JP2866329B2 - 固体撮像素子の構造 - Google Patents

固体撮像素子の構造

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JP2866329B2
JP2866329B2 JP7258236A JP25823695A JP2866329B2 JP 2866329 B2 JP2866329 B2 JP 2866329B2 JP 7258236 A JP7258236 A JP 7258236A JP 25823695 A JP25823695 A JP 25823695A JP 2866329 B2 JP2866329 B2 JP 2866329B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＣＣＤ固体撮像素子
に係り、特に垂直電荷転送領域ＶＣＣＤと水平電荷転送
領域ＨＣＣＤとのインタフェース部にポテンシャルステ
ップ（PotentialStep）が形成されるようにして、電荷
転送効率を高めた固体撮像素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常のＣＣＤは、マトリックス状に配列
されて光の信号を電気的な映像信号として出力する複数
個のフォトダイオード領域ＰＤと、前記マトリックス状
に配列されたフォトダイオード領域ＰＤの間に垂直方向
に形成され、各フォトダイオードＰＤから生成された映
像信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送領
域ＶＣＣＤと、前記垂直電荷転送領域ＶＣＣＤの一方の
端部側に形成され、垂直電荷転送領域に転送された映像
信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送領域ＨＣＣ
Ｄと、前記水平電荷転送領域ＨＣＣＤの出力端に形成さ
れ、転送された映像信号電荷を検出して電気的な信号と
して出力するセンス増幅器と、を有している。
【０００３】以下、添付図面を参照して従来の固体撮像
素子についてさらに詳しく説明する。図１（ａ）は従来
のＣＣＤのレイアウト図、図１（ｂ）は従来のＣＣＤの
断面構造及びポテンシャルプロファイルである。まず、
図１（ａ）に示すように、複数個のフォトダイオード領
域ＰＤと、各フォトダイオード領域ＰＤから生成された
映像信号電荷を垂直方向に転送する複数個の垂直電荷転
送領域ＶＣＣＤと、前記垂直電荷転送領域ＶＣＣＤの一
端側に設けらた水平電荷転送領域ＨＣＣＤとを含む基板
上にそれぞれのゲートが次のように構成される。
【０００４】垂直電荷転送領域上には各フォトダイオー
ド領域から生成された映像信号電荷を順次垂直方向に転
送するための複数個のゲート１、ゲート２が繰り返し形
成される。この際、ポリゲート１は一側がフォトダイオ
ード領域に重なるように構成されてトランスファゲート
として用いられる。
【０００５】前記垂直電荷転送領域上に形成されたゲー
ト電極１、２は、最初のゲート１にはＶΦ1 、最初のポ
リゲート２にはＶΦ2 、第２のゲート１にはＶΦ3 、第
２ゲート２にはＶΦ4 のクロックが印加されて、順次映
像信号電荷を垂直方向に転送する。つまり、４相クロッ
クで映像信号電荷のトランスファ動作が行われる。
【０００６】そして、水平電荷転送領域上には２相クロ
ックで垂直電荷転送領域から転送される映像信号電荷を
電気的な映像信号に変換して出力するセンス増幅器へ転
送するためのゲート３、４が構成される。即ち、水平電
荷転送領域上に形成された複数個のゲート３、４にはＨ
Φ1、ＨΦ2のクロックが交互に印加されて順次映像信号
電荷を転送することになる。
【０００７】前記のように構成された従来の固体撮像素
子は、図１（ｂ）に示すように、それぞれの画素領域で
生成された映像信号電荷がＶΦ1、ＶΦ2、ＶΦ3、ＶΦ4
のクロックによりポテンシャルレベルが変わって垂直方
向に転送され、前記の映像信号電荷はさらにＨΦ1、Ｈ
Φ2のクロックによりフローティングゲート領域に転送
されてセンス増幅器を経てアナログ信号に変換されて出
力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の固
体撮像素子では、垂直電荷転送領域と水平電荷転送領域
とのインタフェース部のオーバーラップするウェルで発
生するポテンシャルバリヤ、ポテンシャルポケット等に
より電荷転送効率が低下するという問題点があった。
尚、Ｈ−Ｖインタフェース部のチャンネルストップ層Ｃ
ＳＴによる狭チャンネル効果により映像信号電荷が効率
的に転送されずに画面上にブラックライン等の欠陥が現
れるという問題があった。
【０００９】本発明は前記従来の固体撮像素子の上記問
題を解決するためのものであって、その目的は電荷転送
効率（ＣＴＥ）を高めた固体撮像素子を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の固体撮像素子の構造は、垂直電荷転送領域Ｖ
ＣＣＤと水平電荷転送領域ＨＣＣＤとのインタフェース
部に外部のＤＣバイアスにより制御されるバリヤゲート
を配置して、インタフェース部にポテンシャルステップ
を形成されるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の固
体撮像素子の構造について詳しく説明する。図２（ａ）
は本発明のＣＣＤのレイアウト図、図２（ｂ）は本発明
のＣＣＤの断面構造及びポテンシャルプロファイルであ
る。
【００１２】先ず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板にマトリックス状に配列されて光の信号を電気的な映
像信号に変換して出力する複数個のフォトダイオード領
域ＰＤと、前記フォトダイオード領域の間に垂直方向に
形成され、上側に繰り返し形成されている複数のゲート
電極２１、２０に印加される４相クロックＶΦ1 、ＶΦ
2、ＶΦ3、ＶΦ4 によりフォトダイオード領域から生成
された電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送領
域ＶＣＣＤと、前記垂直電荷転送領域の一方の端部に形
成され、垂直に方向に転送されてきた映像信号電荷をゲ
ート電極２４、２５に印加される２相クロックＨΦ1、
ＨΦ2により水平方向に転送する水平電荷転送領域ＨＣ
ＣＤと、前記垂直電荷転送領域ＶＣＣＤと水平電荷転送
領域ＨＣＣＤとのインタフェース部にＨΦ1 が印加され
るゲート電極（本発明の実施の形態では垂直電荷転送領
域ＶＣＣＤ上のＶΦ4 が印加される最後端のゲート電極
がオーバーラップされるゲート電極なので、水平電荷転
送領域ＨＣＣＤ上のＨΦ1 が印加されるゲート電極はオ
ーバーラップする電極でなければならない）に一部分が
オーバーラップされ、ＶΦ4 が印加される最後端のゲー
ト電極に水平に隣接して形成され、外部のＤＣバイアス
によりインタフェース部にポテンシャルステップを形成
するバリヤゲートとを有する。
【００１３】前記バリヤゲートは第１のバリヤゲート２
２、第２のバリヤゲート２３の二重ゲート構造である。
そして、前記第１、２のバリヤゲート２２、２３のう
ち、いずれか一つの下側領域にはイオン注入工程により
垂直電荷転送領域ＶＣＣＤと水平電荷転送領域ＨＣＣＤ
との中間ポテンシャルレベルを有するバリヤ層が形成さ
れている。
【００１４】前記構成を有する本発明の固体撮像素子
は、各ゲートの下側のポテンシャルプロファイルが図２
（ｂ）のように形成される。
【００１５】
【発明の効果】つまり、水平電荷転送領域ＨＣＣＤと垂
直電荷転送領域ＶＣＣＤとのインタフェース部の下側に
中間レベルのポテンシャルステップが外部ＤＣバイアス
により形成され、Ｈ−Ｖインタフェース部に発生するポ
テンシャルバリヤ又はポテンシャルポケットを除去して
電荷転送効率を良くし、低照度で発生するブラックライ
ンの欠陥を無くす効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は従来のＣＣＤのレイアウト図、
（ｂ）は従来のＣＣＤの断面構造及びポテンシャルプロ
ファイルである。
【図２】 （ａ）は本発明のＣＣＤのレイアウト図、
（ｂ）は本発明のＣＣＤの断面構造及びポテンシャルプ
ロファイルである。
【符号の説明】
２０、２４…ゲート電極、２１、２５…ゲート電極、２
２…第１のバリヤゲート、２３…第２のバリヤゲート。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−160658（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−160657（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−96730（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/148 H04N 5/335

