JPS58125962A - 固体撮像装置とその駆動方法 - Google Patents

固体撮像装置とその駆動方法

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JPS58125962A
JPS58125962A JP57008177A JP817782A JPS58125962A JP S58125962 A JPS58125962 A JP S58125962A JP 57008177 A JP57008177 A JP 57008177A JP 817782 A JP817782 A JP 817782A JP S58125962 A JPS58125962 A JP S58125962A
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JP
Japan
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substrate
layer
semiconductor
photoelectric conversion
buried layer
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Pending
Application number
JP57008177A
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English (en)
Inventor
Yasuo Ishihara
石原 保雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58125962A publication Critical patent/JPS58125962A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14887Blooming suppression

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

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】 本発明は電荷転送装置を用いた撮謙装m!に関するもの
である。
電荷転送装置tft用いた撮像装&l”t7し一ム転送
方式、インターライン転送方式と呼シれる方式が開発さ
れており、固体装置の%徴である小型、@獣、低消費電
力、高信頼性を柱に急速に発展してbる。しかし撮像装
置として電荷転送装置装置の利害得失を考えると、先に
述べた固体装置の利点の外、雑音、残像、焼き付き&等
では現在使用されている撮像管よ)優れているがプルー
ミング。
スミア現象(クロストーク)K大きな間llを残してb
る。
従来のインターライン転送方式による電荷転送撮像装置
は第1図に示すように同一電荷転送電極群で駆動する複
数りりの垂直シフトレジストlOと。
各垂直シフトレジスタのm−に隣接し、且つ互いに電気
的に分離された光電変換部11と、垂直シフトレジスタ
と光電変換部間の信号電荷転送を制御するトランス7ア
ゲートt@12°と、各垂直シフトレジスタの一端に電
気的結合した電荷転送水平シフトレジスタ13と、水平
シフトレジスタの一端vc*−q*mt検出する*mx
+がF&Jdbれている。第2図Ca)は第1図に示す
撮像装置における■−■繍上における断面を模式的に示
したものである。半導体基板15の主面に絶縁層16を
介して垂直シフトレジスタの電荷転送1を極17゜光電
変換部から垂直シフトレジスタへの信号電荷転送を制御
するトランスファゲート111c極18.基板半導体と
異った導電臘層19 CP−nlij1合)で構成され
る光電変換部が形成されており、光電変換部は隣接する
垂直シフトレジスタと、例えば基板不純物濃度より高い
不純物層をもつチャ本ルストップ領域20によって分離
されている。また、光電変換部以外は例えば金属層21
で光Aiされている。
このようなインターライン転送方式による撮像装置は、
光電変換部11で入射光緻に応じて蓄積した信号電荷を
、91えばトランス7アゲート12を介してそれぞれ対
応する垂直シフトレジスタlOへ転送する。垂直シフト
レジスタへ信号電荷転送した後、トランスファゲートが
閉じられ、光電変換部11は次の周期の信号電荷を蓄積
する。一方、垂直シフトレジスタ10へ転送された信号
電荷は並列に垂直方向に転送し、各垂直シフトレジスタ
の一水平ライン毎に、水平シフトレジスタ13に転送さ
れる。水平シフトレジスタへ送られた電荷は次の垂直シ
フトレジスタから信号が転送されて来る間に水平方向に
信号電荷を転送し電荷検出部14から信号として外部に
取り出される。
この様な従来の電荷転送撮像装置では、第2図(b)の
電位分布図で示すように光電変換部11以外のチャネル
ストップ領域20.またはトランス7アゲート電極との
境界に照射された党22は第2図(b)c示すように一
部隣接する垂直シフトレジスタへ流れ°込む。
光電変換部の電位井戸23外で信号電荷を発生した電荷
の一部は隣接する垂直シフトレジスタ24または光電変
換部に対応する垂直シフ)レジスタ25に流れ込む。ま
た光電変換部の主面に対して角度をもって入射する光は
半導体基板表面で夏射し絶縁層、多結晶シリコン等で形
成された電極層の中を多重反射しながら第21! (I
L)で示す断面の横方向に伝播してゆき、隣接する垂直
シフトレジスタ、及び各光電変換部に対応する垂直シフ
トレジスタ内で吸収され電荷群を発生させる。
この様な現象が、垂直シフ)レジスタで信号電荷を転送
している期間に起ると、各垂直ラインに照射されている
光量に応じて各垂直シフトレジスタに漏れる電荷の量が
異るため、各垂直ラインの平均光量差が、暗出力レベル
の差となって現われ一般にスミアと呼ばれる現象がみら
れる。もう一つの問題として第2図(c) K示す電位
分布図のように光電変換部に強匹元が入射し光電変換部
で蓄えられる最大電荷量以上の電荷が発生した場合。
その電荷は充電変換部のv1位井戸23からあふれ出し
隣接する垂直シフトレジスタの電位井戸24または光電
変換部に対応する垂直シフトレジスタの電位井戸25に
流れ込む、この現象は一般にプルーミング現象と呼ばれ
、撮l1ii像では白い線状のパターンになる。
本発明は上記の欠点を無くした新しい構造の固体撮f1
1装置とその駆動方法を提供するものである。
本lh男によれば半導体基板の主面に、前記基板と反対
の導WIL型管もつ埋込み層を部分的に形成し前配鳳込
み−を覆うように、前記基板主面全体に基板と反対の導
電型をもつ半導体層を形成し、埋込み鳩が形成されて込
ない前記半導体AIII/c光電変換素子群を形成し、
前記埋込み鳩が形成されているm把手導体層、罠光電変
換部からの信号を読み出す装置を設けることを特徴とす
