JPS6316659A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置に関し、特に相補型ＭＯ３集積回
路技術により製造した固体撮像装置に関する。

（従来技術） 従来、電荷結合素子を用いた固体撮像装置（以下、ＣＣ
Ｄ固体撮像装置という）やＭＯ３型固体撮像装置などの
各種固体撮像装置は、ｎチャンネルＭＯ３（以下、ｎＭ
Ｏ３という）集積回路技術の製造プロセスにより設計さ
れるものが多い。

この理由は、飛曜的に進歩したｎＭＯ３集積回路技術を
有効利用したことや、この技術によれば高解度及び高感
度の画素を比較的容易に設計できることによる。

しかしながら、かかる固体撮像装置にあっては、各画素
を構成するフォトダイオード等の光電変換素子が配列さ
れた感光領域と、各光電変換素子に発生した映像信号を
外部に読み出すための水平及び垂直走査用シフトレジス
タ等が同一の半導体チップ内に一体形成されるものの、
周辺回路即ち該シフトレジスタのクロック信号を発生す
る発振回路や、読み出された映像信号に基づいて補正処
理や色信号分離等を行なう処理回路等を感光領域と共に
一体形成することが困難であった。

この理由は、光電変換素子の光電変換特性を最適とする
ための製造パラメータ例えば半導体基板の不純物濃度や
光電変換素子のＰＮ接合の深さ等が、特性の良い論理回
路を形成するのには適さないからである。即ち、光電変
換特性の向上を図っても、その製造パラメータで周辺回
路を設計すると、ノイズマージンが低かったり、消費電
力が多くなる等の問題を生ずる。

したがって、感光領域を備える固体撮像装置と周辺回路
とは別個の製造パラメータによる個々の集積回路装置と
して製造して、電気回路基板上で相互配線する必要があ
るため、カメラ等の電気機器の小形化を妨げていた。

更に、感光領域を備えた固体撮像装置がｎＭ。

Ｓ集積回路技術によって製造されるのに対し、周辺回路
は、低消費電力で広い動作電圧範囲を有し且つ高いノイ
ズマージン等を得ることができる相補型ＭＯ３（以下、
ＣｕＯ２という）集積回路技術で製造される場合が多く
、このため、固体撮像装置と周辺回路との相互間の整合
をとる必要があり不便であった。

そこで、ＣＭＯ３集積回路技術により、感光領域と周辺
回路を同一半導体チップに一体形成した固体撮像装置の
提案がなされている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ＣＭＯ３集積回路技術による従来の固体
逼像ｇ　Ｍにあっては次のような問題点がある。

前記したように、光電変換特性の良否は半導体基板の不
純物濃度や画素を構成するフォトダイオード等の光電変
換素子のＰＮ接合の深さ等の製造パラメータによって決
まるが、ＣＭＯ３集積回路技術により製造される固体撮
像装置であっても、最適な光電変換特性を得るためには
、半導体基板の不純物濃度を通常のＣＭＯ３集積回路技
術で利用される場合より約１桁低くする必要がある。周
知のように、通常のＣＭＯ３集積回路技術では、寄生の
サイリスク構造によるラッチアップ現象の発生を防止す
るため、半導体基板の不純物濃度を高くしているが、上
記のように光電変換特性の向上を図ると、ラッチアップ
現象を容易に発生させて内部素子の破壊を招来すること
となる。

又、光電変換素子のＰＮ接合の深さは、色感度例えば青
色に対する感度等を考慮するために、通常のＣＭＯ３集
積回路の場合より浅くしてあり、周辺回路を構成するた
めの論理回路の設計には適さない。

このように、光電変換特性に適した製造パラメータと、
周辺回路に適した製造パラメータとが相反する関係にあ
ることから、ＣＭＯ３集積回路技術による特性の良い固
体撮像装置の製造が困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり
、適宜の製造パラメータに基づ＜　ＣＭＯ３集積回路技
術（例えば通常のＣＭＯ３論理回路等を設計するのに用
いられているＣＭＯ３集積回路技術を含む）により、感
光領域と周辺回路を同一半導体チップに一体形成するこ
とのできる固体撮像装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、適宜の製造パラメー
タに基づくＣＭＯＳ集積回路技術により、画素毎に対応
した複数の電荷蓄積部及び該を荷蓄積部に蓄積された信
号を外部へ転送する転送部を有する感光領域と、周辺回
路とを同一半導体基板に一体形成すると共に、該感光領
域の表面には各電荷蓄積部に電気的に接続する光導電体
薄膜を形成し、該光導電体薄膜の光電変換作用で発生し
た映像信号を各電荷蓄積部で受けることより、従来のよ
うな半導体基板内に形成された光電変換素子による光を
変換を行なわせないようにしてＣＭＯ８集積回路技術を
用いた感光領域と周辺回路との一体化を可能にしたこと
を技術的要点とする。

（実施例） 以下、本発明による固体撮像装置の一実施例を図面と共
に説明する。第１図は半導体チップに形成される回路等
の配置を示す構成図、第２図は第１図のｘ−Ｘ線におけ
る断面構造を概略的に示す断面図である。

