JPH01241161A - 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、撮像装置に係り、特に半導体を用いた固体撮
像装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、固体撮像装置として、ＣＣＤ形の固体撮像素子が
知られている。なお、この固体撮像素子の詳細について
は、例えば、文献：柳井他：　「テレビジョン学会全国
大会予稿集、１９８６年“２／３インチ２８万画索ＩＴ
−ＣＣＤイメージセンサ”」において述べられている。

第２図は従来のインターラインＣＣＤ型固体撮像素子（
ＩＬ−ＣＣＤ）の−回路例を示したものである。水平お
よび垂直方向に規則的に受光部７が配列されている。受
光部７の列の一方の側に近接して垂直ＣＯＤレジスタ１
１が設けられ、垂直ＣＣＤＬ／ジスタ１１と受光部７の
間に読み出しゲート８が設けられている。垂直ＣＣＤレ
ジスタ１１の電荷転送方向端部に水平シフトレジスタ１
２が設けられている。次にこのＩ　ＬＣＣＤの動作につ
いて簡単に説明する。光電変換により生じた信号電荷は
受光部７に蓄えられる。フィールド期間またはフレーム
期間毎に読み出しゲート８が開き、信号電荷は受光部７
より重重ＣＣＤレジスタ１１へ転送される。ついで信号
電荷は垂直ＣＯＤレジスタ１１及び水平ＣＯＤレジスタ
１２を通り出力アンプ１３へ転送され、素子外部へ出力
される。

第３図は第２図のＩＬ−ＣＣＤの２次元状に配列された
繰り返しセル部１０の平面図である０点線で囲まれた部
分１４はチャンネルストッパであり、受光部１７同士を
分離したり受光部１７と垂直ＣＯＤレジスタ１９を分離
している。実線で囲まれた部分１５は第１多結晶シリコ
ン電極である。

第１多結晶シリコン電極１５は垂直ＣＣＤレジスタ１９
の電極として用いられている。実線で囲まれたもう１つ
の部分１６が第２多結晶シリコン電極である。第２多結
晶シリコン電極１６は垂直ＣＯＤレジスタ１９の電極並
びに読み出しゲート部１８の電極として用いられている
。第１および第２多結晶シリコン電極１５．１６で覆わ
れておらず、チャンネルトツパ１４でない部分が？ｉ７
Ｍ領域１７である。

第４図は第３図のＡ−Ａ’の部分の断面図である。ｎ型
のシリコン基板６の主表面上に、蓄積領域１７では接合
深さが浅く、垂直ＣＯＤレジスタ１９では接合深さが深
いｐ型ウェル５が形成されている。チャンネルトツバ１
４はＰ十領域４から成っている。蓄積領域１７では接合
深さの浅いＰ型ウェル５内にｎ型領域２が形成されてい
る。このｎ型領域２とｐ型ウェル５またはＰ十領域４と
の間のｐｎ接合の逆バイアス容量に信号電荷を蓄積する
。垂直ＣＣＤレジスタ１９は埋め込み型でｎ型の埋め込
み）ＰＪ３より成っている。以上のように、シリコン基
板中にはｐ型ウェル５．ｐ＋領域４、ｎ型領域２．埋め
込み層３が形成されている。

読み出しゲート部１８と垂直ＣＯＤレジスタ１９上には
熱酸化膜８０を介して第２多結晶シリコン電極１が形成
されている。

このＩＬ−ＣＯＤでは蓄積領域１７を接合深さの浅いｐ
型ウェル５内に形成することによりブルーミング現象を
抑圧している。また蓄積領域１７のｎ型領域２の不純物
濃度を、蓄積電荷読み出し時にｎ型領域２が完全に空乏
化するような濃度に設定することにより残像を抑圧して
いる。

