JPH04137763A

JPH04137763A - Ｆｉｔ型固体撮像素子

Info

Publication number: JPH04137763A
Application number: JP2261317A
Authority: JP
Inventors: Koichi Harada; 耕一原田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-12
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3222457B2

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ＦＩＴ型固体撮像素子に係わり、特に、画素数
を多くするとともにサイズを小型化するものに用いて好
適なものである。

〈発明の概要〉本発明のＦＩＴ型固体撮像素子は、光信号電荷を生成す
るための受光部におけるゲート酸化膜の膜厚と、上記受
光部で生成された光信号電荷を一時蓄積するための蓄積
部におけるゲート酸化膜の膜厚とを異ならせることによ
り、上記蓄積部におけるＶレジスタの暗電流を増加させ
ることなく、上記受光部における■レジスタの取扱い電
荷量を増大させることが出来るようにして、開口率を大
きく保つことと、■レジスタの暗電流を増加させないこ
との両方を可能にしながらユニットセルサイズを微細化
出来るようにしたＦＩＴ型固体撮像素子である。

〈従来の技術〉例えば、ＴＶカメラ等の撮像素子として、ＦＩＴ型固体
撮像素子が用いられている。このような固体撮像素子（
以下ＣＯＤと記載する）は、電荷集積機能と転送機能と
の両方の機能を持つため、自己走査型撮像デバイスとし
て用いて好適なものである。

ところで、ＣＯＤを用いた撮像デバイスにおいて、ユニ
ットセルサイズが微細化されて行くと開口重が低下して
感度が下がってしまう問題があるまた、更にユニットセ
ルサイズの微細化が進とアルミニウムＡＬの開口部を加
工することが出来なくなってしまう不都合が発生する。

そこで、ユニットセルサイズを微細化し、なおかつ開口
面積を大きくするために、上記受光部における■レジス
タの単位面積当たりの取扱い電荷量を増加させ、その分
だけ上記Ｖレジスタの幅を細く形成することが考えられ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉上記■レジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増加
させるためには、例えばゲート酸化膜を薄（すればよい
。しかし、ゲート酸化膜を薄くすると、■レジスタの電
界が大きくなり、その結果暗電流が増加してしまう欠点
あった。

本発明は上述の問題点に鑑み、開口率を低下させたり、
或いは■レジスタの暗電流を増加させたりすることな（
ユニットセルサイズを小型化出来るようにすることを目
的とする。

〈課題を解決するための手段〉本発明のＦＩＴ型固体撮像素子は、光信号電荷を生成す
るための受光部と、上記受光部で生成された光信号電荷
を一時蓄積するための蓄積部とが設けられ、上記蓄積部
に蓄積された光信号電荷をライン毎に順次読み出すよう
にしたＦＩＴ型固体撮像素子において、上記受光部にお
けるゲート酸化膜の厚さと、上記蓄積部におけるゲート
酸化膜の厚さとを異ならせるようにしたものである。

〈作用〉光信号電荷を生成するための受光部における■レジスタ
のゲート酸化膜の膜厚と、上記受光部で生成された光信
号電荷を一時蓄積するための蓄積部におけるＶレジスタ
のゲート酸化膜の膜厚とを異ならせ、上記受光部におけ
る■レジスタの電界の強さと、上記蓄積部におけるＶレ
ジスタの電界の強さとを変えることが出来るようにする
。これにより、フレーム転送周波数を大きくすることに
より暗電流を小さくすることが可能な受光部は、ゲート
酸化膜の膜厚を薄くして電界を強めることにより、■レ
ジスタの単位面積当たりの取扱い電荷量を増大させる。

一方、蓄積部においては、ゲート酸化膜の膜厚を薄くシ
ないことによりその電界強度を抑えるようにして、暗電
流の増加を防止する。これにより、開口率を太き（保つ
ことと、■レジスタの暗電流を増加させないことの両方
を満足させながら、ユニットセルサイズの微細化を可能
にする。

〈実施例〉第１図は、本発明の一実施例を示すＦＩＴ型固体撮像素
子の模式的な平面図である。

第１図から明らかなように、実施例の固体撮像素子は受
光部１、蓄積部２、Ｈレジスタ３等により構成されてい
る。

受光部１は、光信号電荷を生成するために設けられてい
るもので、入射光量に比例した光信号電荷を生成して蓄
積部２に導出する。

蓄積部２は、受光部ｌから送られた光信号電荷を一時蓄
えるために設けられているもので、ここに蓄えられた光
信号電荷がＨレジスタ３を経て１ライン毎に順次読み出
される。

