JP2005268564A

JP2005268564A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JP2005268564A
Application number: JP2004079553A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakagawa; 眞中川; Kunihide Sakamoto; 邦秀坂本; Shin Itagaki; 伸板垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】本発明は、安価にかつダイナミックレンジの低下を引き起こすことなく、残像特性の劣化を抑制する固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【解決手段】固体撮像素子１は、第一導電型の基板領域３とともに光電変換部２を構成する第二導電型領域４の上層に、光電変換部２で光電変換された電荷の電荷読出側から電荷読出側とは反対側の電位印加側にわたって、絶縁膜５を介して光透過性を有する導電性材料６を形成し、導電性材料６の電荷読出方向側とその反対側に電圧印加部７と電圧印加部８を設け、電圧印加部７と電圧印加部８に異なる電圧を印加している。導電性材料６に生じた電位分布により第二導電型領域４のポテンシャル分布に傾斜をつけ、信号電荷を電荷読出側へ移動させ、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制するとともに、高速の読み出しを行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関し、詳細には、安価にかつダイナミックレンジの低下を引き起こすことなく、残像特性の劣化を抑制する固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。

近年、信号処理の高速化に伴って、固体撮像素子での信号電荷の読出時間も短くなってきている。固体撮像素子での信号電荷の読出時間が短くなると、光電変換部に信号電荷を読み残すことで生じる残像現象が問題となってきており、固体撮像素子における信号電荷の読み出しの高速化、低残像化が要望されている。

光電変換部に蓄えられた信号電荷の読み出しは、図１２に示す回路構成では、光電変換部に隣接するＭＯＳ構造の電荷読出ゲート１０１に電圧が加えられることにより、読出ゲート１０１直下のポテンシャルが光電変換部のポテンシャルよりも高くなり、信号電荷が転送ゲート１０１に転送される。また、図１３に示す回路構成例では、光電変換部の電位を直接アンプに接続し、その接続点の電位を読み出している。

ところが、通常、光電変換部のポテンシャル構造は電荷読出方向に平坦であるため、光電変換部での電荷の転送速度は、遅く、完全に信号電荷が読み出されるには時間がかかる。また、全信号電荷を完全に読み出すことが困難である。

従来、固体撮像素子の製造技術としては、フォトダイオードの拡散層を複数の領域に分け、それぞれの領域の不純物濃度を変更する技術が報告されている。すなわち、図１４（ａ）に示すように、フォトダイオード領域を３つの領域２０１、２０２、２０３に分け、それぞれの領域２０１、２０２、２０３に対して、写真製版技術とイオン注入技術を用いてＰ型基板２００に対してＮ型不純物を導入する。このとき、読出方向に従って、順に不純物濃度が濃くなるように、すなわち、不純物濃度が領域２０３＞領域２０２＞領域２０１となるように、イオン注入の注入量を制御する。フォトダイオード部の領域２０１〜２０３のポテンシャル２０１ｐ〜２０３ｐは、不純物濃度に依存するため、図１４（ｂ）に示すように、領域２０１＜領域２０２＜領域２０３の順に高くなるポテンシャル２０１ｐ〜２０３ｐが形成される。信号電荷は、高いポテンシャルの部分へと移動するため、このような不純物濃度の変化するフォトダイオード領域２０１〜２０３からなるフォトダイオードを形成することで電荷の読み残しを無くし、また、高速な読出しを実現することができる（特許文献１参照）。

しかしながら、この例では、フォトダイオード形成のための写真製版とイオン注入を複数回行う必要があり、工程数の増加に伴って、コストが高くなるとともに、個々の同一濃度領域内でのポテンシャル分布がフラットとなるため、同一濃度領域内での信号電荷の移動をさらに向上させる必要がある。

そして、従来、図１５に示すように、電荷読出方向と逆方向に向かって、フォトダイオードとなる不純物拡散層３００が細く枝分かれするようにレイアウトする技術が報告されている。この場合、ＬＯＣＯＳとなる基板領域３０１に寄生トランジスタの反転防止のために導入されている基板と同じ導電性の不純物がフォトダイオード拡散領域へ横方向拡散するために、電荷読出方向とは逆方向に向かってフォトダイオード拡散の実効的な不純物濃度が低下することになる。

したがって、読出方向と逆方向に向かって濃度が薄くなる不純物分布を作り出すことによって、図１４の場合と同様に、読出方向に向かって高くなるポテンシャル分布を形成する。