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板にマトリックス状に配置され
    て光の信号を電気的な映像信号に変換して出力する複数
    個のフォトダイオード領域（ＰＤ）と、 前記フォトダイオード領域の間に垂直方向に形成され、
    ゲート電極（２０、２１）に印加される４相クロック
    （ＶΦ１、ＶΦ２、ＶΦ３、ＶΦ４）によりフォトダイ
    オード領域で生成された電荷を垂直方向に転送する複数
    の垂直電荷転送領域（ＶＣＣＤ）と、 前記垂直電荷転送領域の一端側に形成され、ゲート電極
    （２４、２５）に印加される２相クロック（ＨΦ１、Ｈ
    Φ２）により垂直方向に転送された映像信号電荷を水平
    方向に転送する水平電荷転送領域（ＨＣＣＤ）と、 を備えた固体撮像素子において、 前記垂直電荷転送領域（ＶＣＣＤ）と前記水平電荷転送
    領域（ＨＣＣＤ）とのインタフェース部に、前記ＶＣＣ
    Ｄの最後端のゲート電極と前記ＨＣＣＤの最初のゲート
    電極との間に、外部のＤＣバイアスにより前記インタフ
    ェース部にポテンシャルステップを形成するバリヤゲー
    トを設け、前記バリヤゲートが第１のバリヤゲートと第
    ２のバリヤゲートの二重ゲート構造であり、垂直電荷転
    送時における前記ＶＣＣＤの一番低いポテンシャルレベ
    ルよりも低いが、水平電荷転送時における前記ＨＣＣＤ
    の一番低いポテンシャルレベルよりも高いポテンシャル
    レベルを有するバリヤ層を、前記第１のバリヤゲートと
    第２のバリヤゲートとのうち、いずれか一つの下側領域
    にイオン注入により形成することを特徴とする固体撮像
    素子の構造。
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