第５図は、第４図に示された素子の信号電荷読み出し時
の信号電荷転送径路９３の電位分布をあられしたもので
ある。蓄積領域１７のｎ型領域２に菩わえられた信号ｒ
ｄ荷は、読み出しゲート部９５を介して垂直ＣＯＤレジ
スタ３へと転送される。その際、蓄積領域８４の電位は
ｎ型層２の空乏化電位に固定される。読み出しゲート部
８５の電位は蓄積領域のｎ型層２の横方向拡散９４によ
る不純物濃度の変化により、信号電荷読み出し方向に対
して障壁が形成される。そのため垂直ＣＣＤレジスタ部
８６に転送される信号電荷９１の１部９０が読み出しゲ
ート８５下に残り、残像発生の原因となっていた。ここ
で、８７は信号電荷転送方向の距Ｎ１ｘμｍ、８８は転
送径路の電位ＶＰ（Ｖ）、８９は受光部の電位、９２は
ｐ型ウェル層である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、読み出しゲート下の電荷の澱みの点
について配慮がされておらず、残像発生の問題があった
。

本発明の目的は、読み出しゲート下の電荷の澱みをなし
く、残像を抑圧することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、読み出しゲート下のチャンネル内において
、信号電荷転送方向に向かってＰ型不純物濃度を薄くす
ることにより達成される。

〔作用〕 読み出しゲート下において、信号読み出し方向に向かっ
てｐ型不純物濃度を薄くすることは、蓄積領域のｎ型層
の横方向拡散による不純物の濃度変化を打ち消すように
働く。それによって、読み出しゲート下のチャンネル内
の不純物濃度変化による電位の障壁の形成が抑圧される
ので、信号電荷が読み出しゲート下に残留することによ
り残像の発生を抑圧することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。本
発明の一実施例のニレ−ＣＣＵの模式的平面図は第２図
と同じであり、２次元的に配列された繰り返しセル部の
平面図で第１図である。第１図において、第３図と同一
機能を持つ構成要素は同一記号で示しである。本発明の
一実施例の繰り返しセル部の断面図は第４図と概略同じ
である。

第１図に示す本発明の一実施例が第３図に示す従来例と
異なるところは、チャネルストッパ２０の平面形状であ
る。読み出しゲート部２１のチャンネル幅を信−号電荷
転送方向に向かって広くしている。チャンネル幅が広い
ほどチャンネルストッパ２０のＰ十層の横方向拡散の影
響を少なく、チャネル内のｐ型不純物濃度は薄くなる。

これにより上記残像の発生原因である、蓄積領域１７の
ｎ型層２の横方向拡散によるチャネル内の不純物濃度変
化を打ち消すことができ、これにより残像発生を抑圧す
ることができる。

本発明の他の実施例を第７図を用いて説明する。

第７図に示す本発明の一実施例が第１図に示す実施例と
異なるところは、チャンネルストッパ２２の平面形状お
よび多結晶シリコン電極の構造である。チャンネルスト
ッパ２２の構造は第１図と同様、読み出しゲート部２５
のチャンネル幅を信号電荷転送方向に広くなるようにし
ている。これにより第１図に示す実施例の場合と同様、
残像抑圧の効果がある。本実施例では第１図と異なりチ
ャネルストッパ２２の平面形状に斜め線を用いることに
より読み出しゲート部２５のチャンネル幅を連続的に変
化できる。次に多結晶シリコン電極の構造の違いについ
てのべる。第１図に示す実施例との違いは新たに第３の
多結晶シリコン電極２３゜２４を設けたところにある。

ここで第３の多結晶シリコン電極は第１層目で形成され
る。第３の多結晶シリコン電極は第７図の斜線で囲まれ
た部分２３．２４である。第３の多結晶シリコン電極の
１つ２４は読み出しゲートの電極として、またもう１つ
の第３多結晶シリコン電極２３は素子分離用電極として
用いられている。これにより、垂直ＣＯＤレジスタ１５
．１６のパルス形状が簡単になる。また素子間の分離が
容易になる。なお、１００．１０１は垂直ＣＯＤゲート
電極である。

