JPS595787A - 最小フイ−ルド領域ｃｃｄ影像装置 - 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】 発明の分野 本発明は（ａ）挟チャネルＣＯＤ効果を最小に、従って
高ｖ！ｊｐｉａａＤ設計を可能とし、（ｂ）周辺フィー
ルド領域からの暗電流寄与を減少するため従来のフィー
ルド分離の代りにイングランド分離を用（またＣＣＤ集
積回路に関係する。

発明の背敢 ［ポリシリコン分離センサ構；Ｔｉ　Ｊと瑣する米国特
許出騨１第３４９，４１１号はフィールドイングランド
及びフィールド酸化層を除去するためにポリシリコン分
離を用いた他にない光ダイオード・センサ構造を記述し
ている。ポリシリコン層はｎ＋光ダイオード・センサ構
造を分離するために用いられる。このポリシリコン（多
結晶シリコン）層は、閾値強化インブラン）（ｐ型）を
受けた薄いｒ−）酸化層上に成長される。

光ダイオード影像装置の光１一部を定める際に電界分離
の代りに多結晶シリコンを用いると、フィールド領域の
烏のくちばし域に生じる暗電流を除去可能である。しか
しながら、この技術はｎ＋　ダイオード域を画成するた
めにのみ適用可能である。

実際には、ＣＣＤ集積回路は表面チャネル又は埋込チャ
ネル５Ｍ工Ｓコンデンサのどちらかを常に含む。

実例にはＣＯＤ影像装置のＭ工Ｓセンサ及び記情部とｓ
ｐｓ　（直列−並列−直列）メモリの記憶コンデンサが
ある。現在の所このようなＭ工８００Ｄ構造の一般的な
分離技術は従来のフィールド分離、すなわち局所フィー
ルド嘴体に続くｐ＋　フィールド・イングランドである
。この分離方法はＯＯＤ回路設計に２つの主要な問題を
与える。第１に鳥のくちばし状侵入と縁フィールド効果
のため、ＣＯＤのチャネル電位はチャネル幅が減少する
につれて一定とはならず、従ってＭ工Ｓ構造の密度の増
加に対して制限を課す。第２に、これはＭ工Ｓ記憶への
相当な周辺漏れ電流を与える。上述の「ポリシリコン分
離センサ構造」の技術は、これがダイオード（例えはｎ
”　−ｐ　）域のみを定めるためＯＣＤのＭ工Ｓ構造用
のフィールド分離を除去するためＫは適用で　　゛ない
。

発明の要旨 本発明によると、ｆｉ離用のフィールドイングランド及
び電界酪化を必要としないＭ工Ｓ構造体が開示される。

インブラント・マスクを用いることによりポリシリコン
・ｒ−）下に電位井戸が作成可能である。従って、埋込
チャネルＣＯＤ影像器・の光感部の場合のように電荷転
送チャネルのアレイを定めるためＫは、埋込チャネル・
インブラント・マスクが用いられる。強化閾値を有する
第１ポリシリコン基板型Ｍ工Ｓにより分離される第１ポ
リシリコン埋込チャネル型Ｍ工Ｓにより光感部が形成さ
れる。イングランド分離の概念は適切なインブラント・
マスク段階を用いて表面チャネルＣＯＤにも適用可能で
ある。この概念に従うと、従来のフィールドイングラン
ドとフィールド酸化分離はＣＯＤアレイの外側のみ、及
び増幅器のような周辺回路のみで必要となる。従って、
本明細書で記述するのはイングランド分離によるＭ工Ｓ
（金属絶縁体半導体）センサを用いた埋込チャネルＣＯ
Ｄ線形影像アレイである。さらに、光ダイオード・セン
サを有するＣＯＤ影像アレイへのイングラフト分離ＭＩ
Ｂ記憶榊造も説明される。イングランド分離を用いてフ
ィールド領域を最小とする概念は上記２例のみならず、
ＴＤ工（時間遅延及び積分）、前影像装置、ｓｐｓ　（
直列−並列−直列）メモリ、ダイナミックＲＡＭ　（ラ
ンダム・アクセス・メモリ）セルのようなｃａｎダイナ
ミック回路に適用可能である。

本発明をより完全に理解するため、図面と関連して以下
の詳細な説明を参照されたい。

詳細な説明 第１図は光感部と転送域を定めるためのイングランド・
マスクを有する金属絶縁体半導体（Ｍ工Ｓ）センサ・ア
レイを示す。極限まで詳細に示していないが、第１図の
構造の全てがその上に成長又は蒸着される基板１０は集
積回路に通常用いられる型のｐ型シリコン材料である。

