JPS63185058A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPS63185058A JPS63185058A JP62016064A JP1606487A JPS63185058A JP S63185058 A JPS63185058 A JP S63185058A JP 62016064 A JP62016064 A JP 62016064A JP 1606487 A JP1606487 A JP 1606487A JP S63185058 A JPS63185058 A JP S63185058A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode
- solid
- optical
- optical black
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
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〕
本発明は半導体基板上に光電変換素子および光電変換素
子の蓄積した光信号を取出すための電荷移送素子あるい
は走査回路を搭載した固体撮像素子に関するものである
。
子の蓄積した光信号を取出すための電荷移送素子あるい
は走査回路を搭載した固体撮像素子に関するものである
。
固体撮像素子は、テレビジョン放送で従来よシ使用され
ている撮像用電子管と同等以上の解像力を備えているこ
とが必要である。このため、半導体基板上には、垂直方
向に５００個、水平方向に８００〜１０００個を配列し
た絵素（光電変換素子）マトリックスとそれに相当する
走査素子が必要となる。したがって、上記固体撮像素子
は高集積化が可能なＭＯ８大規模集積回路技術を用いて
作られる。固体撮像素子の有力な担手としてＣＣＤＣ連
形素子とＭＯａ形撮像素子の２つを挙げることができる
。
ている撮像用電子管と同等以上の解像力を備えているこ
とが必要である。このため、半導体基板上には、垂直方
向に５００個、水平方向に８００〜１０００個を配列し
た絵素（光電変換素子）マトリックスとそれに相当する
走査素子が必要となる。したがって、上記固体撮像素子
は高集積化が可能なＭＯ８大規模集積回路技術を用いて
作られる。固体撮像素子の有力な担手としてＣＣＤＣ連
形素子とＭＯａ形撮像素子の２つを挙げることができる
。
第２図はＣＣＤＣ連形素子の構成の一例を示す図である
（この形の素子は１例えはテレビジョン学会１９８０年
金国大会予稿集、ｐ３３〜３４に記載されている）。
（この形の素子は１例えはテレビジョン学会１９８０年
金国大会予稿集、ｐ３３〜３４に記載されている）。
第２図において、１は例えば光ダイオードから成る光電
変換素子、２および３は光電変換素子群に蓄積された光
信号を信号検出回路４−１の出力端４−２に取９出すた
めの垂直ＣＯＤシフトレジスタおよび水平ＣＯＤシフト
レジスタ、５−１゜５−２．６−１． ６−２はそれぞ
れ垂直ＣＯＤシフトＶジスタ２．水平ＣＣＤシフトＶジ
スタ３を駆動するクロックパルスを発生する発生器であ
る。
変換素子、２および３は光電変換素子群に蓄積された光
信号を信号検出回路４−１の出力端４−２に取９出すた
めの垂直ＣＯＤシフトレジスタおよび水平ＣＯＤシフト
レジスタ、５−１゜５−２．６−１． ６−２はそれぞ
れ垂直ＣＯＤシフトＶジスタ２．水平ＣＣＤシフトＶジ
スタ３を駆動するクロックパルスを発生する発生器であ
る。
ここでは、２相のクロックパルス発生器を示しているが
、４相ないし３相のいずれのクロック形態を採用しても
よい。また７は光ダイオードに蓄積された電荷を垂直シ
フトレジスタ２に送り込む転送ゲートを示している。８
はオプティカルブラックと称する領域で、通常光ダイオ
ード１と同一、或は殆んど同じ構造をしたダイオード１
′が配置しであるが、ダイオード１′の上部にはしや光
膜９が形成されている。このオプティカルブラックは光
信号の基準レベル（一般にクランプレベルと称されてい
る）を定めるためのもので、上記の例の様に左側の隅に
設けられる場合、右側の隅に設ける場合、上側の隅に設
けられる場合、或は下側の隅（垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤ
の間の領域）等、カメラ側の仕様に応じて配置する場所
が定められる。また、オプティカルブラック領域８には
クランプレベルに誤差が発生するのを防ぐため一般に１
０〜２０個のダイオードが配置される。
、４相ないし３相のいずれのクロック形態を採用しても
よい。また７は光ダイオードに蓄積された電荷を垂直シ
フトレジスタ２に送り込む転送ゲートを示している。８
はオプティカルブラックと称する領域で、通常光ダイオ
ード１と同一、或は殆んど同じ構造をしたダイオード１
