JP2509592B2 - 積層型固体撮像装置 - Google Patents
積層型固体撮像装置Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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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、固体撮像素子チップに光導体膜を積層して
構成される積層型固体撮像装置に関する。
構成される積層型固体撮像装置に関する。
（従来の技術） 固体撮像素子チップに光導電体膜を積層した２階建て
構造の固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くするこ
とができるため、高感度且つ低スミアという優れた特性
を有する。このためこの固体撮像装置は各種監視用TVや
高品位TVなどのカメラとして有望視されている。この種
の固体撮像装置の光電変換部は画素電極の配列の上に光
導電体膜を積層し、その上全面に透光性のある材料によ
り透明電極を形成するという構造となっている。したが
って各画素の感光部の領域を決定しているのは画素電極
の面積である。ところが透明電極と光導電体膜は画素電
極の配列をおおう様に全面に形成されているため、画素
電極の配列の外側に入射した光によって生成された電荷
担体の一部が、端部の画素電極上部より外側に広がって
いる光導電体膜中の電界によって走向し端部の画素電極
に流れ込む。従って画素の配列の端部の画素の感光部の
領域は他の部分の画素に比べて実質的に大きくなる。こ
れは画像で考えると画像の端部が明るくなってしまう。
また特に入射光の照度の大きな場合には画素電極の配列
の外側に発生した多量の電荷担体が画素配列の端部の数
画素の画素電極に流れ込む事によりブルーミングを生じ
る。従って画素配列の端部の数画素からの出力信号を映
像信号として用いる事が出来ない。
構造の固体撮像装置は、感光部の開口面積を広くするこ
とができるため、高感度且つ低スミアという優れた特性
を有する。このためこの固体撮像装置は各種監視用TVや
高品位TVなどのカメラとして有望視されている。この種
の固体撮像装置の光電変換部は画素電極の配列の上に光
導電体膜を積層し、その上全面に透光性のある材料によ
り透明電極を形成するという構造となっている。したが
って各画素の感光部の領域を決定しているのは画素電極
の面積である。ところが透明電極と光導電体膜は画素電
極の配列をおおう様に全面に形成されているため、画素
電極の配列の外側に入射した光によって生成された電荷
担体の一部が、端部の画素電極上部より外側に広がって
いる光導電体膜中の電界によって走向し端部の画素電極
に流れ込む。従って画素の配列の端部の画素の感光部の
領域は他の部分の画素に比べて実質的に大きくなる。こ
れは画像で考えると画像の端部が明るくなってしまう。
また特に入射光の照度の大きな場合には画素電極の配列
の外側に発生した多量の電荷担体が画素配列の端部の数
画素の画素電極に流れ込む事によりブルーミングを生じ
る。従って画素配列の端部の数画素からの出力信号を映
像信号として用いる事が出来ない。
（発明が解決しようとする問題点） 以上述べてきたように従来の積層型固体撮像装置で
は、画素配列の外側で発生した電荷担体が画素配列の端
部に流れ込むために画素配列の端部の数画素からの出力
信号を映像信号として用いる事ができないという欠点が
あった。本発明は、上記の点に鑑み、端部の画素からの
出力信号を有効に映像信号として利用する積層型固体撮
像装置を提供する事を目的とする。
は、画素配列の外側で発生した電荷担体が画素配列の端
部に流れ込むために画素配列の端部の数画素からの出力
信号を映像信号として用いる事ができないという欠点が
あった。本発明は、上記の点に鑑み、端部の画素からの
出力信号を有効に映像信号として利用する積層型固体撮
像装置を提供する事を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明による積層型固体撮像装置は撮像素子チップ上
の画素配列の端部の画素の画素電極に隣接してダミー電
極を形成した事を特徴とする。このダミー電極には直接
あるいは半導体基板に形成されたドレイン部を通して、
一定の電圧が印加される。
の画素配列の端部の画素の画素電極に隣接してダミー電
極を形成した事を特徴とする。このダミー電極には直接
あるいは半導体基板に形成されたドレイン部を通して、
一定の電圧が印加される。
（作用） 積層型固体撮像装置では画素電極の配列上を光導電膜
及び透明電極が画素電極をおおっているために、画素配
列の端部の画素の感光部領域が他の部分の画素に比べて
大きくなる。この端部の画素の画素電極に隣接してダミ
ー電極を形成し、このダミー電極に画素電極に印加され
る電圧と同程度の電圧を印加する事で、この端部の画素
の感光部領域が実質的に大きくなる効果を消失させる事