特開２０００−１５０８５３号公報

しかしながら、上記図１５に示した従来技術にあっては、フォトダイオードの面積を縮小しているため、フォトダイオードの接合容量が低下して、ダイナミックレンジが縮小し、画像特性が劣化するとともに、開口率の低下によって感度が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、ダイナミックレンジの低下を引き起こすことなく、残像特性の劣化を安価に抑制する固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。

具体的には、請求項１記載の発明は、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部を形成し、当該電荷読出側の電圧印加部の方が高電位となるように電圧を印加することにより、導電性材料に電位分布を持たせて、導電性材料に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を第二導電型領域の表面付近に発生させ、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制するとともに、高速の読み出しを行うことのできる固体撮像素子を提供することを目的としている。

請求項２記載の発明は、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を、光電変換部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料に、電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧を印加することにより、第二導電型領域に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制し、高速の読み出しを行えるようにするとともに、導電性材料に電流を流さないことで、消費電流を削減しつつ第二導電型領域内にポテンシャル分布を形成して、消費電流の少ない固体撮像素子を提供することを目的としている。

請求項３記載の発明は、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部を形成し、電荷読出側の電圧印加部の方が高電位となる電圧を印加することにより、導電性材料に電位分布を持たせて、導電性材料に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を基板の表面付近に発生させ、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制するとともに、高速の読み出しを行うことのできる固体撮像素子を提供することを目的としている。

請求項４記載の発明は、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料を、受光部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料に、電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧を印加することにより、基板内に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制し、高速の読み出しを行えるようにするとともに、導電性材料に電流を流さないことで、消費電流を削減しつつ基板内にポテンシャル分布を形成して、消費電流の少ない固体撮像素子を提供することを目的としている。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性材料を、ＣＭＯＳプロセスのゲート電極を形成する工程で、トランジスタのゲート電極と同時に形成することにより、安価に残像現象を抑制した固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明の固体撮像素子は、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部が形成され、当該電荷読出側の電圧印加部の方に高い電圧が印加されることにより、上記目的を達成している。

請求項２記載の発明の固体撮像素子は、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が、前記光電変換部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成され、当該複数の導電性材料に、前記電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧が印加されることにより、上記目的を達成している。

請求項３記載の発明の固体撮像素子は、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部とする固体撮像素子において、前記導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部が形成され、当該電荷読出側の電圧印加部の方に高い電圧が印加されることにより、上記目的を達成している。

請求項４記載の発明の固体撮像素子は、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部とする固体撮像素子において、前記導電性材料が、前記受光部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成され、当該複数の導電性材料に、前記電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧が印加されることにより、上記目的を達成している。

請求項５記載の発明の固体撮像素子の製造方法は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性材料を、ＣＭＯＳプロセスのゲート電極を形成する工程で、トランジスタのゲート電極と同時に形成することにより、上記目的を達成している。

請求項１記載の発明の固体撮像素子によれば、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部を形成し、当該電荷読出側の電圧印加部の方が高電位となるように電圧を印加するので、導電性材料に電位分布を持たせて、導電性材料に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を第二導電型領域の表面付近に発生させることができ、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制することができるとともに、高速の読み出しを行うことができる。

請求項２記載の発明の固体撮像素子によれば、第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を、光電変換部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料に、電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧を印加するので、第二導電型領域に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制することができ、高速の読み出しを行えるようにすることができるとともに、導電性材料に電流を流さないことで、消費電流を削減しつつ第二導電型領域内にポテンシャル分布を形成して、消費電流を削減することができる。

請求項３記載の発明の固体撮像素子によれば、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部を形成し、電荷読出側の電圧印加部の方が高電位となる電圧を印加するので、導電性材料に電位分布を持たせて、導電性材料に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を基板の表面付近に発生させることができ、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制することができるとともに、高速の読み出しを行うことができる。

請求項４記載の発明の固体撮像素子によれば、第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料を形成し、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料を、受光部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料に、電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧を印加するので、基板内に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制することができ、高速の読み出しを行えるようにすることができるとともに、導電性材料に電流を流さないことで、消費電流を削減することができる。

請求項５記載の発明の固体撮像素子の製造方法によれば、請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性材料を、ＣＭＯＳプロセスのゲート電極を形成する工程で、トランジスタのゲート電極と同時に形成しているので、安価に残像現象を抑制した固体撮像素子を製造することができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１〜図４は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第１実施例を適用した固体撮像素子１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

