(57)【要約】【課題】  各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、ＩＣ全体にわたり均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを提供する。【解決手段】  複数の画素領域の保護膜下には、全て同一の電位に固定された電位固定用の光透過可能な導電体を配置した。また画素内部には細い形状で形成された電位固定用の光透過可能な導電体を配置し、全てシリコン基板と同電位になるように電気的に接続するようにした。これにより、保護膜形成時における下地となる領域の電位が、全ての画素領域にわたり一定になり保護膜厚、膜質を均一に出来る。これによって画素間の光電変換特性バラツキを無くすことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードやトランジスタなどの素子を同一のシリコン基板上に構成するイメージセンサＩＣであって、前記フォトダイオードからなる複数の画素領域において、前記画素領域上の保護膜の下面には、全て同一の電位に固定された光透過可能な導電体が配置されていることを特徴とするイメージセンサＩＣ。
【請求項２】
前記光透過可能な導電体は、多結晶シリコンの薄膜より形成されていることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項３】
前記光透過可能な導電体は、ＩＴＯの薄膜から形成されていることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項４】
前記多結晶シリコンの薄膜の膜厚は、１０００オングストローム以下であることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項５】
前記多結晶シリコンの薄膜の膜厚は、５００オングストローム以下であることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項６】
前記光透過可能な導電体は、前記画素領域への光の入射をより妨げないようにするために開口部を有する形状を有していることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項７】
前記光透過可能な導電体は、前記画素領域への光の入射をより妨げないようにするために直線を組み合わせた形状を有していることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項８】
前記光透過可能な導電体は、前記シリコン基板の基板電位と同電位になるように電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載のイメージセンサＩＣ。
【請求項９】
前記光透過可能な導電体は、前記シリコン基板の基板電位と同電位になるように電気的に接続されていることを特徴とする請求項３記載のイメージセンサＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報を読み取り電送する装置、ファクシミリ、イメージスキャナ、電子カメラに用いられるイメージセンサＩＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来のイメージセンサの一例を示す回路図である。ＭＯＳ型イメージセンサのセンサ回路１０では、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード１２に、前記フォトダイオード１２に適当な電圧にリセットするためのスイッチング素子であるリセットトランジスタ１１と、前記フォトダイオード１２で蓄積された光電荷を増幅するための増幅回路１３が結線されている。
【０００３】
リセットトランジスタ１１をＯＮしてフォトダイオード１２が十分にリセット電圧となるリセット動作と、リセットトランジスタ１１をＯＦＦし、一定時間中フォトダイオード１２に光電荷を蓄積させる蓄積動作と、増幅回路１３をＯＮしフォトダイオード１２に蓄積された光電荷を増幅して読み出す読み出し動作で、連続的に光情報を読み取ることができる構成になっている。
【０００４】
また、読み出し動作後に増幅された信号を一時的に記憶することも、容量素子２１と２つのスイッチトランジスタ（２２Ａおよび２２Ｂ）からなる保持回路２０を用いて行うことができる。
【０００５】
読み出し動作中にスイッチトランジスタ２２ＡをＯＮし、増幅回路１３により保持容量２１へ信号を電荷として貯え、スイッチトランジスタ２２ＡをＯＦＦした後、任意の保持時間後にスイッチトランジスタ２２ＢをＯＮし保持容量２１から読み出すことができる。
【０００６】
リセット、蓄積、読み出しの一連の動作を複数のフォトダイオードに対して一括に処理し、保持回路から個別に任意に読み出すことが可能である。
【０００７】
ここで、フォトダイオード１２に入射した光の強度に応じて光電変換をおこなうことになるが、光電変換特性はもっとも重要な特性の一つである。
【０００８】
この特性を向上させるため、フォトダイオード１２内部の空乏層が形成される半導体領域の欠陥発生が抑制された光電変換素子が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００４−３１２０３９（第２４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、一つのＩＣチップ内に複数の画素を配置したイメージセンサＩＣにおいては、画素を構成する複数のフォトダイオード１２における光電変換特性が、それらの上面の位置する保護膜厚のばらつきにより入射光の強度が変化してしまうことを原因として、光電特性がばらついてしまうという問題があった。
【００１０】
改善策として、保護膜形成後に平坦化を行ったり、更なる膜厚均一化を目的に第二の保護膜を形成したりする例も提案されているが、工程が増加して製造コストが増大してしまうこと、十分な均一性が得られないなどの問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、本発明はイメージセンサを以下のように構成した。
【００１２】
フォトダイオードやトランジスタなどの素子を同一シリコン基板上に構成するイメージセンサＩＣの、フォトダイオードから構成される複数の画素領域において、画素領域の保護膜の下面には、全て同一の電位に固定された電位固定用の光透過可能な導電体が配置された構造とした。あるいは、複数の画素領域における前記保護膜の下には、フォトダイオードへの光の入射をより妨げないように開口部を有する形状で形成された電位固定用の光透過可能な導電体が配置されており、それぞれが同一の電位となるように電気的に接続される構造とした。あるいは光透過可能な導電体はシリコン基板と同電位になるように電気的に接続するようにした。
【００１３】
また、光透過可能な導電体は、多結晶シリコン薄膜やＩＴＯ（インジュウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成するようにした。光透過性を向上させるために多結晶シリコン薄膜の膜厚は、多結晶シリコンの可視光の短波長側における光吸収係数を考慮し、例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下とした。