ができる。すなわちダミー電極がない場合には画素配列
の外側に入射した光が吸収されて、生成した電荷担体の
一部が画素配列の端部の画素の画素電極に流れ込むがダ
ミー電極を形成してダミー電極と透明電極間に適当な電
圧を印加する事で、この画素配列の外側に生成した電荷
担体をダミー電極に流し込み、画素電極に流れ込む事を
防ぐ事ができる。従って、端部の画素電極に余計な電荷
担体が流れ込む事がなくなるために端部の画素でも他の
部分の画素と同じ一定の光感度が得られる。
及び透明電極が画素電極をおおっているために、画素配
列の端部の画素の感光部領域が他の部分の画素に比べて
大きくなる。この端部の画素の画素電極に隣接してダミ
ー電極を形成し、このダミー電極に画素電極に印加され
る電圧と同程度の電圧を印加する事で、この端部の画素
の感光部領域が実質的に大きくなる効果を消失させる事
ができる。すなわちダミー電極がない場合には画素配列
の外側に入射した光が吸収されて、生成した電荷担体の
一部が画素配列の端部の画素の画素電極に流れ込むがダ
ミー電極を形成してダミー電極と透明電極間に適当な電
圧を印加する事で、この画素配列の外側に生成した電荷
担体をダミー電極に流し込み、画素電極に流れ込む事を
防ぐ事ができる。従って、端部の画素電極に余計な電荷
担体が流れ込む事がなくなるために端部の画素でも他の
部分の画素と同じ一定の光感度が得られる。
また画素配列の端部でのブルーミングも抑制できる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
る。
第１図は一実施例による積層型固体撮像装置の画素配
列の端部の２画素を含む部分の断面構造である。p+型Si
基板11にｐウエル12が形成されたウェーハを用いて、イ
ンターライン転送型CCD撮像素子チップ１が構成されて
いる。即ち信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード13がマト
リクス状に形成され、蓄積ダイオード13の列に隣接して
n+型の埋め込みチャンネルCCDからなる垂直CCD14が形成
されている。15はチャンネルストッパとしてのp+型層で
あり、これにより分離されて同様の構成の蓄積ダイオー
ド列と垂直CCDの組が繰り返し配列形成される。161,162
は垂直CCD14の転送ゲート電極であり、その一部は蓄積
ダイオード13からCCDチャンネルへの電荷転送ゲート電
極を兼ねている。転送ゲート電極161,162が形成された
基板上は層間絶縁膜181,182に覆われ、且つ蓄積ダイオ
ード13に接続される多結晶シリコン電極17が形成され
て、平担化されている。第１の層間絶縁膜181は例えばC
VD法により形成されるSiO2膜であり、第２の層間絶縁膜
182は例えばプラズマCVD法により形成されるBPSG膜であ
る。この構造は、第１の層間絶縁膜181に開口形成後、
多結晶シリコン膜電極17を各蓄積ダイオード13上に形成
した後、BPSG膜182を被着してこれを溶融し、反応性イ
オンエッチング法でBPSG膜をエッチングして多結晶シリ
コン電極17の表面を露出させることで得られる。
列の端部の２画素を含む部分の断面構造である。p+型Si
基板11にｐウエル12が形成されたウェーハを用いて、イ
ンターライン転送型CCD撮像素子チップ１が構成されて
いる。即ち信号電荷を蓄積する蓄積ダイオード13がマト
リクス状に形成され、蓄積ダイオード13の列に隣接して
n+型の埋め込みチャンネルCCDからなる垂直CCD14が形成
されている。15はチャンネルストッパとしてのp+型層で
あり、これにより分離されて同様の構成の蓄積ダイオー
ド列と垂直CCDの組が繰り返し配列形成される。161,162
は垂直CCD14の転送ゲート電極であり、その一部は蓄積
ダイオード13からCCDチャンネルへの電荷転送ゲート電
極を兼ねている。転送ゲート電極161,162が形成された
基板上は層間絶縁膜181,182に覆われ、且つ蓄積ダイオ
ード13に接続される多結晶シリコン電極17が形成され
て、平担化されている。第１の層間絶縁膜181は例えばC
VD法により形成されるSiO2膜であり、第２の層間絶縁膜
182は例えばプラズマCVD法により形成されるBPSG膜であ
る。この構造は、第１の層間絶縁膜181に開口形成後、
多結晶シリコン膜電極17を各蓄積ダイオード13上に形成
した後、BPSG膜182を被着してこれを溶融し、反応性イ
オンエッチング法でBPSG膜をエッチングして多結晶シリ
コン電極17の表面を露出させることで得られる。
このように表面が平担化されたCCD撮像素子チップ１
上に各多結晶シリコン電極17に接続される画素電極19と
ダミー電極20が形成されている。ダミー電極は端部の画
素電極19に隣接して、垂直方向に垂直CCD14と平行して
伸びている。画素電極19とダミー電極20はスパッター法
によりCrを1000Å程度被着し、反応性イオンエッチング
法によりエッチングして所定の形状に形成される。ダミ