図１及び図２において、固体撮像素子１は、光電変換部２を構成する第一導電型の基板領域（Ｐ）３と第二導電型（Ｎ−）領域４の上層に、絶縁膜５を介して光透過性を有する導電性材料（電極）６が配置されている。固体撮像素子１は、この導電性材料６のフォトダイオードの電荷読出側に電圧印加部７が設けられており、電圧印加部７とは反対側に、電圧印加部８が設けられている。

固体撮像素子１は、導電性材料６を、従来のＣＭＯＳプロセスで用いられるトランジスタの電極となるポリシリコンを形成する工程と同時に形成している。この場合、ポリシリコンによる光の吸収が、固体撮像素子１の感度に影響を及ぼさない程度に、ポリシリコン層の膜厚を制御する。

また、フォトダイオードの上層に絶縁膜５を介して配置する導電性材料６としては、ポリシリコン以外に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いてもよい。

この固体撮像素子１は、電圧印加部７に、電圧印加部８に対して、電圧印加部７＞電圧印加部８となる電圧が印加されると、導電性材料６に電流が流れる。

このとき、導電性材料６がある電気抵抗を持っているため、導電性材料６の電位は、図３に示すように、電圧印加部８側から電圧印加部７側方向に向かって順次増大する。この導電性材料６の電位によって発生する基板内の第二導電型（Ｎ−）領域４の表面付近のポテンシャルは、図４に示すように、電圧印加部８側から電圧印加部７側に向かって徐々に高くなる。

したがって、光照射によって発生した電荷は、このポテンシャルの傾斜に沿って、電荷読出側へと移動する。

このように、本実施例の固体撮像素子１は、第一導電型の基板領域３とともに光電変換部２を構成する第二導電型領域４の上層に、絶縁膜５を介して光透過性を有する導電性材料６を形成し、当該導電性材料６の電荷読出側とその反対側に電圧印加部７と電圧印加部８を形成し、電圧印加部７と電圧印加部８に、当該電圧印加部７が当該電圧印加部８よりも高電位となる電圧を印加している。

したがって、導電性材料６に電位分布を持たせて、導電性材料６に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を第二導電型領域４の表面付近に発生させることができ、光電変換部２で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制することができるとともに、高速の読み出しを行うことができる。

図５〜図７は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第２実施例を示す図であり、図５は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第２実施例を適用した固体撮像素子１０の平面図、図６は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図５及び図６において、固体撮像素子１０は、光電変換部１１が第一導電型の基板領域１２と第二導電型（Ｎ−）領域１３で構成されており、この第二導電型（Ｎ−）領域１３の上層に、絶縁膜１４を介して光透過性を持つ帯状の導電性材料による電極１５ａ〜１５ｆが複数形成されている。これらの電極１５ａ〜１５ｆは、読出方向に近づくほど順次高い電圧が与えられる。

固体撮像素子１０は、導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆを、従来のＣＭＯＳプロセスで用いられるトランジスタの電極となるポリシリコンを形成する工程と同時に形成している。この場合、ポリシリコンによる光の吸収が、固体撮像素子１０の感度に影響を及ぼさない程度に、ポリシリコン層の膜厚を制御する。

また、フォトダイオードの上層に絶縁膜１４を介して配置する電極１５ａ〜１５ｆとなる導電性材料としては、ポリシリコン以外に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いてもよい。

固体撮像素子１０は、光電変換部１１を構成する第一導電型の基板領域１２と第二導電型（Ｎ−）領域１３の上層に、絶縁膜１４を介して形成された導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆに読出方向ほど順次高い電位が与えられると、図７に示すように、読出方向に近づくほど、すなわち、電極１５ａから電極１５ｆへと移動するに従って、高い階段状のポテンシャル分布を得ることができ、読出側へ光信号電荷を移動させることができる。

このように、本実施例の固体撮像素子１０は、第一導電型の基板領域１２とともに光電変換部１１を構成する第二導電型領域１３の上層に、絶縁膜１４を介して光透過性を有する導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆを、光電変換部１１で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆに、電荷読出側の導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆほど高電位となる電圧を印加している。

したがって、第二導電型領域１３に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部１１で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制することができ、高速の読み出しを行えるようにすることができるとともに、導電性材料の電極１５ａ〜１５ｆに電流を流さないことで、消費電流を削減しつつ第二導電型領域１３内にポテンシャル分布を形成して、消費電流を削減することができる。