′が配置しであるが、ダイオード１′の上部にはしや光
膜９が形成されている。このオプティカルブラックは光
信号の基準レベル（一般にクランプレベルと称されてい
る）を定めるためのもので、上記の例の様に左側の隅に
設けられる場合、右側の隅に設ける場合、上側の隅に設
けられる場合、或は下側の隅（垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤ
の間の領域）等、カメラ側の仕様に応じて配置する場所
が定められる。また、オプティカルブラック領域８には
クランプレベルに誤差が発生するのを防ぐため一般に１
０〜２０個のダイオードが配置される。
固体撮像索子は衆知のように小型、軽量、メインテナン
スフリー、低消費電力など電子管に較べて固体化に伴う
多くの利点を有しており、将来を期待されている。
スフリー、低消費電力など電子管に較べて固体化に伴う
多くの利点を有しており、将来を期待されている。
しかし乍ら、従来素子は未だオプティカルブラック領域
のしゃ光能力が十分でなく、このため入射光の一部がダ
イオード或は垂直ＣＣＤまで漏洩し、基準として用いる
クランプレベルが暗状態のレベルよシ浮いてしまうとい
う問題が生じている。
のしゃ光能力が十分でなく、このため入射光の一部がダ
イオード或は垂直ＣＣＤまで漏洩し、基準として用いる
クランプレベルが暗状態のレベルよシ浮いてしまうとい
う問題が生じている。
しや光能力が低い原因を第３図を用いて説明する。
１０は例えばｐ型の半導体基板、１１は例えばｎ型の不
純物層であり、基板との間に光ダイオード１を形成する
。１２は垂直ＣＯＤを構成する埋め込みチャンネル用の
不純物層（チャンネルを表面型にする場合はこの層は不
要）、１３−１．１３−２はＣＣＤを構成するゲート電
極であり１例えば多結晶シリコン？用いて形成する。１
４はＣＯＤを構成するゲート酸化膜、１５−１．１５−
２は素子間電極層間の絶縁分離を行う酸化膜である。
純物層であり、基板との間に光ダイオード１を形成する
。１２は垂直ＣＯＤを構成する埋め込みチャンネル用の
不純物層（チャンネルを表面型にする場合はこの層は不
要）、１３−１．１３−２はＣＣＤを構成するゲート電
極であり１例えば多結晶シリコン？用いて形成する。１
４はＣＯＤを構成するゲート酸化膜、１５−１．１５−
２は素子間電極層間の絶縁分離を行う酸化膜である。
１６はオプティカルブラック領域を構成するしや光膜（
例えばＡｔのような不透明な金属の膜を用いて形成する
）である。このしや光膜は半導体基板側へ光が漏洩しな
いように膜厚を十分な厚さに設定するが、基板表面に酸
化膜、ゲート電極あるいは配線等によって形成された凹
凸のために１段差の急峻な領域（例えば１７−１．１７
−２）ではしや光膜のつきかたが薄くなりじゃ光能力が
極めて低下する。このようにしや光膜の薄くなった領域
を通して光１８−１が基板側へ漏洩するのである。一方
、領域１７−３ではしや光膜が十分厚いので基板側へ光
が漏洩することはなく、この領域ではしや光膜は本来の
オプティカルブラックの役割を果している。
例えばＡｔのような不透明な金属の膜を用いて形成する
）である。このしや光膜は半導体基板側へ光が漏洩しな
いように膜厚を十分な厚さに設定するが、基板表面に酸
化膜、ゲート電極あるいは配線等によって形成された凹
凸のために１段差の急峻な領域（例えば１７−１．１７
−２）ではしや光膜のつきかたが薄くなりじゃ光能力が
極めて低下する。このようにしや光膜の薄くなった領域
を通して光１８−１が基板側へ漏洩するのである。一方
、領域１７−３ではしや光膜が十分厚いので基板側へ光
が漏洩することはなく、この領域ではしや光膜は本来の
オプティカルブラックの役割を果している。
第４図は光ダイオード領域を構成する画素の構造を示す
図であり、第３図に示したオプティカルブラック領域と
構造の比較をするために掲載した図である。第４図が第
３図と異なる点は光ダイオード１の上部にはしや光膜１
６が設けられていない点である。領域１７−１．１７−
２の部分では同図（ａ）の場合と同様、段差によりしや
光膜が薄くなるが、この領域は本来光電変換領域であり
、入射光を電気に変換するための領域なので光の漏洩は
問題にならない。但し、垂直ＣＯＤへ光が漏洩するとス
メアという元部信号を発生するので、垂直ＣＯＤの上部
にけしや光膜１６′が設けられている。
図であり、第３図に示したオプティカルブラック領域と
構造の比較をするために掲載した図である。第４図が第
３図と異なる点は光ダイオード１の上部にはしや光膜１
６が設けられていない点である。領域１７−１．１７−
２の部分では同図（ａ）の場合と同様、段差によりしや
光膜が薄くなるが、この領域は本来光電変換領域であり
、入射光を電気に変換するための領域なので光の漏洩は
問題にならない。但し、垂直ＣＯＤへ光が漏洩するとス
メアという元部信号を発生するので、垂直ＣＯＤの上部
