JPS6134263B2 - - Google Patents

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JPS6134263B2
JPS6134263B2 JP55098549A JP9854980A JPS6134263B2 JP S6134263 B2 JPS6134263 B2 JP S6134263B2 JP 55098549 A JP55098549 A JP 55098549A JP 9854980 A JP9854980 A JP 9854980A JP S6134263 B2 JPS6134263 B2 JP S6134263B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
image sensor
signal charges
semiconductor layer
semiconductor
Prior art date
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Expired
Application number
JP55098549A
Other languages
English (en)
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JPS5723282A (en
Inventor
Nobuo Suzuki
Koichi Sekine
Tetsuo Yamada
Hiroshige Goto
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP9854980A priority Critical patent/JPS5723282A/ja
Publication of JPS5723282A publication Critical patent/JPS5723282A/ja
Publication of JPS6134263B2 publication Critical patent/JPS6134263B2/ja
Granted 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

Landscapes

  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体イメージセンサに係り、特にセ
ンサの解像度が高く且つブルーミング抑止効果の
大きな特性を有する固体イメージセンサに関す
る。
例えば電荷転送デバイスで代表される固体イメ
ージセンサは近年急速に且つ広範囲に亘つて使用
されつつある。この種固体イメージセンサにおい
てはその解像度とブルーミング抑止効果に関する
特性が特に重要視されている。この中で解像度が
劣化する主な要因としては例えば固体イメージセ
ンサが受光した時に感光画素を透過した光により
半導体基板内部で発生したキヤリアが拡散により
隣接した感光画素に蓄積するという現象に基づく
ものである。またブルーミングの発生も前記と同
様にして例えば過剰な光入力により感光画素の蓄
積量を超えた過剰のキヤリアが半導体基板を拡散
して隣接感光画素に蓄積したり、または信号検出
部に直接流出したりする現象に基くものである。
従つて解像度の劣化やブルーミングの発生を抑止
するために固体イメージセンサに前記のキヤリア
の拡散を防止するための機能をもたせることが知
られている。第1図にはこの機能をもつた従来の
固体イメージセンサの例が示されている。第1図
図示のものは電荷転送形一次元イメージセンサの
概略の断面図である。このイメージセンサは一導
電形半導体基板1上に半導体基板1と反対導電形
の半導体層2と、基板1と同一導電形の島状半導
体領域からなる感光画素配列3(第1図において
は島状半導体領域3だけが示されているが、実
際には紙面の垂直方向に感光画素が多数配列され
ている)と、この配列3に蓄積された信号電荷を
読出すための電荷転送形シフトレジスタ6(第1
図には絶縁膜7を介して設けた転送電極5だけが
示されている)と、前記配列3に窒積された信号
電荷を電荷転送形シフトレジスタ6へ転送するた
めのシフトゲート4と、感光画素部以外の領域を
覆うように設けられた光シールド膜9と、感光画
素配列3および電荷転送形シフトレジスタ6の電
気的な分離を行うために設けられた半導体層2と
同一電形の不純物を高濃度に含むチヤンネルスト
ツプ領域8より構成されている。
次に第1図図示の固体イメージセンサの作動を
説明する。説明の便宜上この半導体基板1の導電
形をn形として説明する。半導体層2を基準とし
て基板1に零または正の直流電圧VBGを印加す
る。これを通常の電荷転送形一次元イメージセン
サと同様に動作させる。即ち所定時間入射光によ
り発生したキヤリアを感光画素配列3で信号電荷
として蓄積した後、シフトゲート4を開き、並列
的に信号電荷を電荷転送形シフトレジスタ6へ転
送し、さらにシフトゲート4を閉じて電荷移送形
シフトレジスタ6にクロツクパルスを印加して信
号電荷を出力部より順次信号として検出するよう
に動作させるものである。
第1図図示のものでは入射光の長波長成分で半
導体基板1内で発生したキヤリアは半導体層2と
半導体基板1のpn接合部10の電位障壁(略VB
の高さをもつ)のために感光画素配列3の方へ
は移動できない。従つて前記の理由によりその解
像度が向上することとなる。また過度の入力光に