半導体チップ１の周側端には複数のボンディングパソド
２が形成され、その内側には周辺回路３、水平走査用シ
フトレジスタ４及び垂直走査用シフトレジスタ５、更に
中央部分には複数の画素を有する感光領域６が形成され
ている。

第２図に示すように、ｎ形半導体基板７に形成されたＰ
膨拡散層（Ｐ−ｗｅｌｌ）８の表面部９に、画素を構成
するｎチャ、ンネルＭＯ３）ランジスタがマトリックス
状に形成され、このＰ膨拡散層８の範囲が感光領域６に
相当する。

Ｐ膨拡散層８の周囲にも、水平及び垂直走査用シフトレ
ジスタ４，５と周辺回路３の論理回路等を形成するため
のＰ膨拡散層１０．１１が形成されている。即ち、該Ｐ
膨拡散層１０．１１には相補構成をしたＣＭＯＳ　）ラ
ンジスタのうちのｎチャンネルＭＯ３Ｉ−ランジスタ等
が形成され、他方のｐチャンネルＭＯ３）ランジスタは
ｎ形半導体基板７の適宜の部分に形成されている。

ｎ形半導体基板７及びＰ形拡散Ｊｉ９，１０．１１の上
面には、アモルファスシリコン等より成る光導電体薄膜
１４、透明電極層１５、カラーフィルタ６、アルミニウ
ム膜から成る遮光層１７と透明なガラス層１８が積層さ
れている。遮光Ｆｉ１７は感光領域６を除く周辺の回路
への光の入射を阻止するために設けられている。

次に、感光領域６の断面構造を第３図と共に更に詳しく
説明する。尚、第２図と同一部分については同一符号を
用いて説明する。ｎ形半導体基板７に形成されたＰ膨拡
散層（Ｐ−ｗｅｌｌ）８の表面部には、各画素に対応す
るｎチャンネルＭＯＳトランジスタ１９が形成されてい
る。即ち、単画素毎に１対のｎ゛形領領域２０２１と、
該ｎ゛形領領域０、２１間にチャンネルを形成するため
のゲート電極２２が設けられ、更に一方のｎ゛形領領域
２０深部にＰ゛形領領域２３設けられ蓄積ダイオードを
形成している　ｎ　＋影領域２０が後述する映像信号を
蓄積するためのソース、ｎ゛形領領域２１出力側のドレ
インに相当し、それぞれのｎ°形領領域２１接続された
信号続出線２４を介して感光領域６の外に映像信号を出
力する。それぞれのゲート電極２２は水平走査用シフト
レジスタ４の各出力端子に接続されている。

Ｐ゛形領領域２０、各画素毎に一定の面積を有し且つ隣
りとは接触しないアルミニウムの金属電極膜２５が導電
端子２６を介して接続されている。

金属電極膜２５の上面にはアモルファスシリコン等の光
導電体薄膜１４が設けられ、更に、透明電極層１５、レ
ジン２７、カラーフィルタ１６及びガラス層１８が積層
されている。

カラーフィルタ１６は例えば３原色又は補色のモザイク
状カラーフィルタが用いられ、各カラーピクセル１６ａ
、１６ｂ等は金属電極膜２５と相互に整合するようにほ
ぼ同一面積が形成されている。

かかる構造の固体撮像装置はいわゆるＣＭＯＳ論理回路
等の設計に用いられる通常のＣＭＯＳ集積回路技術によ
る製造パラメータが適用されるので、周辺回路３及び水
平、垂直用シフトレジスタ４．５には特性の良好な素子
が形成される。また、感光領域６の画素に相当するｎチ
ャンネルＭＯＳトランジスタ１９も同じ製造パラメータ
が適用されることは言うまでもない。

次に、かかる固体撮像装置の作動を説明する。

被写体からの入射光がガラス１Ｊ１８、カラーフィルタ
１６、レジン２７、透明電極１５を介して光導電体薄膜
１４に照射されると、カラーフィルタ１６の各色に対応
した電流が発生し、特定の金属電極膜２５と導電端子２
６を介して特定のｎチャンネルＭＯＳ）ランジスタのｎ
０形領域２０に流入する。

該ｎ′″形領域２０の各画素に対応する信号は、水平走
査用シフトレジスタ４からの走査信号によりゲート電極
１９の下に形成されるチャンネルを介して他方のｎ°形
領領域２１移動され、信号読出１２４により周辺回路３
へ転送される。

このように、この実施例によれば、感光領域に設けた光
導電体薄膜により光電変換を行なわせるので、強照度の
入射光があっても半導体基板への大電流の流入はなく、
ラッチアップ現象の発生を防止することができる。また
、感光領域内に形成される画素に対応するＭＯＳ）ラン
ジスタは光電変換を行なわないので、ＰＮ接合の深さを
色感度に合わせる必要がないことから通常の製造パラメ
−夕に基づくＣＭＯＳ集積回路技術による設計を行なう
ことができる。更に、光導電体薄膜は優れた色感度特性
を有しているので、良好な色感度を得ることができる。