にけしや光膜１６′が設けられている。
しや光能力を向上するためには、前述の光の漏洩を防止
することが必須の課題となる。この課題を達成する手段
として、しや光膜がどの領域においても均一な庫みをも
ってつくように、基板表面を出米得る限り平坦な構造に
することが考えられる。
することが必須の課題となる。この課題を達成する手段
として、しや光膜がどの領域においても均一な庫みをも
ってつくように、基板表面を出米得る限り平坦な構造に
することが考えられる。
本発明は上記の概念に基づいて、オプティカルブラック
領域を構成するダイオードの構造を工夫し九もので、具
体的にはダイオードの上部にダミーの物質１例えばゲー
ト電極に用いる多結晶シリコン或は配線用の金属等素子
を製作してゆく段階で使われる材料をダイオードの上部
にも形成し、ダイオード領域に凹部ができるのを防止す
るようにしたものである（ここで、ダミー物質とはオプ
ティカルブラック用ダイオードの形成にとっては本来不
必要な材料であり特性上例の機能も果さないが、平坦化
の為にダイオード上に設ける物質のことを指している）
。
領域を構成するダイオードの構造を工夫し九もので、具
体的にはダイオードの上部にダミーの物質１例えばゲー
ト電極に用いる多結晶シリコン或は配線用の金属等素子
を製作してゆく段階で使われる材料をダイオードの上部
にも形成し、ダイオード領域に凹部ができるのを防止す
るようにしたものである（ここで、ダミー物質とはオプ
ティカルブラック用ダイオードの形成にとっては本来不
必要な材料であり特性上例の機能も果さないが、平坦化
の為にダイオード上に設ける物質のことを指している）
。
以下１本発明を実施例の図を用いて詳細に説明する。第
１図は本発明の骨子となるオプティカルブラック領域ダ
イオードの構成を示したものである。１９−１（一点鎖
線）は垂直ＣＣＤｔ−構成するチャンネル領域、１３−
１（実線）および１３−２（点線）は垂直ＣＯＤを構成
するゲート電極領域、１９−２は各段垂直ＣＯＤのゲー
ト電極をつなぐ配線領域、１′はダイオード領域、７は
転送ゲート領域を示している。ここで、２０はダイオー
ド上に生ずる凹部を埋めるために設けたダミーパターン
層、１６はオプティカルブラック領域を形成するために
ダイオード領域、ＣＯＤ領域等の上部を覆うように設け
たしや光膜領域を示している。第１図（ｂ）は第１図（
ａ）に示した平面構成の断面構造を示している。２０−
１．２０−２はダミーパターンであり、本実施例におい
てはゲート電極１３−１．１３−２と同一の材料を用い
て２層重ね合せる形で構成している。このように、ダミ
ー パターンにゲート電極と同じ材料を用いる場合、ゲ
ート電極と同一工程で簡単に製作できるという利点があ
る。勿論、ゲート電極と同一の材料にする必要はなく、
他の配線用材料（多結晶シリコン。
１図は本発明の骨子となるオプティカルブラック領域ダ
イオードの構成を示したものである。１９−１（一点鎖
線）は垂直ＣＣＤｔ−構成するチャンネル領域、１３−
１（実線）および１３−２（点線）は垂直ＣＯＤを構成
するゲート電極領域、１９−２は各段垂直ＣＯＤのゲー
ト電極をつなぐ配線領域、１′はダイオード領域、７は
転送ゲート領域を示している。ここで、２０はダイオー
ド上に生ずる凹部を埋めるために設けたダミーパターン
層、１６はオプティカルブラック領域を形成するために
ダイオード領域、ＣＯＤ領域等の上部を覆うように設け
たしや光膜領域を示している。第１図（ｂ）は第１図（
ａ）に示した平面構成の断面構造を示している。２０−
１．２０−２はダミーパターンであり、本実施例におい
てはゲート電極１３−１．１３−２と同一の材料を用い
て２層重ね合せる形で構成している。このように、ダミ
ー パターンにゲート電極と同じ材料を用いる場合、ゲ
ート電極と同一工程で簡単に製作できるという利点があ
る。勿論、ゲート電極と同一の材料にする必要はなく、
他の配線用材料（多結晶シリコン。
金属等）を利用してもよいし、この様に２層の重ね合せ
構造ではなく、１層構造で形成するようにしてもよい。
構造ではなく、１層構造で形成するようにしてもよい。
このダミーパターンの存在により、ダイオード上の凹部
（段差）を著しく低減することが町・能となる。例えば
１．５μｍ程度の段差はこのダミーパターンを設けるこ
とにより０．５μｍ以下に抑えることが可能となる。し
たがって、ダイオード上に形成するしや光膜を均一につ
けることができるようになり（すなわち１段差部で膜厚
が薄くなるのを防止することができ）、シや光能力を向
上することができる。第５図は比較の為に掲載した光電
変換領域を形成する光ダイオードの平面構成を示したも
のである。第５図は第１図（ａ）と同じ構成であるが、
ダミーパターンおよびしゃ光膜を設けていない点が第１
図（ａ）と異なっている点である。
（段差）を著しく低減することが町・能となる。例えば
