JPH0650774B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH0650774B2 JPH0650774B2 JP59113183A JP11318384A JPH0650774B2 JP H0650774 B2 JPH0650774 B2 JP H0650774B2 JP 59113183 A JP59113183 A JP 59113183A JP 11318384 A JP11318384 A JP 11318384A JP H0650774 B2 JPH0650774 B2 JP H0650774B2
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- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 101100115215 Caenorhabditis elegans cul-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像装置に関するものである。
（従来例の構成とその問題点） インターライン転送方式ＣＣＤは、その低雑音特性か
ら、固体撮像素子の有力な方式として開発が進められて
いる。特に光電変換部にＰＮ接合フォトダイオード（以
下ＰＤと略記する）を用いた素子は高感度であることが
知られている。
ら、固体撮像素子の有力な方式として開発が進められて
いる。特に光電変換部にＰＮ接合フォトダイオード（以
下ＰＤと略記する）を用いた素子は高感度であることが
知られている。
第１図は、インターライン転送方式ＣＣＤの全体構成図
を示したものであり、ＰＤ１に蓄積された信号電荷は、
垂直転送ＣＣＤ２及び水平転送ＣＣＤ３を経て、電荷検
知部４で検知出力される。
を示したものであり、ＰＤ１に蓄積された信号電荷は、
垂直転送ＣＣＤ２及び水平転送ＣＣＤ３を経て、電荷検
知部４で検知出力される。
以下、第１図のＡ−Ａ′線に沿った断面構造を示す第２
図(a)を用いて説明する。第２図(a)で、ＰＤ５はＮ＋層
で形成され、そこに蓄えられた信号電荷は、転送電極７
に電圧が印加されると、読出しゲートチャンネル８を通
って垂直転送ＣＣＤチャンネル６に転送される。このと
きの電位分布を示したのが第２図(b)である。ここで９
はＰＤ領域、10は読み出しゲートチャンネル領域、11は
垂直転送ＣＣＤチャンネル領域である。
図(a)を用いて説明する。第２図(a)で、ＰＤ５はＮ＋層
で形成され、そこに蓄えられた信号電荷は、転送電極７
に電圧が印加されると、読出しゲートチャンネル８を通
って垂直転送ＣＣＤチャンネル６に転送される。このと
きの電位分布を示したのが第２図(b)である。ここで９
はＰＤ領域、10は読み出しゲートチャンネル領域、11は
垂直転送ＣＣＤチャンネル領域である。
しかし、こうした従来例では、ＰＤ５が高濃度のＮ＋層
不純物層で形成され電子の密度が高いために、転送モー
ド時に、信号電荷が完全に垂直ＣＣＤチャンネル６に転
送されず、信号電荷の一部12が取り残されるという、い
わゆる不完全転送を生じる。この取り残し電荷は、ＰＤ
５の静電容量の大きさに比例する。取り残された信号電
荷は次回の読み出し時にまた読み出されるものとなり、
この現象により、再生画像で残像現象を生じるという不
都合が存在していた。
不純物層で形成され電子の密度が高いために、転送モー
ド時に、信号電荷が完全に垂直ＣＣＤチャンネル６に転
送されず、信号電荷の一部12が取り残されるという、い
わゆる不完全転送を生じる。この取り残し電荷は、ＰＤ
５の静電容量の大きさに比例する。取り残された信号電
荷は次回の読み出し時にまた読み出されるものとなり、
この現象により、再生画像で残像現象を生じるという不
都合が存在していた。
（発明の目的） 本発明は、上記従来技術の欠点を克服し、残像現象を著
しく低減することができる固体撮像装置も提供すること
を目的とする。
しく低減することができる固体撮像装置も提供すること
を目的とする。
（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明は、光電変換部に同
一導電型の高濃度不純物層N+)と低濃度不純物層(N-)を
共存させる構成を採っている。
一導電型の高濃度不純物層N+)と低濃度不純物層(N-)を
共存させる構成を採っている。
（実施例の説明） 従来例で述べた取り残される電荷量は、信号電荷読み出
し過程の終状態におけるＰＤの静電容量に強く依存し、
この静電容量が大きくなると取り残し量が多くなる。従
って、上記静電容量を小さくすることによって取り残し
量を少なくすることができる。その方法について、本発
明の第１の実施例を示す第３図を用いて説明する。
し過程の終状態におけるＰＤの静電容量に強く依存し、
この静電容量が大きくなると取り残し量が多くなる。従
って、上記静電容量を小さくすることによって取り残し
量を少なくすることができる。その方法について、本発
明の第１の実施例を示す第３図を用いて説明する。
第３図(a)は、第１の実施例の断面構造を示したもの
で、光電変換部はＰＤ5aで示されており、ＰＤ5aは、13
で示された低濃度不純物層領域（以下Ｎ−層と略記す
る）と、14で示され前記Ｎ−層より高濃度の不純物層領
域（以下Ｎ＋層と略記する）で構成されている。光電変
換部ＰＤ5aを除く箇所は従前と同じである。すなわち、