更に又、感光領域を除く部分には遮光層が形成されてい
るので、外部からの入射光による周辺回路等の誤動作や
ランチアップ現象の発生を阻止することができる。

次に、他の実施例を第４図に基づいて説明する。

これは、ＣＭＯ３集積回路技術に基づいて電荷結合形素
子（ＣＯＤ）を形成したものである。

即ち、ｎ形半導体基板２８に形成されたＰ膨拡散層（Ｐ
−ｗｅｌｌ）２９の表面部には、各画素に対応する蓄積
ダイオード３０を形成するためのｎ゛・影領域３１が形
成されると共に、電荷転送を行なうための垂直ＣＯＤを
構成するｎ゛形領領域３２形成され、ｎ゛°形領域３１
に結合するｎ゛形領領域３３ｎ゛形領領域３２の間に設
けられた転送ゲート電極３４゜３５によって転送ゲート
３６が形成されている。更に、ｎ゛形領領域３２ｎ″０
形領域３１の外側には隣りの画素との間での電荷の洩れ
を防止するためのストッパーとなるＰ°形領領域形成さ
れている。

蓄積ダイオード３０は、各画素毎に一定の面積を有し且
つ隣りとは接触しないアルミニウムの金属電極膜３６が
導電端子３７を介して接続され、金属電極膜３６の上面
には、アモルファスシリコン等の光導電体薄膜３８、透
明電極層３９、レジン４０、カラーフィルタ４１及び透
明のガラス層４２が順次に積層されている。

カラーフィルタ４１はモザイクフィルタ等が用いられ、
各カラーピクセルは金属電極膜３６と相互に整合するよ
うにほぼ同一面積で形成されている。

次にかかる固体撮像装置の作動を説明する。

被写体からの入射光は光導電体薄膜３Ｂで光電変換され
、導電端子３７を介して蓄積ダイオード３０に流入する
。蓄積ダイオード３０に蓄積された信号は、転送ゲート
電極３４．３５に印加される転送りロック信号により形
成される転送チャンネルを通ってＣＣＤシフトレジスタ
側のｎ０形領域３２へ移され、感光領域の外部へ転送さ
れる。この実施例においても、感光領域の他にＣＭＯ３
集積回路技術によって形成される周辺回路が一体形成゛
されている。

尚、上記２実施例では、ｎ形半導体基板を用いているが
、本発明はＰ形半導体基板を用いる場合について適用す
ることができることは言うまでもない。

、（発明の効果） 以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、
感光領域における光電変換作用を光導電体薄膜にて行な
わせ、該光導電体薄膜で発生された各画素に対応した信
号をＣＭＯ３集積回路技術により設計されたＭＯ３Ｉ−
ランジスタやＣＯＤシフトレジスタ等の読出し手段にて
読み出すようにしたので、適宜の製造パラメータに基づ
＜　ＣＭＯ８集積回路技術によってもラッチアンプ現象
や光電変換特性の低下等を防止して感光領域と周辺回路
とを同一の半導体チップ内に一体形成することができて
固体撮像装置のワンチップ化が可能となる。

また、該一体形成が可能となることにより、各回路間で
の整合性が良好となるので、特性の向上を図ることがで
きる。更に、ＣＭＯ３集積回路技術の長所を生かして省
電力、高ノイスマージンの固体撮像装置を提供すること
ができる。

【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一実施例における
各回路の配置を示す構成図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線
断面の構造を概略的に示した断面構造図、第３図は第２
図の断面構造をより拡大して示１した要部断面構造図、
第４図は他の実施例における感光領域の要部を拡大して
示した要部断面構造図である。 １：半導体チップ ２：ボンディングパッド ３：周辺回路 ４：水平走査用シフトレジスタ ５：垂直走査用シフトレジスタ ６：感光領域 １．２８：ｎ形半導体基板 ８　ｔ’　ｔｏ、　ｔｔ、　２９　：　Ｐ膨拡散層９、
１２．１３：表面部 １４．３８：光導電体薄膜 １５．３９：透明電極層 １ｓ、４ｔ：カラーフィルタ １７：遮光層 １Ｂ、４２ニガラス層 １９：ｎチャンネルＭＯ３）ランジスタ２０、２１．３
２．３３　：　ｎ”影領域２２、３４．３５　：転送ゲ
ート電極 ２３：Ｐ”影領域 ２４．２６７導電端子 ２５．３６：金属電極膜 ３０：蓄積ダイオード 第　　３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 適宜の製造パラメータに基づくＣＭＯＳ集積回路技術に
   より、画素毎に対応した複数の電荷蓄積部及び該電荷蓄
   積部に蓄積された信号を外部へ転送する転送部を有する
   感光領域と、該感光領域より読出された信号を処理する
   周辺回路とを同一半導体基板に一体形成すると共に、該
   感光領域の表面に各電荷蓄積部に電気的に接続する光導
   電体薄膜を形成したことを特徴とする固体撮像装置。