１．５μｍ程度の段差はこのダミーパターンを設けるこ
とにより０．５μｍ以下に抑えることが可能となる。し
たがって、ダイオード上に形成するしや光膜を均一につ
けることができるようになり（すなわち１段差部で膜厚
が薄くなるのを防止することができ）、シや光能力を向
上することができる。第５図は比較の為に掲載した光電
変換領域を形成する光ダイオードの平面構成を示したも
のである。第５図は第１図（ａ）と同じ構成であるが、
ダミーパターンおよびしゃ光膜を設けていない点が第１
図（ａ）と異なっている点である。
以上述べたような構造にすることによりオプティカルブ
ラック領域のしゃ光能力を数十借上げることができるよ
うになシ、光の漏洩成分は問題ないレベルまで落とすこ
とができる。したがって、オプティカルブラック領域の
ダイオードからはダイオードの発生する暗電流成分を主
体とする偽似信号を読み出すことができ、光電変換領域
から読出される信号（光信号成分中暗電流成分）の正常
な基準レベル（比較用）信号として用いることができる
ようになる。
ラック領域のしゃ光能力を数十借上げることができるよ
うになシ、光の漏洩成分は問題ないレベルまで落とすこ
とができる。したがって、オプティカルブラック領域の
ダイオードからはダイオードの発生する暗電流成分を主
体とする偽似信号を読み出すことができ、光電変換領域
から読出される信号（光信号成分中暗電流成分）の正常
な基準レベル（比較用）信号として用いることができる
ようになる。
オプティカルブラック領域のダイオードにはもともと光
をあてる必要がない。したがって、ゲート電極を配線も
兼ねて水平方向にまで拡張し、ダイオード上もゲート電
極と同じ材料で覆った実施例を第６図に示す。１３’−
１，１３’ −２は領域１９−１の上ではＣＣＤのゲー
ト領域としての役割を果し、ダイオード領域の上では凹
凸平坦化の役割を果す。
をあてる必要がない。したがって、ゲート電極を配線も
兼ねて水平方向にまで拡張し、ダイオード上もゲート電
極と同じ材料で覆った実施例を第６図に示す。１３’−
１，１３’ −２は領域１９−１の上ではＣＣＤのゲー
ト領域としての役割を果し、ダイオード領域の上では凹
凸平坦化の役割を果す。
第７図は平坦化のためのダミーパターンをゲート電極の
様な材料２０と通常は絶縁のために使う酸化膜によって
形成する場合を示している。通常は絶縁のために世いる
酸化膜のような絶縁材料２１を図示したようにダイオー
ドの上に残すようにしても平坦化に大きな効果がある。
様な材料２０と通常は絶縁のために使う酸化膜によって
形成する場合を示している。通常は絶縁のために世いる
酸化膜のような絶縁材料２１を図示したようにダイオー
ドの上に残すようにしても平坦化に大きな効果がある。
第８図は絶縁材料のみによりダミーパターンを形成する
場合を示している。こ、の絶縁材料２１′は素子の製作
工程で積層されてゆく酸化膜を利用し、これをダイオー
ドの上だけ厚く設けるようにしてもよいし、平坦化を図
るため専用の絶縁膜をダイオード上に設けるようにして
も構わない。
場合を示している。こ、の絶縁材料２１′は素子の製作
工程で積層されてゆく酸化膜を利用し、これをダイオー
ドの上だけ厚く設けるようにしてもよいし、平坦化を図
るため専用の絶縁膜をダイオード上に設けるようにして
も構わない。
以上、実施例を用いて詳細に説明したように、オプティ
カルブラック領域を構成するダイオードの上部にダミー
パターン層を設けることにより。
カルブラック領域を構成するダイオードの上部にダミー
パターン層を設けることにより。
ダイオード上の凹凸（段差）は著しく低減することがで
きる。したがって１段差部でしや光膜が薄くなるのを防
止することができ光の漏洩を防ぐことができる。この結
果、オプティカルブラック領域の出力する信号を光電変
換領域の出力の正常な基準信号（クランプレベル）とし
て用いることが可能となり画質の改善を図ることができ
る。
きる。したがって１段差部でしや光膜が薄くなるのを防
止することができ光の漏洩を防ぐことができる。この結
果、オプティカルブラック領域の出力する信号を光電変
換領域の出力の正常な基準信号（クランプレベル）とし
て用いることが可能となり画質の改善を図ることができ
る。
上記の実施例においては固体撮像素子の例としてＣＣＤ
形撮像素子を示したが、上記のダミーパターン層をＭＯ
８形撮像素子を構成するオプティカルブラック用ダイオ
ードの上部にも勿論設けることができる。
形撮像素子を示したが、上記のダミーパターン層をＭＯ
８形撮像素子を構成するオプティカルブラック用ダイオ
ードの上部にも勿論設けることができる。
第１図は本発明の一実施例である固体撮像素子の構成を
示す図、第２図は従来の固体撮像素子の構成を示す図、
第３図及び第４図は従来技術の問題点を示す図、第５図
、第６図、第７図及び第８図は本発明の他の実施例を示