【００１４】
これらの手段により、保護膜形成時における下地となる領域の電位が、全ての画素領域にわたりほぼ一定に固定することができるようになるため、各画素上の保護膜形成スピードや、膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚、および膜質を有するようになる。
【００１５】
これによって、各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、ＩＣ全体にわたり均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明はイメージセンサにおいてフォトダイオードからなる複数の画素領域において、画素領域の保護膜の下面には、全て同一の電位に固定された電位固定用の光透過可能な導電体が配置された構造とした。あるいは、複数の画素領域における前記保護膜の下には、フォトダイオードへの光の入射をより妨げないように開口部を有する形状で形成された電位固定用の光透過可能な導電体が配置されており、それぞれが同一の電位となるように電気的に接続される構造とした。あるいは光透過可能な導電体はシリコン基板と同電位になるように電気的に接続するようにした。また、光透過可能な導電体は、多結晶シリコン薄膜やＩＴＯ（インジュウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成するようにした。さらに、多結晶シリコン薄膜の膜厚を５００オングストローム以下にすることで光透過性をより向上させた。
【００１７】
これらにより、保護膜形成時における下地となる領域の電位が、全ての画素領域にわたりほぼ一定に固定することができるようになる。これにより各画素上の保護膜形成スピードや、膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚、および膜質を有するようになる。
【００１８】
従って、各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、ＩＣ全体にわたり画素毎のバラツキを無くした均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明によるイメージセンサの画素領域における第１の実施例を示す模式的平面図である。
【００２１】
複数の画素領域１０１、１０２、１０３，１０４は、他結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体２０１により覆われており、画素領域１０１、１０２、１０３、１０４を覆う光透過可能な導電体２０１は、全体に同一の電位を有する構造を取る。また図示しないが光透過可能な導電体２０１は、イメージセンサを形成するシリコン基板の基板電位と同一の電位となるように電気的に接続されている。これによって、後に形成される保護膜形成時において、下地となる画素領域の電位をイメージセンサＩＣ内の全ての画素領域にわたりほぼ一定に保つことができるようになる。これにより、各画素上の保護膜形成スピードや膜質が一定に保たれ、各画素上に形成された保護膜は、ほぼ均一な膜厚と膜質とを有するようになる。従って各画素のフォトダイオードに入射する光の強度は、一定に保つことが可能になるため、各画素間の光電変換特性のバラツキを抑制し、イメージセンサＩＣ全体にわたり均一な光電変換特性を有するイメージセンサＩＣを得ることができる。
【００２２】
図１において、光透過可能な導電体を、例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下の膜厚の多結晶シリコン薄膜により形成することにより可視領域の波長を有する光線の透過率をより一層向上させることができる。
【００２３】
また、光透過可能な導電体を液晶パネルなどに広く用いられている透明導電体材料であるＩＴＯ（インジウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成してもよい。
【００２４】
図２は、本発明によるイメージセンサの画素領域における第２の実施例を示す模式的平面図である。
【００２５】
第１の実施例と異なる点は、図１の例で示した、画素領域１０１を覆う多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体２０１の形状を変えて、一つの画素領域１０１内に光の入射をより妨げないように開口部を有する形状となるよう構成された多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体３０１を、本実施例では十字型に配置した点である。
【００２６】
図１の例で説明したように、光透過可能な導電体を例えば２０００オングストローム以下、好ましくは１０００オングストローム以下、最適には５００オングストローム以下の膜厚の多結晶シリコン薄膜により形成したり、ＩＴＯ（インジウム、スズ、および酸素の化合物）薄膜により形成したりすることにより、光透過可能な導電体による光の吸収率を大きく低減することは可能である。しかしながら完全に透明（透過率１００％）とすることは困難であるため、その対応として画素領域１０１内の電位固定用の光透過可能な導電体を細く形成し開口部を設けることで、さらに光の入射を妨げることのない構造とした。
【００２７】
光透過可能な導電体３０１は、出来るだけ開口部が大きくなるような形状で形成されていることが望ましく、また第１の実施例と同様に光透過可能な導電体３０１の電位もイメージセンサを形成するシリコン基板の基板電位と同一の電位となるように電気的に接続されるようにすることが望ましい。図２の実施例においては光透過可能な導電体３０１を細い直線形状にして十字型に配置した例を図示したが、他にも光の入射を妨げることのないように細い図形を組み合わせた形状とすることも可能であり、図２に示した形状以外の形状でも構わない。
【００２８】
図２の例では簡単のため、画素領域１０１だけを取り出して説明したが、複数の画素領域全てに対して、同一の形状で多結晶シリコン薄膜などからなる電位固定用の光透過可能な導電体３０１が形成されてなるものである。その他の説明については図１と同一の記号を付記することで説明に代える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のイメージセンサの画素領域における第１の実施例を示す模式的平面図である。
【図２】本発明のイメージセンサの画素領域における第２の実施例を示す模式的平面図である。
【図３】従来のイメージセンサの一例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  センサ回路
１１  リセットトランジスタ
１２  フォトダイオード
１３  増幅回路
２０  保持回路
２１  保持容量
２２Ａ、２２Ｂ  スイッチトランジスタ
１０１  画素領域
１０２  画素領域
１０３  画素領域
１０４  画素領域
２０１  光透過可能な導電体
３０１  光透過可能な導電体
【図１】
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【図２】
2008153593.tif 000004
【図３】
2008153593.tif 000005