ー電極20と端部の画素電極19の距離ａは各画素電極19の
間の距離ｂが等しくなるように形成されている。
上に各多結晶シリコン電極17に接続される画素電極19と
ダミー電極20が形成されている。ダミー電極は端部の画
素電極19に隣接して、垂直方向に垂直CCD14と平行して
伸びている。画素電極19とダミー電極20はスパッター法
によりCrを1000Å程度被着し、反応性イオンエッチング
法によりエッチングして所定の形状に形成される。ダミ
ー電極20と端部の画素電極19の距離ａは各画素電極19の
間の距離ｂが等しくなるように形成されている。
こうして画素電極19及びダミー電極20が形成されたチ
ップ基板上に光導電体膜２が積層形成されている。光導
電体膜２は、正孔注入阻止層としてのｉ型のa-SiC:H
（水素化アモルファスシリコン・カーバイド）膜21、主
として光電変換が行なわれる高抵抗のa-Si:H膜22、およ
び電子注入阻止層となるｐ型a-SiC:H膜23の３層構造か
らなる。これらの膜はSiH4ガスを主成分とするガスのグ
ロー放電分解法により形成される。a-SiC:H膜21は室温
での暗導電率σＤ〜10-14（Ωcm）-1で厚さは100Å程度
とする。高抵抗a-Si:H膜22はσＤ〜10-12（Ωcm）-1で
光電変換に必要な十分な厚さとする。可視光に十分な光
感度を持つためには0.5μｍ以上の膜厚が必要である。
ｐ型a-SiC:H膜23は約200Å程度とする。この様に形成さ
れた光導電体膜２上に透明電極24が例えばITO（Indium
Tin Oxide）により形成されている。第１図には示して
いないがダミー電極20上の光導電体膜２及び透明電極24
の一部がエッチングにより除去されダミー電極露出部を
通して外部よりダミー電極20に所望の電圧が印加され
る。
ップ基板上に光導電体膜２が積層形成されている。光導
電体膜２は、正孔注入阻止層としてのｉ型のa-SiC:H
（水素化アモルファスシリコン・カーバイド）膜21、主
として光電変換が行なわれる高抵抗のa-Si:H膜22、およ
び電子注入阻止層となるｐ型a-SiC:H膜23の３層構造か
らなる。これらの膜はSiH4ガスを主成分とするガスのグ
ロー放電分解法により形成される。a-SiC:H膜21は室温
での暗導電率σＤ〜10-14（Ωcm）-1で厚さは100Å程度
とする。高抵抗a-Si:H膜22はσＤ〜10-12（Ωcm）-1で
光電変換に必要な十分な厚さとする。可視光に十分な光
感度を持つためには0.5μｍ以上の膜厚が必要である。
ｐ型a-SiC:H膜23は約200Å程度とする。この様に形成さ
れた光導電体膜２上に透明電極24が例えばITO（Indium
Tin Oxide）により形成されている。第１図には示して
いないがダミー電極20上の光導電体膜２及び透明電極24
の一部がエッチングにより除去されダミー電極露出部を
通して外部よりダミー電極20に所望の電圧が印加され
る。
この実施例の撮像装置の光感度の測定を行った。CCD
撮像素子チップは20万画素、2/3吋サイズのものであ
る。撮像装置の受光面の照度が1.5ルクスとなるように
白色光を入射した。光導電体膜２で光電変換され蓄積ダ
イオード13に蓄積された電荷担体は転送ゲート161に印
加される読み出しパルス電圧によって垂直CCD14に移さ
れる。従って蓄積ダイオード13と電気的につながってい
る画素電極19の電位は転送ゲート161に印加される読み
出しパルス電圧の電位に等しくなる。この読み出しパル
スを＋5Vに、透明電極24をグランドにシヨートして測定
した。従って画素電極20と透明電極24の間に印加された
電圧は5Vである。次表にダミー電極20に画素電極19と等
しい5Vの電圧を加えた場合の光感度の測定の結果を次表
に示す。結果は端部の画素からの出力電圧V1を端部から
10画素めの画素の信号電圧V2で割り算して示した。
撮像素子チップは20万画素、2/3吋サイズのものであ
る。撮像装置の受光面の照度が1.5ルクスとなるように
白色光を入射した。光導電体膜２で光電変換され蓄積ダ
イオード13に蓄積された電荷担体は転送ゲート161に印
加される読み出しパルス電圧によって垂直CCD14に移さ
れる。従って蓄積ダイオード13と電気的につながってい
る画素電極19の電位は転送ゲート161に印加される読み
出しパルス電圧の電位に等しくなる。この読み出しパル
スを＋5Vに、透明電極24をグランドにシヨートして測定
した。従って画素電極20と透明電極24の間に印加された
電圧は5Vである。次表にダミー電極20に画素電極19と等
しい5Vの電圧を加えた場合の光感度の測定の結果を次表
に示す。結果は端部の画素からの出力電圧V1を端部から
10画素めの画素の信号電圧V2で割り算して示した。
またダミー電極のない従来の積層型固体撮像装置の場
合の結果を参考のためあわせて示した。この積層型固体
撮像装置はダミー電極を形成していない点以外は実施例
とまったく同じ構造の積層型固体撮像装置である。ダミ
ー電極のない従来例では端部の画素の信号電圧が他の画