第２図の平面図に示すように、受光部１には画素を構成
する光信号電荷を生成するためのユニットセル４が所定
の配列に従って縦方向および横方向に複数個設けられて
いる。各ユニットセル４の表面はアルミニウムの膜６で
被われており、第２図および第３図に示すように、その
一部に開口部５が形成されている。

したがって、第３図に示すように固体撮像素子に照射さ
れた光１０は、開口部５から内部に入り、ゲート酸化膜
７を通ってＳｉ基板８に入射する。

開口部５の下側に位置するＳｉ基板８は、センサ部１１
として構成されていて、ここで入射光量に応じた量の光
信号電荷１２が生成される。

上記光信号電荷１２は、第３図中矢印で示すように、所
定のタイミングでもってＶレジスタ１３に導出される。

■レジスタ１３は、センサ部１１から与えられた光信号
電荷１２を垂直方向に、すなわち、第１図および第２図
において下方に転送する。このような光信号電荷１２の
転送は、ポリシリコンの電極１４に転送用電圧を加え、
Ｓｉ基板８中にポテンシャルの井戸を形成することによ
り行われる。なお、光信号電荷１２の転送中にも光が照
射されているため、それが転送部に入射すると偽信号電
荷が発生してしまい、これが再生画像を不鮮明にする原
因となる。これを防ぐために、上記したように受光部と
転送部とを分離するとともに、転送部をアルミニウムの
ｌｌ１６で被って偽信号電荷が発生しないようにしてい
る。

■レジスタ１３の単位面積当たりの取扱電荷量は、電界
の強さに応じて変化する。すなわち、取扱電荷量と各部
の寸法との関係は、単位面積当たりの容量をＣ１面積を
Ｓ、ゲート酸化膜７の厚さをｄとした場合、Ｃ−５＝ε・Ｓ／ｄ　　　　・・・・・・（１）となる
。したがって、単位面積当たりの取扱電荷量を増加させ
るためには、ゲート酸化膜７の厚さを薄＜シてＶレジス
タ１３に加えられる電界を強（するか、或いは面積Ｓを
大きくすればよいことがわかる。しかし、ゲート酸化膜
７を薄くすると、上記したように暗電流が増加する不都
合が発生する。

また、面積Ｓを大きくすると、ユニットセル４のサイズ
を小型化することが出来なくなったり、開口部を形成す
ることが出来なくなったりする不都合が発生する。

そこで、本実施例においては上記したような不都合なく
ｖレジスタ１３の取扱電荷量を増加させるために、第４
図の断面図に示すように、受光部１のゲート酸化膜の厚
さと蓄積部２のゲート酸化膜の厚さとを異ならせ、受光
部１のゲート酸化膜７ａを薄くするとともに、蓄積部２
のゲート酸化膜７ｂを受光部１のゲート酸化膜７ａより
も厚くしている。

このように、受光部１と蓄積部２とでゲート酸化膜の厚
さを異ならせることは、全体の構成をＭＯＮＯ３構造に
することにより、すなわち上から順にポリシリコン（十
Ｍ）膜、Ｓｔｏｗ膜、ＳｉＮ膜、Ｓｉｎ、膜、Ｓｉ基板
の順番になるように形成することにより容易に行うこと
が出来る。

これを、第４図の断面図に従って具体的に説明すると、
先ず、熱酸化等の方法によりＳｉ基板８上にゲート酸化
膜７を形成するとともに、その上側にＣＶＤ等によりＳ
ｉＮ膜を形成する。次いで、第４図中において破線で示
すように、蓄積部２のＳｉＮ膜を除去し、その後で、も
う−炭熱酸化を行う。この２回目の熱酸化工程において
は、ＳｉＮ膜がマスクとして作用するので、受光部１で
はＳｉＯ□膜はあまり成長しない。