図８及び図９は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第３実施例を示す図であり、図８は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第３実施例を適用した固体撮像素子２０の平面図、図９は、図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。

図８及び図９において、固体撮像素子２０は、第一導電型の基板領域（Ｐ）２１上に、第二導電型層を設けることなく、絶縁膜２２を介して光透過性を有する導電性材料の電極２３が設けられており、この導電性材料の電極２３の電荷読出側とその反対側に電圧印加部２４と電圧印加部２５が形成され、当該電圧印加部２４が当該電圧印加部２５よりも高電位となる電圧が印加される。

固体撮像素子２０は、電荷読出部２９側には、導電性材料の電極２３と所定間隔空けて読出ゲート２６が形成されており、第一導電型の基板領域（Ｐ）２１には、読出ゲート２６を挟んで、導電性材料の電極２３側と電荷読出部２９側に拡散層２８と拡散層２７が形成されている。

すなわち、この固体撮像素子２０は、基板２１上に絶縁膜２２を介して配置された導電性材料の電極２３に電圧印加することで発生する基板２１の表面の空乏層を光検出部とする固体撮像素子である。

そして、固体撮像素子２０は、導電性材料の電極２３を、従来のＣＭＯＳプロセスで用いられるトランジスタの電極となるポリシリコンを形成する工程と同時に形成している。この場合、ポリシリコンによる光の吸収が、固体撮像素子２０の感度に影響を及ぼさない程度に、ポリシリコン層の膜厚を制御する。

また、フォトダイオードの上層に絶縁膜２２を介して配置する電極２３となる導電性材料としては、ポリシリコン以外に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いてもよい。

この固体撮像素子２０は、電圧印加部２４と電圧印加部２５に、電圧印加部２４の方が高電位となる電圧が印加されて、導電性材料の電極２３にポテンシャル分布が発生すると、基板２１の表面付近に発生するポテンシャルに傾斜が発生し、電荷読出側に光信号電荷が移動する。この信号電荷は、拡散層２８に移動した後、読出ゲート２６に電圧が加えられることにより、拡散層２７に転送され、後段のアンプへ出力される。

このように、本実施例の固体撮像素子２０は、第一導電型の基板領域２１上に絶縁膜２２を介して光透過性を有する導電性材料で電極２３を形成し、当該導電性材料の電極２３に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に、電圧印加部２４と電圧印加部２５を形成し、電圧印加部２４と電圧印加部２５に、当該電圧印加部２４が当該電圧印加部２５よりも高電位となる電圧を印加している。

したがって、導電性材料の電極２３に電位分布を持たせて、導電性材料の電極２３に発生した電位に応じたポテンシャルの分布を基板領域２１の表面付近に発生させることができ、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側へ移動させて、電荷の読み残しに起因する残像現象を安価に抑制することができるとともに、高速の読み出しを行うことができる。

図１０〜図１１は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第４実施例を示す図であり、図１０は、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第４実施例を適用した固体撮像素子３０の平面図、図１１は、図１０のＤ−Ｄ矢視断面図である。

図１０及び図１１において、固体撮像素子３０は、第一導電型の基板領域（Ｐ）３１上に、第二導電型層を設けることなく、絶縁膜３２を介して光透過性を有する導電性材料により複数の電極３３ａ〜３３ｆが形成されており、この導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆの電荷読出側に電荷読出ゲート３４が設けられている。固体撮像素子３０は、電荷読出ゲート３４の受光部と反対側には拡散層３５が形成される。

固体撮像素子３０は、導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆを、従来のＣＭＯＳプロセスで用いられるトランジスタの電極となるポリシリコンを形成する工程と同時に形成している。この場合、ポリシリコンによる光の吸収が、固体撮像素子３０の感度に影響を及ぼさない程度に、ポリシリコン層の膜厚を制御する。

また、フォトダイオードの上層に絶縁膜３２を介して配置する電極３３ａ〜３３ｆとなる導電性材料としては、ポリシリコン以外に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いてもよい。

そして、固体撮像素子３０は、導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆに読出方向に向かって順次高くなる電圧を与えると、図７と同様に、読出方向に近づくほど深い階段状のポテンシャル分布を得ることができる。したがって、電荷読出ゲート３４に電圧印加することで、信号電荷が容易に拡散層３５へ転送される。