本発明の他の実施例を第８図を用いて説明する。

第８図に示す本発明の一実施例が第１図に示す実施例と
異なるところは、チャンネルストッパ２７の平面形状及
びブルーミング現象抑圧構造である。

チャンネルストッパ２７の構造は第１図と同様、読み出
しゲート部２９のチャンネル幅を信号電荷転送方向に広
くなるようにしている。これにより第１図に示す実施例
の場合と同様、残像抑圧の効果がある。本実施例では第
７図と異なり、チャンネルストッパ２７の平面形状に鋭
角を用いることにより製造ばらつきを少なくできる。次
にブルーミング現象抑圧構造の違いについて述べる。第
１図に示す実施例との違いは新たに透明電極３５、例え
ば多結晶シリコン薄膜やＩＴＯ（インジウムティン　オ
キサイド）などで形成されている、を繰り返しセル部の
１部もしくは全面に設けると共に、ストライプ状の、ｎ
十層３２と過剰電荷掃き出し用チャンネル部３３を設け
たところである。

なお、このチャンネル部３３のうち受光部３０寄りの１
部にｎ型層３４を設けている。第８図のＢ−Ｂ’の部分
の断面図を第９図に示す。第４図に示す従来例の断面図
と異なるところは、チャンネルストッパ４とフォトダイ
オードとなるｎ型層３８との間にｎ＋層３６を設け、こ
れらｎ型層３６．３８の間のチャンネル部３９のうちｎ
型層３８寄りにＰ型層３７が形成されているところであ
る。これらのｎ型層３６．３８とチャンネル部３９上に
は熱酸化膜８１を介して透明型ｊ＠４４が形成されてい
る。また、ｐ型ウェル層４３は一定の接合深さであり、
垂直ＣＯＤチャンネル部のｎ型ｒ！Ｉ４１を覆うように
ｎ型層４２が設けられている。

このＩＬ−ＣＣＤでは、フォトダイオードとなるｎ型層
３８で発生した過剰電荷を、透明電極４４の電位を制御
することにより、チャネル部３９を通してｎ十層３６に
掃き出し、ブルーミング現象を抑圧している。この方法
の採用により、フォトダイオードのＰ型ウェル層４３を
深くすることができ、感度を向上することができる。ま
た、ｎ型層３８の横方向拡散によるチャンネル３９内の
不純物濃度変化をｐ型層３７により打ち消すことにより
、透明電極４４を上記ブルーミング現象抑圧時より高い
電位を加え残留電荷なくフォトダイオードのｎ型層３８
より蓄積電荷をｎ◆層３６に掃き出すことができる。こ
れにより信号の蓄積時間を変え感度可変のいわゆるシャ
ッター動作を行うことができる。また、垂直ＣＯＤチャ
ネルのｎ型層４１をｐ型ウェル層４３より高濃度のｐ型
層４２で覆うことにより、不要な電荷がｎ型層４１に流
入するのを防ぎスメア現象を抑圧することができる。

本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。

第６図に示す本発明の一実施例が第８図に示す実施例と
異なるところは、読み出しチャンネル部５５の不純物構
造とブルーミング現象抑圧構造である。読み出しチャン
ネル部５５の不純物構造は、ｐ型層１５６の幅を信号転
送方向に向かって狭くしている。幅が狭いほど横方向拡
散の影響が大きく、チャンネル５５内のｐ型不純物濃度
は薄くなる。

これにより第１図に示す実施例の場合と同様、残像抑圧
の効果がある。なお１点線で囲まれた部分６２は素子分
離用ｐ十層である。次にブルーシング抑圧構造の違いに
ついて述べる。第８図に示す実施例との違いは、過剰電
荷掃き出しゲート６１を第３の多結晶シリコンで形成す
ると共に、過剰電荷掃き出しドレインとなるｎ十層６ｏ
を独立に設け、このｎ÷層６０とゲート６１を電気的に
接続することにより、開口部分５８を広げたところにあ
る。第６図のｃ−ｃ’の部分の断面を第１０図に示す。