光電変換部ＰＤ5aに蓄積された信号電荷を転送するため
の転送電極７と、転送された信号電荷を受け入れる、例
えば垂直転送ＣＣＤチャンネル６が用意されている。
で、光電変換部はＰＤ5aで示されており、ＰＤ5aは、13
で示された低濃度不純物層領域（以下Ｎ−層と略記す
る）と、14で示され前記Ｎ−層より高濃度の不純物層領
域（以下Ｎ＋層と略記する）で構成されている。光電変
換部ＰＤ5aを除く箇所は従前と同じである。すなわち、
光電変換部ＰＤ5aに蓄積された信号電荷を転送するため
の転送電極７と、転送された信号電荷を受け入れる、例
えば垂直転送ＣＣＤチャンネル６が用意されている。
第３図(a)は断面図を示しているため、ＰＤ5aはＮ＋層1
4が独立した２つのＮ−層13で挟まれた形で示されてい
るが、実際の構造は、Ｎ−層13は互いに独立したもので
はなく、同一領域である。従って、Ｎ＋層14を真中にし
て左側と右側のＮ−層13の電位は相等しい。この構造に
おける読み出し時の終状態における電位分布を示したも
のが第３図(b)である。Ｎ−層13は、第３図(b)に領域1
6,17で示したように、信号電荷は全て読み出されてお
り、すなわち、空乏化状態に置かれている。シリコンの
場合Ｎ層が空乏化するための不純物濃度は3.13×1012cm
-2以下であることが必要である〔文献J.S.T.HUANG: ON
THE DESIGN OF ION IMPLANTED BURIED CHANNEL CHARGE
COUPLED DEVICES (BCCDs)(Solid-State Electronics,19
77vol 20,pp665-669)〕。
4が独立した２つのＮ−層13で挟まれた形で示されてい
るが、実際の構造は、Ｎ−層13は互いに独立したもので
はなく、同一領域である。従って、Ｎ＋層14を真中にし
て左側と右側のＮ−層13の電位は相等しい。この構造に
おける読み出し時の終状態における電位分布を示したも
のが第３図(b)である。Ｎ−層13は、第３図(b)に領域1
6,17で示したように、信号電荷は全て読み出されてお
り、すなわち、空乏化状態に置かれている。シリコンの
場合Ｎ層が空乏化するための不純物濃度は3.13×1012cm
-2以下であることが必要である〔文献J.S.T.HUANG: ON
THE DESIGN OF ION IMPLANTED BURIED CHANNEL CHARGE
COUPLED DEVICES (BCCDs)(Solid-State Electronics,19
77vol 20,pp665-669)〕。
Ｎ＋層14は、第３図(b)における領域15で示すように、
信号電荷の一部が残存し、空乏化していない。すなわ
ち、残留電荷が依然として存在するために、残像現象を
完全に抑止することはできない。しかし、空乏化した領
域Ｎ−層13は、転送すべき電荷Ｑがなく、その電位はゲ
ートチャンネル８の電位Ｖの変化に対しても不変である
から、読み出しの転送時には、１／Ｃ＝ｄＶ／ｄＱで表
わされる静電容量Ｃは信号電荷が残存しているＮ＋層14
とＰ基板との接合容量だけである。この場合の静電容量
は、ＰＤ全体がＮ＋層で形成された従前よりも大幅に低
減されるために、信号電荷がこの静電容量によって留め
られる、いわゆる信号電荷の取り残し量は著しく低減さ
れる。残留電荷が生じるか、そうでないかの差異は前に
も述べたようにＰＤの空乏化、すなわちその不純物濃度
に依存する。信号電荷の取り残し量をなくするには、Ｐ
Ｄ5aを低濃度領域で構成すればよい。しかし、不純物濃
度を低くすると、蓄積できる電子数が少なくなるので静
電容量が小さくなり、飽和特性が低下する。すなわち、
ダイナミックレンジが狭くなるので好ましくない。従っ
て、第３図(a)に示したＮ−層13とＮ＋層14の大きさの
関係は、ＰＤにおける信号電荷の取り残し量とダイナミ
ックレンジの兼ね合いで決めることになる。
信号電荷の一部が残存し、空乏化していない。すなわ
ち、残留電荷が依然として存在するために、残像現象を
完全に抑止することはできない。しかし、空乏化した領
域Ｎ−層13は、転送すべき電荷Ｑがなく、その電位はゲ
ートチャンネル８の電位Ｖの変化に対しても不変である
から、読み出しの転送時には、１／Ｃ＝ｄＶ／ｄＱで表
わされる静電容量Ｃは信号電荷が残存しているＮ＋層14
とＰ基板との接合容量だけである。この場合の静電容量
は、ＰＤ全体がＮ＋層で形成された従前よりも大幅に低
減されるために、信号電荷がこの静電容量によって留め
られる、いわゆる信号電荷の取り残し量は著しく低減さ
れる。残留電荷が生じるか、そうでないかの差異は前に
も述べたようにＰＤの空乏化、すなわちその不純物濃度
に依存する。信号電荷の取り残し量をなくするには、Ｐ
Ｄ5aを低濃度領域で構成すればよい。しかし、不純物濃
度を低くすると、蓄積できる電子数が少なくなるので静
電容量が小さくなり、飽和特性が低下する。すなわち、
ダイナミックレンジが狭くなるので好ましくない。従っ
て、第３図(a)に示したＮ−層13とＮ＋層14の大きさの
関係は、ＰＤにおける信号電荷の取り残し量とダイナミ
ックレンジの兼ね合いで決めることになる。
第１の実施例では、ＰＤ5aにＮ−層13を採用したため
に、ＰＤ5aの静電容量が小さすぎるとダイナミックレン
ジが狭くなるという不都合が生ずる。この場合には、第
４図に示す第２の実施例のように、ＰＤ5bの表面にＰ層