このように、本実施例の固体撮像素子３０は、第一導電型の基板領域３１上に絶縁膜３２を介して光透過性を有する導電性材料で電極３３ａ〜３３ｆを形成し、導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆに電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部として、当該導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆを、受光部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成し、当該複数の導電性材料の電極３３ａ〜３３ｆに、電荷読出側の導電性材料の電極ほど高電位となる電圧を印加している。

したがって、基板３１に電荷読出側ほど深いポテンシャル分布を発生させて、光電変換部で発生した信号電荷をポテンシャルの高い電荷読出側に移動させて、残像現象を安価に抑制することができ、高速の読み出しを行えるようにすることができるとともに、導電性材料に電流を流さないことで、消費電流を削減しつつ基板３１内にポテンシャル分布を形成することができる。

そして、各実施例において、導電性材料６、１５ａ〜１５ｆ、２３、３３ａ〜３３ｆを、ＣＭＯＳプロセスのゲート電極を形成する工程で、トランジスタのゲート電極と同時に形成している。したがって、残像現象を抑制した固体撮像素子１、１０、２０、３０を安価に製造することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

ダイナミックレンジの低下を引き起こすことなく、残像特性を抑制し高速動作可能な固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に適用することができる。

本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第１実施例を適用した固体撮像素子の平面図。図１の固体撮像素子のＡ−Ａ矢視断面図。図１及び図２の固体撮像素子の電極の電位分布を示す図。図１及び図２の固体撮像素子の電極の電位によって発生する基板内の第二導電型（Ｎ−）領域の表面付近のポテンシャル分布を示す図。本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第２実施例を適用した固体撮像素子の平面図。図５の固体撮像素子のＢ−Ｂ矢視断面図。図５及び図６の固体撮像素子の電極の電位によって発生する基板内の表面付近のポテンシャル分布を示す図。本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第３実施例を適用した固体撮像素子の平面図。図８の固体撮像素子のＣ−Ｃ矢視断面図。本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法の第４実施例を適用した固体撮像素子の平面図。図１０の固体撮像素子のＤ−Ｄ矢視断面図。固体撮像素子の光電変換部からの信号電荷の読出回路構成の一例を示す図。固体撮像素子の光電変換部からの信号電荷の読出回路構成の他の例を示す図。従来の固体撮像素子の正面拡大断面図（ａ）とそのフォトダイオード部のポテンシャルを示す図（ｂ）。従来の他の固体撮像素子のレイアウト図。

符号の説明

１固体撮像素子
２光電変換部
３第一導電型基板領域（Ｐ）
４第二導電型（Ｎ−）領域
５絶縁膜
６導電性材料
７電圧印加部
８電圧印加部
１０固体撮像素子
１１光電変換部
１２第一導電型基板領域
１３第二導電型（Ｎ−）領域
１４絶縁膜
１５ａ〜１５ｆ電極
２０固体撮像素子
２１第一導電型基板領域（Ｐ）
２２絶縁膜
２３電極
２４電圧印加部
２５電圧印加部
２６読出ゲート
２７、２８拡散層
２９電位読出部
３０固体撮像素子
３１第一導電型基板領域（Ｐ）
３２絶縁膜
３３ａ〜３３ｆ電極
３４電荷読出ゲート
３５拡散層

Claims

第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部が形成され、当該電荷読出側の電圧印加部の方に高い電圧が印加されることを特徴とする固体撮像素子。
第一導電型の基板領域とともに光電変換部を構成する第二導電型領域の上層に、絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が、前記光電変換部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成され、当該複数の導電性材料に、前記電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧が印加されることを特徴とする固体撮像素子。
第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部とする固体撮像素子において、前記導電性材料の電荷読出側とその反対側に電圧印加部が形成され、当該電荷読出側の電圧印加部の方に高い電圧が印加されることを特徴とする固体撮像素子。
第一導電型の基板領域上に絶縁膜を介して光透過性を有する導電性材料が形成され、当該導電性材料に電圧が印加されることで発生する空乏層を受光部とする固体撮像素子において、前記導電性材料が、前記受光部で光電変換された電荷の電荷読出方向に対して略直交する方向に帯状に延在して複数形成され、当該複数の導電性材料に、前記電荷読出側の導電性材料ほど高電位となる電圧が印加されることを特徴とする固体撮像素子。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法であって、請求項１から請求項４のいずれかに記載の導電性材料を、ＣＭＯＳプロセスのゲート電極を形成する工程で、トランジスタのゲート電極と同時に形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。