る固体撮像装置と該固体撮は装置にお込て、少くとも前
記埋込み層のない領域の半導体層が完全に空乏化するの
に必要な逆バイアス電圧を前記半導体層と基板半導体に
印加することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法が得
られる。
前記本発明によれば、固体撮像装置のプルーミング・ス
ミアを完全に抑制、低減できる。
次に本発明の実施列について図面を用わて説明する。以
後本発明の実施列についてll!明を簡単にするために
Nチャネルの半導体装置について述べる。
aI3図は本@明の一実DIIA岡を示すもので従来ガ
で説明した第2図(a)と同様に、第1図に示す電荷転
送撮像装置の■−■線上の断面を模式的に示したもので
るる、第3図におりて第2図と同一機能をもつ領域は同
一記号で示しである。仁の第3図に示す実施列と第2図
(a)K示した従来ガとの違いは半導体基板26とN鷹
半導体基板上の一部KPfi場込み層27を形成した後
均−不純物#Ifを有するPg半導体層28が設けられ
て−ることKある。
Nll半導体26上に埋込み層及びPtl1半導体層を
形成する方法の一例について第4図を用いて説明する。
まず半導体基板26上に通常の写真食刻技術を用いて埋
込み層領域27に該当する部分にイオン注入法、または
熱拡散法によって高#度のP置不純物を拡散する(第4
図(a))。その後基板半導体と反対の導電種をもつP
fi半導体Jii28を、岡えば気相成長方法等によっ
て形成する。高層[PIl城込み層27はその後の熱処
理によってPfi半導体428へ拡散され第4図(b)
 K示すようKm込み鳩27.P型半導体層28′を形
成することができる。
次に本発明の実施列の動作について、説明する。
撮像装置としての基本的な動作は、第1図で示した従来
岡の撮像装置と同様であるため、第3図に示した本発明
の重要な要素であるP製埋込みNjI27P!1半導体
層2′8の動作について説明する。
g5a!Iは第3図に示す光電変換部on−ni纏上す
な線上光電変換部の深さ方向ot位分布を示してhる。
第6図の横軸は深さ方向の距離、縦軸は電位を表わして
いる。今第3図に示すチャネルストップ領域20の電位
を基準電位(この場合0ボルト)とする、トランスフア
ゲ−)18の電位を jV?G、)ランス7アグートの
閾値電圧をVrとすると、NI1%j!夏門部19はV
テo−V丁の電位でセットされる。またPfi半導体層
28と基板26に印加する逆バイアス電圧を曲線31で
示す低い電圧から、よ食高い逆バイアス電圧にすると曲
線32のようKP型型半体体層28シ完全空乏化する。
光電変換領域19tC光が照射され信号電荷が蓄積する
と1元電変換領域19の電位は曲!I32からJ111
1133のように小さくなってゆきilk終的には1l
ili34のように光電変換部19とPII領域27の
接合は順方向とな)、これ以上光電変換部19で発生し
た電荷はPW領域27Yr介して基板半導体26へ流れ
込む、すなわち11g3図で示すトランス7アゲート1
8直下、チャネルストップ領域20直下、および図示し
ていないが光電変換部19を轟む全ての領域の表面電位
より光電変換部19とPa1半導体層2Bで形成する接
合電位29が高くなるように基板半導体とP型中導体層
28に逆バイアス電圧を印加することによシ、光電変換
l!l119で発生する過剰電荷は完全に基板半導体へ
掃き出すことができる。この場合、基板半導体26の不
純物濃度Fipm半導体層28の不純物濃度より高いこ
とが望ましい、基板不純物濃度が高−と、前述の逆バイ
アス電圧のうちNl!基板内部て消費する電圧が小さい
ことと、pHJl込み層27からのフリンジ電界が小さ
くなることから。
逆バイアス電圧の低電圧化が可能になる。
この構造及び動作によって従来の欠点であり之プルーミ
ング現象を完全に抑制することができる。
一方、光電変換部でプルーミング抑制を行っている状−
Kかける罷直電荷転送領域す欧わち第3図に示す■−■
線上の電位分布を第6図に示した。
こoh直シフトレジスタlOは埋込みチャネルで構成さ
れている場合について記述しである。
曲線35は垂直電荷転送電極17に印加されているパル
スがハイレベルで垂直レジスタには信号電荷が存在しな
い状態での電位分布である0曲線35で示すように光電
変換部でブルーミング抑制を行う動作条件では、垂直シ
フトレジスタ10直下のFil領域28は完全に空乏化
するが、空乏層端が埋込み層27に到達すると、塚込み
鳩27の濃度が1%−ため、垂直シフトレジスタ直下の
P型堀込み鳩27は完全に空乏化することはない。
この実施列の場合、P置場28のf!A度は#1IIf
は少くともP型半導体層よ)1桁高いmrxが望ましi
、また基板半導体26の不純物11度は先に述べたよう
九P型半導体層の不純物aritよ〕^b機度である。
具体的には基板半導体はPfi牛導体層28の2倍から
10倍の濃度を持つことが望ましい。
第7図は、第3図における水平方向断面V−V線上の電
位分布を示したものである。元の開口部(光電変換部)
11厘下では曲線36で示されるように電位が高くなっ
て込るため、開口部の周辺で発生したiI′#IFi全
て光電変換部へ流れ込む、また、第3図に示す光電変換
領域11oPml半導体層28は完全に空乏化し゛てお
シ、P麿半専体層28から隣接する垂直シフトレジスタ
へは深さ方向のどの位瀘においても曲836で示すよう
な障壁があるため、拡散による電荷の漏れ込みはない。
このため第2Lm(b)で説明したいわゆるスミア現象
Ifitiとんど発生しない。
以上述べてきたように第3図に示した本実施列はブルー
ミング、スミア現象を大幅に低減できる。
以上本発明のsA施ガについてその構造と駆動法につい
て述べて来たが、感光素子と読み出し装置が対になって
構成される固体撮像装置には全て適用されるであろう、
tた43図に示す実施列での光電変換s19はMOSキ
ャノ(シタ111造で形成される素子でも良−0 また真ai91ではhチャネル置半導体灸皺について説
明したがiIl域の導電型を反対和すること工Pチャネ
ル半導体装置に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はインターライン転送方式による撮像装置1[D
構成図、第2図は、第1図に示すn−n線上の断面模式
図およびその直下の電位分布図を示している。第3図は
本発明の一実總岡を示す断面間で、第4図は本発明を構
成するための製作方法の一例を説明するための図である
。第5図、@6図e iE 7 図Id K 35fJ
 K 示t III −1t[−lv−■* ■−■線
上の電位分布を示している。 10は垂直シフトレジスタ、11は光電変換素子。 27はP聾埋込み鳩、28はP型半導体層である。 垢/記 集2)図 第4図 α) 雫乞国 隼乙国 ”     Zf    Zf     Z6−−−濱
ン方向 集7圓 1