18を形成すればよい。この場合Ｐ層18との接合面がその
静電容量に寄与するため、ダイナミックレンジを増すこ
とができる。そればかりではなく、ＰＮ接合面が表面側
にも形成されるため、短波長感度が向上するというメリ
ットがある。また、第１の実施例では、Ｎ−層13の表面
が空乏化状態のため、暗電流が発生しやすいが、第２の
実施例では表面がＰ層18で覆われているため、暗電流が
発生しにくいという利点がある。なお、Ｎ＋層14の表面
にＰ層18がなくてもかまわない。
に、ＰＤ5aの静電容量が小さすぎるとダイナミックレン
ジが狭くなるという不都合が生ずる。この場合には、第
４図に示す第２の実施例のように、ＰＤ5bの表面にＰ層
18を形成すればよい。この場合Ｐ層18との接合面がその
静電容量に寄与するため、ダイナミックレンジを増すこ
とができる。そればかりではなく、ＰＮ接合面が表面側
にも形成されるため、短波長感度が向上するというメリ
ットがある。また、第１の実施例では、Ｎ−層13の表面
が空乏化状態のため、暗電流が発生しやすいが、第２の
実施例では表面がＰ層18で覆われているため、暗電流が
発生しにくいという利点がある。なお、Ｎ＋層14の表面
にＰ層18がなくてもかまわない。
次に第３の実施例を、第５図を用いて説明する。固体撮
像素子には、過大光量が入射した場合に、過剰電荷があ
ふれ出すことによって生じるブルーミング現象がある。
この対策として、第５図に示すように、Ｎ基板上にＰウ
ェル19を形成し、その中に、ＰＤ5c、垂直転送ＣＣＤ６
等を形成する方法が用いられる。このとき、ＰＤ5cの下
のＰウェルは、垂直転送ＣＣＤ６の下のＰウェルより浅
く、若しくは低濃度で形成し、Ｐウェル19とＮ基板の間
に逆バイアス電圧20を印加し、ＰＤ5cの下のＰウェルを
空乏化状態とすることによって、ＰＤ5c内の過剰電荷を
Ｎ基板に流し去る。このときＰＤ5cがＮ−層だけで形成
されている場合は、上に述べた過剰電荷の排出を制御性
よく製造することは困難である。これに対し、第５図に
示すようにＮ＋層14を形成することによって、該Ｎ＋層
の下のＰウェル19から過剰電荷を排出する素子を制御性
よく製造することができる。
像素子には、過大光量が入射した場合に、過剰電荷があ
ふれ出すことによって生じるブルーミング現象がある。
この対策として、第５図に示すように、Ｎ基板上にＰウ
ェル19を形成し、その中に、ＰＤ5c、垂直転送ＣＣＤ６
等を形成する方法が用いられる。このとき、ＰＤ5cの下
のＰウェルは、垂直転送ＣＣＤ６の下のＰウェルより浅
く、若しくは低濃度で形成し、Ｐウェル19とＮ基板の間
に逆バイアス電圧20を印加し、ＰＤ5cの下のＰウェルを
空乏化状態とすることによって、ＰＤ5c内の過剰電荷を
Ｎ基板に流し去る。このときＰＤ5cがＮ−層だけで形成
されている場合は、上に述べた過剰電荷の排出を制御性
よく製造することは困難である。これに対し、第５図に
示すようにＮ＋層14を形成することによって、該Ｎ＋層
の下のＰウェル19から過剰電荷を排出する素子を制御性
よく製造することができる。
上記実施例はいずれもインターライン転送ＣＣＤで示し
たＰＮ接合フォトダイオードを光電変換部として用いる
撮像素子ならば、もちろん有効である。
たＰＮ接合フォトダイオードを光電変換部として用いる
撮像素子ならば、もちろん有効である。
（発明の効果） 以上のように、本発明は、光電変換部に高濃度不純物層
と低濃度不純物層とを共存させる構造とすることによっ
て、高濃度不純物層により静電容量の大きさを保つこと
で、ダイナミックレンジの低下を抑止し、さらに、低濃
度不純物層で構成することで、信号電荷転送時の取り残
し電荷を排除して残像現象を大幅に改善することができ
るので、その実用的効果は大なるものがある。
と低濃度不純物層とを共存させる構造とすることによっ
て、高濃度不純物層により静電容量の大きさを保つこと
で、ダイナミックレンジの低下を抑止し、さらに、低濃
度不純物層で構成することで、信号電荷転送時の取り残
し電荷を排除して残像現象を大幅に改善することができ
るので、その実用的効果は大なるものがある。
第１図は、インターライン転送ＣＣＤの構成図、第２図
(a)は、従来例の要部断面構造を示す図、第２図(b)は、
その電位分布図、第３図(a)は、本発明の第１の実施例
の要部断面構造を示す図、第３図(b)は、その電位分布
図、第４図は、本発明の第２の実施例の要部断面構造を
示す図、第５図は、本発明の第３の実施例の要部断面構
造を示す図である。 １…フォトダイオード、２…垂直転送ＣＣＤ、３…水平
転送ＣＣＤ、４…電荷検知部、5a,5b,5c…ＰＤ、６…垂
直転送ＣＣＤチャンネル、７…転送電極、８…読み出し
ゲートチャンネル、13…低濃度不純物層（Ｎ−層）、14
…高濃度不純物層（Ｎ＋層）、19…Ｐウェル。
(a)は、従来例の要部断面構造を示す図、第２図(b)は、
その電位分布図、第３図(a)は、本発明の第１の実施例
の要部断面構造を示す図、第３図(b)は、その電位分布
図、第４図は、本発明の第２の実施例の要部断面構造を
示す図、第５図は、本発明の第３の実施例の要部断面構
造を示す図である。 １…フォトダイオード、２…垂直転送ＣＣＤ、３…水平
転送ＣＣＤ、４…電荷検知部、5a,5b,5c…ＰＤ、６…垂
直転送ＣＣＤチャンネル、７…転送電極、８…読み出し
ゲートチャンネル、13…低濃度不純物層（Ｎ−層）、14
…高濃度不純物層（Ｎ＋層）、19…Ｐウェル。