す図である。 １．１′・・・光ダイオード、２・・・垂直ＣＣＤ、３
・・・水平ＣＣＤ、７・・・転送ゲート、８・・・オプ
ティカルブラック領域、９，１６．１６’・・・しや光
膜、２０．２０−１．２０−２．２１．２１’・・・平
坦化用ダミーパターン層。 代理人 弁理士 小川勝男 ＼ 第２ 凹 囁３圀 第４０ ｔｔ’ ／ｌ／ 第５０ 第７図 １υ 猶′６図
示す図、第２図は従来の固体撮像素子の構成を示す図、
第３図及び第４図は従来技術の問題点を示す図、第５図
、第６図、第７図及び第８図は本発明の他の実施例を示
す図である。 １．１′・・・光ダイオード、２・・・垂直ＣＣＤ、３
・・・水平ＣＣＤ、７・・・転送ゲート、８・・・オプ
ティカルブラック領域、９，１６．１６’・・・しや光
膜、２０．２０−１．２０−２．２１．２１’・・・平
坦化用ダミーパターン層。 代理人 弁理士 小川勝男 ＼ 第２ 凹 囁３圀 第４０ ｔｔ’ ／ｌ／ 第５０ 第７図 １υ 猶′６図
Claims (1)
- １、同一半導体基板上に光電変換素子と、この光電変換
素子の蓄積した光信号電荷を読み出すための読み出し手
段と、信号の基準レベルを定めるためのオプティカルブ
ラック領域とを集積化した固体撮像素子において、上記
オプティカルブラック領域を構成する素子の上部に本領
域を平坦化するためのダミーパターンを形成し、さらに
このダミーパターンの上部にしや光膜を形成するように
したことを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62016064A JPS63185058A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62016064A JPS63185058A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63185058A true JPS63185058A (ja) | 1988-07-30 |
Family
ID=11906145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62016064A Pending JPS63185058A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63185058A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455624A (en) * | 1991-06-12 | 1995-10-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid image pick-up element |
| WO2005114735A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-01 | Fujifilm Corporation | Method of manufacturing a solid image pick-up device and a solid image pick-up device |
| JP2009111427A (ja) * | 1996-07-12 | 2009-05-21 | Sony Corp | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法およびこれを用いたカメラ |
-
1987
- 1987-01-28 JP JP62016064A patent/JPS63185058A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5455624A (en) * | 1991-06-12 | 1995-10-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid image pick-up element |
| JP2009111427A (ja) * | 1996-07-12 | 2009-05-21 | Sony Corp | 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法およびこれを用いたカメラ |
| WO2005114735A1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-12-01 | Fujifilm Corporation | Method of manufacturing a solid image pick-up device and a solid image pick-up device |
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