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  半導体基板の主aid、前記基板と反対の導
    電fj1をもつ塚込み層を部分的に形成し、前記埋込み
    層を覆うように前記基板主面全体に基板と反対の4電鳳
    をもつ半導体層を形成し、前記埋込み層が形成されてい
    ない前記半導体層主面に光電変換素子群を形成し、vi
    記埋込み層が形成されてbる。 fIJ記半導体層上に前記光電変換素子からの信号を読
    み出す装置を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. (2)  前記基板半導体および前記埋込み層の不純物
    a度は、#I記半導体層の不純物i11[より高い特許
    請求の範囲第1項記載の固体撮像装置。
  3. (3)  半導体基板の主面に、前記基板と反対の導電
    a1をもつ埋込み層を部分的に形成し、前記埋込み層を
    覆うように前記基板主面全体に基板と反対の導電型をも
    つ半導体層を形成し、前記埋込み層が形成されていなり
    前記半導体層主面に光電変換素子群を形成し、前記埋込
    み層が形成されている前記半導体層上に、前記光電変I
    l!素子群からの信号を読み出す装aItを形成して成
    る固体撮像装置におりて、少くとも前記埋込み層が形成
    されてhない前記半導体!が完全に空乏化するに必要な
    逆バイアス電圧管前記半導体層と前記基板間に印加する
    ことを特徴とする固体撮像Satの駆動方法。
JP57008177A 1982-01-21 1982-01-21 固体撮像装置とその駆動方法 Pending JPS58125962A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8580595B2 (en) 2002-06-27 2013-11-12 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image sensing device and camera system the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5724576A (en) * 1980-07-22 1982-02-09 Toshiba Corp Solid state image pick up device

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