第９図の実施例の断面図と異なるところは、過剰電荷掃
き出しドレインとなるｎ十層８３上の熱酸化膜８２を除
去することにより過剰電荷掃き出しゲート４７と接続さ
れているところである。また、フォトダイオードとなる
ｎ型層４９上にｐ十層４８が設けられている。これはシ
リコン・熱酸化膜８２界面が空乏化し暗電流が増加する
のを防止している。なお、４６は読み出しゲート電極、
４５は垂直ＣＣＤゲート電極である。

また、第６図において、過剰電荷掃き出しチャンネル部
５７内に、信号電荷転送方向に向かって幅を狭くなって
いるＰ型層５９を導入している。これにより、前述の読
み出しチャンネル５５の場合と同様、残像抑圧の効果が
ある。本例のＰ型層５９では前述の読み出しチャンネル
内のｐ型層５６と異なり、平面形状に鋭角を用いぬこと
により製造ばらつきを少なくできる。

本発明の他の実施例を第１１図を用いて説明する。第１
１図に示す本発明の一実施例が第６図に示す実施例と異
なるところは、過剰電荷掃き出しチャンネル内６４のｐ
型層６５の平面形状およびフォトダイオードとなるｐ十
層６８の平面形状である。過剰電荷掃き出しチャンネル
６４内のｐ型層６５は第６図と同じく蓄積領域６７から
信号転送方向に向かって幅を狭くしている。これにより
第６図に示す実施例の場合と同様、残像抑圧の効果があ
る。また、本実施例において、フォトダイオードとなる
ｐ十層６８の平面構造が読み出しチャネル部６：３人口
で抜かれ、その抜かれた部分の幅は読み出しチャンネル
６３の幅よりも狭くなっている。このｐ十層６８の横方
向拡散により読み出しチャンネル６３内において、信号
転送方向に向かってｐ型濃度が薄くなっている。これに
より第６図に示す実施例の場合と同様、残像抑圧の効果
がある。

以上、本発明の各実施例で述べてきた構造は、いずれの
実施例の読み出しチャンネル部や過剰電荷掃き出しチャ
ンネル部にも勿論適用できる。

この発明はフレームトランスファ方式ＣＯＤイメージセ
ンサやＭＯ５型イメージセンサやＣＰＤ型イメージセン
サ等、−次元センサ、２次元センサを問わず適用できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、読み出しチャンネルや過剰電荷掃き出
しチャンネルにおいて信号電荷転送方向に向かってｐ型
不純物濃度を薄くすることにより、チャンネル内の不純
物濃度の不均一性による電荷の澱みをなくすことができ
るので、残像抑圧の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の画素部の平面レイアウトを示
す図、第２図は従来例のＣＣＤ型固体撮像素子の回路構
成を示す図、第３図は第２図の画素部の平面レイアウト
を示す図、第４図は第３図のＡ−Ａ’線断面構造を示す
図、第５図は第４図を示す図、第９図は第８図のＢ−Ｂ
’線断面構造を示す図、第１０図は第６図のｃ−ｃ’線
断面構造を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光電変換素子と信号電荷読み出し素子とからなる画
   素のアレー、該画素のアレーを走査し順次および垂直走
   査素子を有する固体撮像装置において、上記信号電荷読
   み出し素子はＭＯＳ型トランジスタより成りこのトラン
   ジスタのチャンネル内に上記光電変換素子側から信号読
   み出し方向に向かつて電位のくぼみができないようにチ
   ャンネル内のｐ型不純物濃度を上記光電変換素子側から
   信号電荷読み出し方向に向かつて薄くすることを特徴と
   する固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記画素のアレー
   に新たに過剰電荷掃き出し用のＭＯＳ型トランジスタを
   設け、このトランジスタのチャンネル内のｐ型不純物が
   前記光電変換素子側から過剰電荷掃き出し方向に向かつ
   て薄くなつていることを特徴とする固体撮像装置。