素に比べて大きくなっている事がわかる。これは端部の
画素電極19の外側の領域Ａに入射して生成した電子が端
部の隣接する画素電極19に流れ込むためである。ダミー
電極を設けた実施例の場合ではダミー電極20と透明電極
24の間にある垂直方向の電界によって領域Ａで生成した
電子がダミー電極20に流れ込み、余計な電子が端部の画
素電極19に流れ込む事が防がれる。従って端部の画素の
出力信号電圧が他の部分の画素と等しくなる事がわか
る。また強い光を入射した場合に画素配列の端部でのブ
ルーミングが抑制される事を確認した。
合の結果を参考のためあわせて示した。この積層型固体
撮像装置はダミー電極を形成していない点以外は実施例
とまったく同じ構造の積層型固体撮像装置である。ダミ
ー電極のない従来例では端部の画素の信号電圧が他の画
素に比べて大きくなっている事がわかる。これは端部の
画素電極19の外側の領域Ａに入射して生成した電子が端
部の隣接する画素電極19に流れ込むためである。ダミー
電極を設けた実施例の場合ではダミー電極20と透明電極
24の間にある垂直方向の電界によって領域Ａで生成した
電子がダミー電極20に流れ込み、余計な電子が端部の画
素電極19に流れ込む事が防がれる。従って端部の画素の
出力信号電圧が他の部分の画素と等しくなる事がわか
る。また強い光を入射した場合に画素配列の端部でのブ
ルーミングが抑制される事を確認した。
以上の結果から明らかなように、画素配列の端部の画
素に隣接したダミー電極を形成した積層型固体撮像装置
では、画素配列の端部の画素からの出力信号を有効に映
像信号として利用する事ができる。
素に隣接したダミー電極を形成した積層型固体撮像装置
では、画素配列の端部の画素からの出力信号を有効に映
像信号として利用する事ができる。
第２図は他の実施例の積層型固体撮像装置である。第
１図と対応する部分には第１図と同一符号を付して詳細
な説明は省略する。第１図と異なる点はSiウエハのｐウ
エルにn+型層のドレイン部26を形成しこのドレイン部26
上にダミー電極20と電気的につながる多結晶シリコン電
極25を形成した事である。この実施例ではダミー電極20
の電位をドレイン部26に印加する電圧により第１図と同
じく制御するものであり、先の実施例と同様な効果が得
られる。
１図と対応する部分には第１図と同一符号を付して詳細
な説明は省略する。第１図と異なる点はSiウエハのｐウ
エルにn+型層のドレイン部26を形成しこのドレイン部26
上にダミー電極20と電気的につながる多結晶シリコン電
極25を形成した事である。この実施例ではダミー電極20
の電位をドレイン部26に印加する電圧により第１図と同
じく制御するものであり、先の実施例と同様な効果が得
られる。
なお実施例では、CCD撮像素子を用いたが、MOS型やBB
D型撮像素子チップを電荷転送部として用い、これに光
導体膜を積層する積層型固体撮像装置の場合にも、本発
明を同様に適用する事ができる。
D型撮像素子チップを電荷転送部として用い、これに光
導体膜を積層する積層型固体撮像装置の場合にも、本発
明を同様に適用する事ができる。
以上述べたように本発明によれば画素配列の端部の画
素の画素電極に隣接してダミー電極を設け、このダミー
電極の電位を制御する事で、端部の画素でも一様な光感
度が得られ、端部の画素の出力信号をも有効に利用する
積層型固体撮像装置が得られる。
素の画素電極に隣接してダミー電極を設け、このダミー
電極の電位を制御する事で、端部の画素でも一様な光感
度が得られ、端部の画素の出力信号をも有効に利用する
積層型固体撮像装置が得られる。
第１図は本発明の一実施例の積層型固体撮像装置を示す
図、第２図は他の実施例の積層型固体撮像装置を示す図
である。図において、 １……CCD撮像素子チップ、２……光導電体膜、11……p
+型Si基板、12……ｐウエル、13……蓄積ダイオード、1
4……垂直CCD、15……p+型層、161,162……転送ゲー
ト、17……n+型多結晶シリコン電極、181,182……層間
絶縁膜、19……画素電極、20……ダミー電極、21……ｉ
型a-SiC:H膜、22……ｉ型a-Si:H膜、23……ｐ型a-SiC:H
膜、24……透明電極、25……n+型多結晶シリコン電極、
26……n+型ドレイン部、27……入射光、ａ……端部の画
素電極19とダミー電極20の間の距離、ｂ……各画素電極
19の間の距離、Ａ……画素配列の外側の領域。
図、第２図は他の実施例の積層型固体撮像装置を示す図
である。図において、 １……CCD撮像素子チップ、２……光導電体膜、11……p
+型Si基板、12……ｐウエル、13……蓄積ダイオード、1
4……垂直CCD、15……p+型層、161,162……転送ゲー
ト、17……n+型多結晶シリコン電極、181,182……層間
絶縁膜、19……画素電極、20……ダミー電極、21……ｉ
型a-SiC:H膜、22……ｉ型a-Si:H膜、23……ｐ型a-SiC:H
膜、24……透明電極、25……n+型多結晶シリコン電極、