ｐ型シリコン材では、電荷キャリヤはｎ型すなわち電子
である。ｐ型、すなわち空孔キャリヤのｎ型シリコンも
利用可能である。この分野のこれ以上の背屓には、ジョ
ン・ウィリー・アンド・サンズ社による１９７９年発行
のＭ、、Ｔ、Ｈｏｗｅｅ他編筒のＣｈａｒｇｅ　ＯＯｕ
ｐｌＭＤｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓと題す
る本を参照されたい。

光感域はシリコン基板１０の表面に蒸着されたデート酸
化物により定められる。次いで、８字形埋込チャネル・
イングランド・マスクの使用により、本発明の原理に従
って埋込チャネル・インダラントが実行される。すなわ
ち、埋込チャネル・インブラント・マスク１４の使用に
より、埋込チャネルがインブラントされる区域に光感部
が定められる。インノラント埋込チャネルは例えは、イ
オン化した時に光感域の表面に沿って一定の負電荷を与
えるイングランドされる砒禦又は燐イオンの薄層を含む
。従って第１図では、上述したような埋込チャネル・イ
ングランドを有する光感域１６．１８，２０，２２．２
４が見られる。埋込チャネル・インブラント・マスクに
より定められたＳ半載１４の上下外縁部を除いた第１図
に示す全光１＝域上には多結晶シリコンの層３０がある
。

この層は第１ポリシリコン層と名付けられる。光感環上
のこの第１ポリシリコン層は、光感域の金属絶縁体半導
体構造を画成し、ここでポリシリコン層は金属層、絶縁
層はデート酸化物１２であり、一方半導体は上述のシリ
コン基板１０である。埋込チャネル・インブラント分離
技術を用いると、影像センサ・アレイには望ましくない
暗電流を減少させる。

光感部の下に蓄積された′重荷を外方境界シフトレジス
タへ転送するため、全体が台形で画成されるフィールド
酸化物３４．３６．３８が図示の区域のシリコン表面に
成長される。従って、発生した電子を光感域の上のシフ
トレジスタまでシフトする光感域１８．２２に対しては
、台形部３６゜３８が光感域の下のシフトレジスタへの
電子の混入をさらに分離し阻止する。例えば光感域１６
゜２０．２４の上には約１ミクロン厚の同様の厚いフィ
ールド酸化物の台形域が配置されて、上部シフトレジス
タ域への電子混入からこれらの光感部を分離している。

下部シフトレジスタへの移動路に沿って信号が台形部間
で下方に転送される時、厚いフィールド酸化物の台形部
３４，３６．３８は又光感部１６，２０．２４からの情
報信号を含む電子の移動路をさらに画成する。特に、台
形部３４．３６は下部シフトレジスタ６への移動路に沿
った光感部１６からの蓄積電荷の移動路を正確に画成限
定し、一方台形部３６．３８は例えば光感部２０の下に
蓄積された信号電子の移動路を画成限定する。正常動作
時にはＣＣＤシフトレジスタは連続的にクロックされて
いるため、フィールド酸化物３４，３６．３８の小域に
発生した暗電流は影像装置の過剰漏れ電流成分を生じな
い。

第１ポリシリコン層３０を映像センサの表面に蒸着する
時に、矩形域４２．４４．４５も蒸着して、厚いフィー
ルド酸化台形域３４．３６．３８のいくつかの重要な区
域に重ね合せているのが示されている。これは、２進又
は４進のどちらの形態であれ、光感域からムＦのシフト
レジスタへの蓄積電荷の移動路を正確に画成することを
保証する。第２ポリシリコン層５０は第１ポリシリコン
層上に蒸着されて酸化物の絶縁層により分離され、転送
デート５０を含む。この転送デート５０は光感部の下の
電子な上下のシフトレジスタへ通常の方法で転送するた
めに用いられる通常の技術である。番号５６と５８．６
０と６２．６４と６６は第１ポリシリコンの区域上の第
２ポリシリコンの区域を表わし、光感域４から並列で受
信した情報を転送してＣＯＤシフトレジスタ域６から直
列方向にシフト出力されるために用いられる通常のシフ
トレジスタを表わす。

第２ａ図は第１図の光感域のようなインゾラント分離埋
込チャネルＣＯＤ　（ＢＣＯＤ）　　の概略図である。

ポリシリコン層は埋込チャネル・インブランド・マスク
により定義される埋込チャネル域を覆っているのが図示
されている。ＢＯＯＤ　間には従来のフイールドインゾ
ラントやフィールド酸化物分離は用いられていない。又
これにはチャネル幅がＷｌから多くの高密度００Ｄ回路
設計に必要なようなより小寸法のＷ２　　へ狭まってい
る場合も示されている。第２ｂ図はＣＯＤチャネルの幅
に対する電子電位の関係図である。電子電位のピークは
埋込チャネル・イングランドがマスクされた区域に対し
て生じている。電子電位のピークがあることは、インブ
ラント域がＣＯＤチャネルとして記述した区域の電荷移
動を十分定義し限定していることを示している。高電界
インブラントによる縁電界と局所電界酸化による鳥のく
ちばし侵入により、第２Ｃ図に示すようにＣＯＤチャネ
ルがＷｌからＷ２へ狭まるにつれて最小電位が著しく減
少する。しがし竜から、インブラント分Ｍ　ＣＯＤでは
、従来のフィールド分離と比較してチャネルがｗｌがら
ｗ２へ挟まった時にＯＱフチャネル内の電位が相対的に
一定に保持可能であることを実験は示している。これは
００Ｄ密度の増加を可能とする本発明に記述した概念の
第１の主要な利点でおる。特別な応用例には４進影仔ア
レイの内部シフトレジスタから外部シフトレジスタへの
電荷転送域、アナログ・メモリの【Ｋ列−並列及び並列
−直列転送域、ＴＤ工形影像装置区域影像装置がある。

第２の主オな利点は暗電流の非一様性の減少である。第
２図で説明した理論はインブラント・マスクの適切な置
換により表面チャネルＯＯＤにも成立する。

第６図は同様ではあるが異なった原理を用いた本発明の
実施例を図示する。第３図は第１図に関連して図示説明
したシリコン基板と同様の基板２００を図示する。すな
わち、基板２００は信号キャリヤが電子を含むｐ型シリ
コン材を含む。第５図の光感部は矩形２０２から２１２
である。これらの光感域は光ダイオード型の構造で、例
えば砒素又は燐がシリコン基板にインブラントされる。

従って第６図の光感部は第１図のＭ工８センサに対して
光ダイオード・センサである。これは外部光源の照射に
より信号の発生時に用いられる過大な電子を発生する。

全４返から光ダイオード城２０２から２１２を取囲み、
これを覆っていないのは第１ポリシリコン層２４０であ
る。第１ポリシリコン層２４０を蒸着する前に、埋込チ
ャネル・インブラント・マスク２２０を用いて埋込チャ
ネルＣＣ］）域２２６から２３６を画成する。インブラ
ント・マスク２２０はＳ字形で、光感域の上又は下を交
互に区域２２６から２３６をマスクしない。

従って、再び光ダイオード・センサ域２０２から２１２
は第１ポリシリコン・デート２４０の矩形穴内に形成さ
れ、第１ポリシリコン基板型素子構造により互いに分離
されている。各光ダイオード・センサは、第１ポリシリ
コン基板型素子構造により互いに分離されているＭ工Ｓ
第１ポリシリコン埋込チャネル記憶ｒ−）　２２　Ｇか
ら２３６に、付随している。

第６図の照射光は光ダイオード域２０２〜２１２へ向け
られ、埋込チャネルか配置されている区域には向けられ
ていない。２０４，２０８，２１２で発生された信号は
まず付随するＭ工Ｓ記憶ｒ−１・２２８．２３２．２３
６下に記憶され、次いで転送デート２５０を介してＣＯ
Ｄレジスタ２ｔｉθへ並列転送される。転送ゲート２５
０下の叫込ザヤネルＣＯＤは再びインブラント分離マス
クにより画成される。従って第６図では、インブラント
分厭は光ダイオード、Ｍ工Ｓ記憶部、転送域からフづ−
ルド分離を除去する作用を果たす。回路活度がｊ四人し
てチャネル幅が狭まってもこれは殆んど一定のチャネル
′醋位を保持する。これは又暗電流の非一様性を減少す
る。第６図の光感影像装置上の区域は以下に示す影像装
置と同様の転送グ゛−１−と記憶ダートを有するが、図
示の都合上省略しである。

００Ｄレジスタ２６０は第１図に関連して図示説明した
ＣＯＤシフトレジスタと同様の分離技術を含む。すなオ
〕ち、転送ｒ−）　２５０は、第１ポリシリコン層にま
たがり、絶縁体としての２ｇ！化シリコンの層により分
離されているｍ２のポリシリコン層を含む。各々の光感
域からの信号の完全な分離をはかるため、フィールド酸
化層２７０．２７２゜２７４がシリコン・チップの表面
上に成長され、光感域かうａｃ：ｏ出力シフトレジスタ
２６０への信号の移動路を分離しさらに指示を与える。

受信位置２８０．２８２，２８４は上述のように転送ゲ
ート２５０を介して、かつフィールド酸化層２７０゜２
７２．２７４により定められかつ指示される光感域から
のこれらの信号を受信する。中間記憶域２８８．２９０
は、ＣＯＤシフトレジスタ２６０がクロックされてレジ
スタ域から信号を転出するにつれてレジスタ域２８Ｑ、
２８２．２８４により光感域から受信し記憶された信号
を受信するために設けられる。中間記憶域２８８，２９
０に加えて区域２８０．２８２，２８４はシリコン基板
上直接の２酸化シリコンのデート酸化層上に蒸着された
第１ポリシリコン層を介して第１図に示したものと同様
の技術により形成可能である。転送デ−）２５０を用い
て光感域からの信号を並列にシフトレジスタ２６０へ転
送したように、転送ｒ−）３０２，３０４，３０６，３
０８，３１０を転送ｒ−）として用いて、シフトレジス
タをクロックしてレジスタからの信号を外部後続回路へ
転送する時に第６図に示すように右側へ直列的に信号を
転送する。転送ｒ−）　２５０と直列転送デート３０２
〜３１０は何のインノラントも用いない第２ポリシリコ
ン層又はボロン・インノラントのみを用いた第２ポリシ
リコン層を用いて分離されている第２ポリシリコン層を
含む。このようにして第６図に示す全影像装置ではフィ
ールドインノラントの要求は極めて最小に縮減される。

第６図に関連して図示説明してきた影像装置の利点は、
フィールドインノラントの除去、暗信号非一様性の減少
、電荷処理能力の増加、第１図より簡単化された設計で
ある。

本発明は特定の実施例に関連して記述してきたが、本発
明の真の要旨と範囲から逸脱することなく当業者には各
種の変更を行ない、その要素に等何物を買換できること
を理解されたい。加えて、本発明の基本的教示から逸脱
することなく多くの修正を施しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光感部と転送デートを定めるために用いられた
インク０ラント・マスクを有するＭ工Ｓ［１の上面図で
ある。第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図は埋込チャネル・
インノラント・マスクを利用した多結晶シリコン下に形
成される電位井戸を示す説明図である。第６図は本発明
を用いた最小フィールド領域光ダイオードＣＯＤ影像装
置を示す。 代理人　浅　村　　　　皓 ＦＩＧ、　２σ ／シフブラント・マスク ＦＩｏ、　２ｃ ＦＩＧ、　３ ４６０−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　シリコン基板と、 前記シリコン基板に成長したゲート酸化物層と、前記層
   上の複数個の光感域であって、埋込チャネル・インブラ
   ントにより画成され、前記イングランドは埋込チャネル
   ・インブラント・マスクによりマスクされていない前記
   層上の区域に形成されている前記複数個の光感域と、 前記光感域の上下周縁部を除いてその大部分の上に載置
   した第１多結晶シリコン層と、前記多結晶シリコン層、
   デート酸化層、前記シリコン基板が金属−絶縁体半導体
   型式の構造を含む最小フィールド領域００Ｄ影像装置。
2. （２）　　シリコン基板と、 前記シリコン基板上の光ダイオード型の複数個の光感域
   であって、過剰信号キャリヤがシリコン基台に発生する
   前記複数個の光感域と、埋込チャネルＣＯＤ域をマスク
   しないイングランド分離マスクと、 前記光１ｅ域を取囲む区域のデート酸化物層とその□次
   の第１多結晶シリコンの層であって、前記層は口１記光
   感域を瞳ってはいないが、イングランド・マスクと１つ
   おきの光感域の下の区域と中間の光感域の上の区域とに
   より画成される区域を覆い、前記区域は埋込チャネル・
   イングランドによりイングランドされて各光感域の下で
   発生した信号の転送を収納する前記Ｐ−）酸化物音と第
   １多結晶シリコンの層と、前記多結晶シリコン層、前記
   ｒ−１−酸化物層、前記シリコン基板かつ金属−絶縁体
   一半導体型の構造を含む最小フィールド領域００Ｄ影像
   装置。