対して発生したキヤリアも拡散により一度半導体
基板1内まで入ると再び感光画素配列3へ戻るこ
とができない。従つて前記の理由によりブルーミ
ング抑止効果も向上することとなる。
しかし乍ら前記第1図図示の従来のイメージセ
ンサにも以下に述べるような欠点がある。これに
ついて第2図を参照しながら詳しく説明する。第
2図aは第1図のA−A′面における断面図の一
部、第2図bはその不純物濃度分布図、第2図c
はその静電電位分布図である。第1図図示のイメ
ージセンサは略均一なドナ濃度ND1を有する半導
体基板1上にエピタキシヤル成長により略均一な
アクセプタ濃度NA1を有する半導体層を形成し、
さらに例えばイオン注入法と熱拡散法により第2
図bに示すようなドナ濃度ND2の分布を有する島
状半導体領域3を形成する工程により製造され
る。したがつてその不純物分布は第2図bに示す
ようになる。第2図bにおいて点x2とND2=NA1
となる点x1がpn接合面10,11となる。
前記のイメージセンサの動作状態ではpn接合
10,11は逆バイアスされ、空乏層が点x3から
点x4および点x5から点x6にそれぞれ形成されてい
る。点x4から点x5の間の領域は電荷中性条件が満
たされている。したがつてその電位分布は第2図
cに示すような分布となる。第2図cにおいて電
位は下側に向かつて正としてある。即ち電荷中性
領域では電界が零となつている。したがつて点x4
から点x5の間の領域で発生したキヤリアに注目す
ると、拡散により一部は半導体基板1内へ流出し
てこのキヤリアは特性劣化を生じさせないが、他
の一部は拡散により隣接画素へ蓄積し、解像度劣
化やブルーミング抑止効果の低下が生じるという
欠点がある。
この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは解像度の向上とブル
ーミング抑止効果の増大を図つた固体イメージセ
ンサを提供することにある。
以下この発明を添付図面を参照して詳細に説明
する。第3図はこの発明を電荷転送形一次元イメ
ージセンサに適用した一実施例の断面図を示す。
第3図に示すイメージセンサは一導電形半導体基
板21上に基板21と反対導電形の半導体層22
と、基板21と同一導電形の島状半導体領域から
なる感光画素配列23(第3図においては島状半
導体領域の感光画素23だけが示されている。
紙面の垂直方向に多数の感光画素が配列されてい
る。)と、この配列23に蓄積された信号電荷を
読み出す電荷転送形シフトレジスタ26(第3図
には絶縁膜27を介して設けた転送電極25だけ
が示されている。)と、前記配列23に蓄積され
た信号電荷を前記シフトレジスタ26へ転送する
ためのシフトゲート24と、前記感光画素部以外
の領域を覆うように設けられた光シールド膜29
と、前記配列23およびシフトレジスタ26の電
気的分離を行うために設けられた半導体層22と
同一導電形の不純物を高濃度に含むチヤネルスト
ツプ領域28とから構成されている。しかしてこ
の発明の特徴とするところは前記半導体層22の
不純物濃度分布にあるので、第4図に基づいてこ
れをさらに詳しく説明する。第4図aは第3図B
−B′面における断面図、第4図bは第4図aにお
ける不純物分布を説明するための図、第4図cは
第4図aにおける電位分布を説明するための図で
ある。第4図bから明らかなようにこの発明にお
いては半導体層22の不純物濃度が表面側から半
導体基板21側へ向う方向に減少するような分布
をもたせたことに特徴がある。
次に前記のような不純物分布を実現するための
具体的な方法の一例について説明する。以下説明
の便宜上前記半導体基板21の導電形をn形とす
るが、これがp形であつてもよいこと勿論であ
る。例えばドナ濃度ND3が1014〜5×1015cm-3
ある略均一な半導体基板21の主表面内にイオン
注入法によりアクセプタを導入した後、熱拡散法
により第4図bのNA2に示すような分布とする。
A2の値としては例えば表面付近では5×1014
1016cm-3であり、pn接合30の位置は表面より数
μm〜10数μmの深さの位置が望ましい。続いて
イオン注入法によりドナを導入し、熱拡散法によ
り、第4図bのND4に示すような分布とする。N
D4の表面付近の値は1015〜1017cm-3であり、pn接
合31までの距離は0.1〜3μm程度が望まし
い。
次に第3図図示のものの動作について説明す
る。半導体層22を基準として半導体基板21に
零または正の直流電圧VBGを印加して通常の電荷
転送形一次元イメージセンサと同様に動作させ
る。即ち所定時間入射光により発生したキヤリア
を感光画素配列23で信号電荷として蓄積した
後、シフトゲート24を開き、並列的に信号電荷
を電荷転送形シフトレジスタ6へ転送し、さらに
シフトゲート24を閉じてシフトレジスタ26に
クロツクパルスを印加して信号電荷を出力部より
順次信号として検出するように作動するものであ
る。
第3図図示のイメージセンサの動作状態におい
ては、pn接合30,31付近には空乏層が形成
されている。即ち第4図cに示すように点x9から
点x10および点x11から点x12までの間がそれぞれ空
乏領域である。この電位分布は第4図cに示す如
くになる。第4図cにおいては下側に向かつて正
の電位が増加するようになされている。点x10
点x11の間の領域は不純物度の勾配のため拡散電
位によるドリフト電界が発生する。したがつてこ
の領域内にて発生したキヤリアはこのドリフト電
界により半導体基板21へ流出することとなる。
第3図および第4図に示すこの発明の一実施例
のイメージセンサは以上の如く構成されているの
で第1図および第2図に示す従来例のものと比較
して以下の如き利点がある。その第1は点x10
り表面側の領域で発生したキヤリアはすべて感光
画素23に蓄積され、点x10より基板21側の
領域で発生したキヤリアはすべて基板21に流出
し、隣接画素への拡散がなくなるので解像度が向
上することである。その第2は過度の光が照射さ
れたときのブルーミング抑止効果が増大すること
である。例えば過度の光入力に対して島状半導体
領域からなる感光画素23に信号電荷が飽和量
まで蓄積した場合、過剰のキヤリアはドリフト電
界により基板21へ流出し隣接画素へキヤリアの
流入はなくなる。したがつてブルーミングが発生
しないこととなる。
以上はこの発明の一実施例について説明した
が、この発明はこの一実施例に限定されることな
く種々変形、変更を加え得ること勿論である。例
えば第5図a,bに示す如く半導体層22の不純
物度勾配を大きくする方法として2回のイオン注
入と2回の熱拡散工程とを採用することにより第
5図bのNA3とNA4で示すアクセプタ分布とする
ことも可能である。このように濃度勾配を大きく
すると解像度とブルーミング抑止効果がさらに向
上する利点が生ずる。
さらに第3図の実施例においては感光画素とし
てフオトダイオードを用いるものについて説明し
たが、この発明はこれに限定されることなく例え
ば第6図に示すように絶縁膜27を介して設けら
れた透明電極33構造であつてもよいこと言うま
でもない。尚第5図a,bおよび第6図において
第3図および第4図a,bに示すものと同一部分
には同一符号を付して説明を省略している。
さらにまた以上の実施例は電荷転送形一次元イ
メージセンサについて説明したが、この発明は上
記実施例のものに限定することなく例えば二次元
イメージセンサにも同様に適用できるものであ
り、さらにまたイメージセンサの信号検出部が
XYアドレス形スイツチ回路で構成されるものに
ついてもこの発明を適用できること勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の固体イメージセンサの要部の概
略断面図、第2図a,b,cは第1図に示す固体
イメージセンサの不純物濃度分布および電位分布
の説明用図面、第3図はこの発明の一実施例の固
体イメージセンサの要部の概略断面図、第4図
a,b,cは第3図に示す固体イメージセンサの
不純物濃度分布および電位分布の説明用図面、第
5図a,bはこの発明の実施例における不純物濃
度分布の説明用図面、第6図はこの発明のさらに
他の実施例の固体イメージセンサの要部の概略断
面図である。 1,21……半導体基板、2,22……半導体
層、3,23……感光画素配列、4,24……シ
フトゲート、5,25……転送電極、6,26…
…電荷転送形シフトレジスタ、7,27……絶縁
膜、8,28……チヤネルストツプ領域、9,2
9……光シールド膜、10,11,30,31…
…pn接合、33……透明電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 略均一な不純物濃度を有する一導電形の半導
    体基板と、 前記半導体基板の主表面内に前記半導体基板と
    反対導電形に形成され、且つその不純物濃度がそ
    の表面から前記半導体基板の方向に向つて減少す
    る濃度勾配を有する半導体層と、 前記半導体層に入射する入射光に対応して信号
    電荷を発生し、且つこれを所定時間蓄積する感光
    画素の配列と、 前記感光画素の配列に蓄積された信号電荷を読
    み出す信号検出手段と、 前記半導体基板に前記半導体層に対して零また
    は逆バイアスとなる電圧を印加する手段と を具備してなることを特徴とする固体イメージ
    センサ。
JP9854980A 1980-07-18 1980-07-18 Solid state image sensor Granted JPS5723282A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9854980A JPS5723282A (en) 1980-07-18 1980-07-18 Solid state image sensor

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JP9854980A JPS5723282A (en) 1980-07-18 1980-07-18 Solid state image sensor

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Publication Number Publication Date
JPS5723282A JPS5723282A (en) 1982-02-06
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ID=14222763

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JP9854980A Granted JPS5723282A (en) 1980-07-18 1980-07-18 Solid state image sensor

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