26……n+型ドレイン部、27……入射光、ａ……端部の画
素電極19とダミー電極20の間の距離、ｂ……各画素電極
19の間の距離、Ａ……画素配列の外側の領域。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板に信号電荷蓄積ダイオードの配
列と信号電荷読み出し部の配列が形成され、最上部に前
記信号電荷蓄積ダイオードと電気的に接続された画素電
極の配列が形成された固体撮像素子チップ上に光電変換
部として光導電体膜が積層された固体撮像装置におい
て、前記画素電極の配列の端部の画素電極に隣接してダ
ミー電極が形成され、前記光導電体膜で発生した信号電
荷のうち、前記ダミー電極に流れ込んだ信号電荷を排出
することを特徴とする積層型固体撮像装置。 - 【請求項２】前記半導体基板に拡散領域からなるドレイ
ン部が形成され、このドレイン部が前記ダミー電極と電
気的に接続されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の積層型固体撮像装置。 - 【請求項３】前記信号電荷蓄積ダイオードと前記信号電
荷蓄積ダイオードと電気的に接続された前記画素電極と
が２次元に配列されたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の積層型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61308282A JP2509592B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 積層型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61308282A JP2509592B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 積層型固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63164270A JPS63164270A (ja) | 1988-07-07 |
| JP2509592B2 true JP2509592B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17979155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61308282A Expired - Fee Related JP2509592B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 積層型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509592B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6545711B1 (en) * | 1998-11-02 | 2003-04-08 | Agilent Technologies, Inc. | Photo diode pixel sensor array having a guard ring |
| JP4130211B2 (ja) * | 2006-05-31 | 2008-08-06 | 三洋電機株式会社 | 撮像装置 |
| JP5927483B2 (ja) * | 2011-10-12 | 2016-06-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP7134911B2 (ja) * | 2019-04-22 | 2022-09-12 | キヤノン株式会社 | 固体撮像素子および撮像システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5387619A (en) * | 1977-01-13 | 1978-08-02 | Toshiba Corp | Solid pickup unit |
| JPS6149569A (ja) * | 1984-08-17 | 1986-03-11 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPS61127165A (ja) * | 1984-11-24 | 1986-06-14 | Sharp Corp | 半導体装置 |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP61308282A patent/JP2509592B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63164270A (ja) | 1988-07-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |