、透明電極９の電位にゆらぎを与え、不安定にするの
である。透明電極９の周辺部は所定電位に固定されてい
るが、前述のように層方向に電気抵抗を有するため、中
央部付近ではその電位が不安定になる。

透明電極９の電位は、感光画素部２の蓄積電荷量に影響
を与えるため、結局、中央部の画素と周辺部の画素とで
は、同じ光量の入射があっても、出力電荷量に差が生じ
ることになる。このような理由から、従来の装置の出力
画像は周辺部と中央部とに明暗の差が生じ、ゆらぎのあ
るものとなっていた。

従来装置のもう１つの問題は、スミア現象によって、鮮
明な画像を得られないという点である。

一般にこのような固体撮像装置では、半導体基板中に含
まれる重金属等の汚染物質を燐を用いたゲッタリングに
よって除去する工程を行う。絶縁層１０はこの工程時に
、半導体基板の表面を燐から保護する保護層としての働
きをする。したがって、絶縁層１０はこの保護機能を果
たすのに十分なだけの厚みを必要とするのである。さも
なくば、ゲッタリング時に半導体基板内に燐がドープさ
れ、不都合が生じることになる。ところが、このように
絶縁層１０が厚いと、第６図の一点鎖線で示すように、
外部からの斜めに入射した光が、感光画素部２以外の領
域に侵入しやすくなる。この斜め入射した光は直接、あ
るいは反射を繰返して、電荷転送チャネル３にまで侵入
し、ここで不要な電荷を生成する。この不要な電荷が電
荷転送チャネル３に混入し、スミア現象を引起こし、鮮
明な出力画像を得ることができなくなるのである。

そこで本発明は、ゆらぎのない鮮明な画像を得ることが
できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、半導体基板上に配列された複数の感光画素部
と、この感光画素部で発生した電荷を転送するための転
送手段と、感光画素部への入射光を透過するように透明
で、かつ、導電性の材料からなり、半導体基板上に形成
された透明電極層と、感光画素部で発生した電荷を一時
蓄積するために必要な電圧を透明電極層に印加する電源
と、を備える固体撮像装置において、 透明電極層の上方または下方に、透明電極層より層方向
に関しての電気抵抗が低い低抵抗電極層を設け、少なく
とも各感光画素部近傍の一部分において低抵抗電極層と
透明電極層とを電気的に接続させ、低抵抗電極層に電源
電圧を供給するようにし、ゆらぎのない鮮明な画像を得
ることができるようにしたものである。

（作　用） 本発明の特徴となる低抵抗電極層は、透明電極層よりも
層方向の電気抵抗が小さい層である。この低抵抗電極層
と透明電極層とを、少なくとも部分的に電気的に接触さ
せることにより、透明電極層の電位分布を一様に、かつ
、安定化させることかできる。すなわち、電位分布に偏
りが生じると、低抵抗電極層を介して電流が流れ、この
偏りが解消するようになる。これによりゆらぎのない画
像を得ることができるようになる。また、低抵抗電極層
を透明電極層に沿って設けることにより、この低抵抗電
極層に遮蔽層としての働きをさせることができ、斜めの
入射光が感光画素部以外の領域に侵入するのを妨げ、ス
ミアの発生を抑制した鮮明な画像を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第
１図乃至第５図は、本発明の一実施例に係る固体撮像装
置の一画素分に相当する領域の断面図である。ここで、
第６図に示す従来の装置と同一構成要素については同一
符号を付し、説明を省略する。

第１図に示す装置は、透明電極９の上層に密着させて低
抵抗電極層１２を形成した実施例である。

両者間はオーミックコンタクトとなる。透明ＮＷ９は、
感光画素部２の上方に開口窓を有し、感光画素部２への
入射光を妨げることはない。低抵抗電極層１２は透明電
極９に比べて、層方向（半導体基板１の表面方向）に関
する電気抵抗が小さい材料からなる。しかも光の透過率
が小さい材料、すなわち不透明な材料で構成するのが好
ましい。

このように、低抵抗電極層１２を不透明な層とすること
により、遮蔽層として機能させることができ、外部から
の斜めの入射光が感光画素部２以外の領域に侵入するの
を防ぐことができる。この低抵抗電極層１２は光遮蔽膜
１１に比べ、より感光画素部２に近い位置に形成されて
いるため、より完全な遮光が可能となる。また、低抵抗
電極層１２は、高融点材料で構成するのが好ましい。高
融点材料にしておけば、この装置の製造工程において、
ＣＶＤ法、高温燐ゲッタリング法などの高温処理工程を
行うことができるためである。本実施例では、透明電極
９としてポリシリコンを用い、低抵抗電極層１２として
、モリブデン、チタン、タングステンなどの高融点金属
を用いている。この種の金属は、不透明で融点が高く、
かつ、電気抵抗が小さいという性質をもつため、本発明
における低抵抗電極層として非常に適した材料である。

第２図に示す装置では、低抵抗電極層１３は透明電極９
の上方に絶縁層を挟んで形成されている。

ただ、各画素ごとに、コンタクト部１３ａが設けられ、
ここで両者は電気的に接触している。低抵抗電極層と透
明電極層とは、このように全層にわたって密着させる必
要はなく、少なくとも各感光画素部近傍の一部分におい
て電気的接触が保たれていればよい。また、第１図およ
び第２図に示す装置では、低抵抗電極層を透明電極層の
上方に形成したが、逆に下方に形成するようにしてもよ
い。

第３図および第４図は、第１図および第２図に示した装
置における光遮蔽膜１１を省略した実施例である。前述
のように、低抵抗電極層として不透明の材料を用いれば
、この低抵抗電極層を光遮蔽膜として代用することがで
きる。したがって、本発明に係る装置では、光遮蔽膜１
１を設けることなしに不要な光の遮蔽を行うことができ
る。なお、第４図に示す装置では、感光画素部２上にお
いて低抵抗電極層１４の開口端部１４ａが下方に延び、
遮蔽効果を完全にしている。

なお、上述の実施例は、すべて通常のＭＯＳ構造の感光
画素部を有する固体撮像装置についてのものであるが、
本発明はｐｔｎｎｔｎｇ　　ＭＯＳ構造の感光画素部を
有する固体撮像装置にも適用できる。第５図は、このよ
うな構造を有する固体撮像装置に本発明を適用した一実
施例である。感光画素部２には、ｎ型の不純物層１５が
設けられ、オーバーフロー電位の設定のために、ｎ−型
の不純物層６′が設けられている。この装置では、透明
電極９には負の電圧が印加される。

以上、いくつかの実施例について本発明を説明したが、
本発明はこの他、種々の固体撮像装置に適用でざるもの
である。たとえば、上述の実施例は、電子を信号電荷と
した装置についてのものであるが、ホールを信号電荷と
する装置についても、上述の実施例の不純物の極性、印
加電圧の極性を逆にすれば、本発明を同様に適用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば固体撮像装置において、透
明電極層に沿って低抵抗電極層を設けるようにしたため
、透明電極層の電位分布を一様に安定させることができ
、また、この低抵抗電極層によって不要な光を遮蔽する
ことができるようになり、ゆらぎのない鮮明な画像を得
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、本発明に係る固体撮像装置の一画
素分に相当する領域の断面図、第６図は従来の固体撮像
装置の一画素分に相当する領域の断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・感光画素部、３・・・電
荷転送チャネル、４・・・素子分離領域、５・・・オー
バーフロードレイン、６・・・オーバーフロー電位設定
領域、７・・・絶縁層、８・・・電荷転送電極、９・・
・透明電極、１０・・・絶縁層、１１・・・光遮蔽膜、
１２・・・低抵抗電極層、１３・・・低抵抗電極層、１
３ａ・・・コンタクト部、１４・・・低抵抗電極層、１
４ａ・・・開口端部、１５・・・ｎ型不純物層。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ５２　図 島４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に配列された複数の感光画素部と、こ
   の感光画素部で発生した電荷を転送するための転送手段
   と、前記感光画素部への入射光を透過するように透明で
   、かつ、導電性の材料からなり、前記半導体基板上に形
   成された透明電極層と、前記感光画素部で発生した電荷
   を一時蓄積するために必要な電圧を前記透明電極層に印
   加する電源と、を備える固体撮像装置において、前記透
   明電極層の上方または下方に、前記透明電極層より層方
   向に関しての電気抵抗が低い低抵抗電極層を設け、少な
   くとも各感光画素部近傍の一部分において前記低抵抗電
   極層と前記透明電極層とを電気的に接続させ、前記電源
   による電圧を前記低抵抗電極層に供給したことを特徴と
   する固体撮像装置。 ２、透明電極層の感光画素部形成領域以外の部分に、低
   抵抗電極層が密着形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ３、透明電極層と低抵抗電極層とが絶縁膜を挟んで形成
   され、各感光画素部近傍の一部分において形成されたコ
   ンタクトホールによって、前記透明電極層と前記低抵抗
   電極層とが電気的に接続されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。 ４、低抵抗電極層が光の透過率の小さい材料からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいず
   れかに記載の固体撮像装置。 ５、低抵抗電極層が高融点材料からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の
   固体撮像装置。