一方、蓄積部２の場合は、５ｉＮＩＩｌｌが取り除かれ
て５ｉｎｔ膜が露出しているので、受光部１と比較して
格段と速い速度でＳｉＯ□膜を成長させることが出来る
。したがって、受光部１と蓄積部２とで、ゲート酸化膜
７の厚さを異ならせることが出来、例えば、受光部１の
ゲート酸化膜７ａの厚さＷ、を４５０人にするとともに
、蓄積部２のゲート酸化膜７ｂの厚さを、従来のＮＴＳ
Ｃ用のＣＯＤ固体撮像素子と同様に６６０人にすること
が出来る。

このようにして、ゲート酸化膜７ａの厚さを薄（するこ
とにより、受光部１の■レジスタ１３においては、取扱
い電荷量を大幅に増加させることが出来る。一方、この
場合、蓄積部２においては、ゲート酸化膜７ｂの膜厚を
薄くしていないので、暗電流が発生する不都合はない。

しかし、そのままでは蓄積部２の■レジスタ１３の取扱
い電荷量を多くすることが出来ない、そこで、本実施例
では蓄積部２の大きさは光学系によってあまり影響を受
けないことに着目し、蓄積部２の面積を大きくしてその
取扱い電荷量を多くするようにした。

蓄積部２の面積をどの程度大きくすればよいのかを試算
した結果を以下に示す。

すなわち、ゲート酸化膜の膜厚はＳｉ０ｇ換算で、受光
部１が４５０人で蓄積部２が６６０人なので、蓄積部２
の取扱い電荷量は、４５０÷６６０＝０．６８　　・・・・・・（２）とな
り、受光部１の取扱い電荷量の０．６８倍となる。した
がって、取扱い電荷量の不足分を増やすのをユニットセ
ルサイズを大きくすることで対応する場合、１十０．　６８！＝ｉ１．　５　　　・・・・・・（３
）なので、蓄積部２においてはピッチを約１．５倍にす
ればよいことになる。

そこで、これを受光部ｌのピッチが７．６でＭ積部２の
ピンチが５．０の成る集積回路に適用した場合について
試算してみると、７．６　＋５．ＯＸｌ、５／７．６　＋５．０″、１．
２・・・・・・（４）となる。すなわち、チップサイズ
の増大は２０％で済むことが判った。

ところで、ゲート酸化膜７ａの厚さを薄くすると、受光
部１においては暗ｔｉｌｉ！が増加する。しかし、実施
例の固体撮像素子はＦＩＴ型なので、フレームシフトの
周波数を高くすることにより、上記暗電流の大きさを所
望の大きさにまで小さくすることが出来るので、受光部
１において暗電流が増加しても問題は生じない。

〈発明の効果〉本発明は上述したように、光信号電荷を生成するための
受光部におけるゲート酸化膜の膜厚と、上記受光部で生
成された光信号電荷を一時蓄積するだめの蓄積部におけ
るゲート酸化膜の膜厚とを異ならせるようにしたので、
上記受光部における電界の強さと、上記蓄積部における
電界の強さとを変えるようにすることが出来る。これに
より、フレーム周波数を大きくすることにより暗電流を
小さくすることが可能な受光部は、ゲート酸化膜の膜厚
を薄くシて電界を強め、■レジスタの単位面積当たりの
取扱い電荷量を増大させてその幅を狭く出来るようにす
る。一方、蓄積部においては、ゲート酸化膜の膜厚を薄
くしないで電界強度を抑えるようにして、暗電流が発生
しないようにする。

これにより、上記受光部における開口率を大きく保つこ
とと、■レジスタの暗電流を増加させないことの両方を
満足させながら、ユニットセルサイズを微細化すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＦＩＴ型固体撮像素子の模式的な平面図、第２図は、受光部の部分拡大平面図、第３図は、第２図中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、第２図中Ｘ
−Ｘ線に沿う部分断面図第４図は、である。１・・・受光部。２・・・蓄積部。３・・・Ｈレジスタ。４・・・ユニットセル。５・・・開口部。１１・・・センサ部。１２・・・光信号電荷。１３・・・■レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】光信号電荷を生成するための受光部と、上記受光部で生
成された光信号電荷を一時蓄積するための蓄積部とが設
けられ、上記蓄積部に蓄積された光信号電荷を１ライン
毎に順次読み出すようにしたＦＩＴ型固体撮像素子にお
いて、上記受光部におけるゲート酸化膜の厚さと上記蓄積部に
おけるゲート酸化膜の厚さとを異ならせたことを特徴と
するＦＩＴ型固体撮像素子。