Claims (3)
- 【請求項１】一導電型不純物領域内に形成された反対導
電型領域の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された
信号電荷を転送する転送電極と、前記転送された信号電
荷を受け入れる領域とを有する固体撮像装置において、
前記光電変換部は、不純物濃度の低い第１の領域と、前
記第１の領域と同一導電型でそれよりも不純物濃度の高
い第２の領域とによって構成されていることを特徴とす
る固体撮像装置。 - 【請求項２】前記光電変換部の表面に、前記一導電型不
純物領域と同一導電型不純物層が形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の固体撮像装
置。 - 【請求項３】前記一導電型不純物領域が反対導電型基板
内に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
(1)項若しくは第(2)項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113183A JPH0650774B2 (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113183A JPH0650774B2 (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257566A JPS60257566A (ja) | 1985-12-19 |
| JPH0650774B2 true JPH0650774B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=14605653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59113183A Expired - Lifetime JPH0650774B2 (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650774B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6255960A (ja) * | 1985-09-05 | 1987-03-11 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPS6318665A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-26 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPH07112054B2 (ja) * | 1988-03-08 | 1995-11-29 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JPH04260369A (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-16 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57173273A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-25 | Nec Corp | Solid-state image pickup device |
| JPS58142682A (ja) * | 1982-02-18 | 1983-08-24 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
| JPS59202662A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-16 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
-
1984
- 1984-06-04 JP JP59113183A patent/JPH0650774B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57173273A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-25 | Nec Corp | Solid-state image pickup device |
| JPS58142682A (ja) * | 1982-02-18 | 1983-08-24 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
| JPS59202662A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-16 | Sharp Corp | 固体撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60257566A (ja) | 1985-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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