JPS62239575A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS62239575A JPS62239575A JP61083377A JP8337786A JPS62239575A JP S62239575 A JPS62239575 A JP S62239575A JP 61083377 A JP61083377 A JP 61083377A JP 8337786 A JP8337786 A JP 8337786A JP S62239575 A JPS62239575 A JP S62239575A
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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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔１既要〕
この発明は、固体撮像装置にかかり、
電荷転送装置に移送する電荷を蓄積する一導電型の電荷
蓄積領域内に反対導電型の第２の領域を形成し、該第２
の領域にショットキ接触する電極を設けることにより、 該第２の領域が所定の電位に達したときに、過剰の電荷
をショットキバリアダイオードの順方向電流として放出
し、ブルーミングの抑制などの画像の品位向上を可能と
するものである。
蓄積領域内に反対導電型の第２の領域を形成し、該第２
の領域にショットキ接触する電極を設けることにより、 該第２の領域が所定の電位に達したときに、過剰の電荷
をショットキバリアダイオードの順方向電流として放出
し、ブルーミングの抑制などの画像の品位向上を可能と
するものである。
本発明は固体撮像装置にかかり、特にその信号電荷に含
まれる過剰又は無効成分を除去するオーバーフロードレ
イン手段の改善に関する。
まれる過剰又は無効成分を除去するオーバーフロードレ
イン手段の改善に関する。
固体撮像装置では光電変換素子を通常２次元アレイ状に
配設し、この光電変換素子で得られた電気信号を電荷結
合装置（ＣＣＤ）などの電荷転送装置（ＣＴＤ）を用い
て時系列多重化し、画像信号を構成する。この光電変換
素子とＣＯＤ等とを纏めるに際しζ、両者を単一半導体
基板上に形成するモノリシック構造と、異なる半導体基
板上にそれぞれを形成して両者を接続するハイブリッド
構造とがあるが、従来のハイブリッド構造の固体撮像装
置の一例の模式側断面図を第４図に示す。
配設し、この光電変換素子で得られた電気信号を電荷結
合装置（ＣＣＤ）などの電荷転送装置（ＣＴＤ）を用い
て時系列多重化し、画像信号を構成する。この光電変換
素子とＣＯＤ等とを纏めるに際しζ、両者を単一半導体
基板上に形成するモノリシック構造と、異なる半導体基
板上にそれぞれを形成して両者を接続するハイブリッド
構造とがあるが、従来のハイブリッド構造の固体撮像装
置の一例の模式側断面図を第４図に示す。
同図において、２１はｐ型シリコン（Ｓｉ）基板、２３
は入力ダイオードを構成するｎ＋型領領域２５は入力ゲ
ート電極、２６は蓄積電極、２８は移送ゲート電極、２
９はＣＣＤの各電極であり、これらの電極はＳｉ基板２
１上に絶縁膜（図示を省略）を介して設けられている。
は入力ダイオードを構成するｎ＋型領領域２５は入力ゲ
ート電極、２６は蓄積電極、２８は移送ゲート電極、２
９はＣＣＤの各電極であり、これらの電極はＳｉ基板２
１上に絶縁膜（図示を省略）を介して設けられている。
また例えば光起電形光電変換素子が、ｐ型半導体基板ｌ
ｌ上にｎ型領域１２と電極１３により構成されている。
ｌ上にｎ型領域１２と電極１３により構成されている。
本従来例ではＳｉ基板２１は光電変換素子の基板１１と
共に接地され、入力ゲート電極２５に一定電圧を印加し
入力ダイオードのバイアスを制御して、蓄積電極２６下
の電荷蓄積領域に形成されたポテンシャル井戸２６ｗに
信号電荷を一旦蓄積し、移送ゲート電極２８、ＣＣＵの
電極２９にパルス電圧を周期的に印加してこの電荷を順
次転送する。
共に接地され、入力ゲート電極２５に一定電圧を印加し
入力ダイオードのバイアスを制御して、蓄積電極２６下
の電荷蓄積領域に形成されたポテンシャル井戸２６ｗに
信号電荷を一旦蓄積し、移送ゲート電極２８、ＣＣＵの
電極２９にパルス電圧を周期的に印加してこの電荷を順
次転送する。
この過程で光電変換素子への入射光量が多い場合には、
信号電荷がポテンシャル井戸２６Ｗに対し過剰となって
オーバーフローし近接する他のポテンシャル井戸に流入
する。この結果例えば点光源が線状に表示されるなど、
画像にいわゆるブルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）を生
ずる。
信号電荷がポテンシャル井戸２６Ｗに対し過剰となって
オーバーフローし近接する他のポテンシャル井戸に流入
する。この結果例えば点光源が線状に表示されるなど、
画像にいわゆるブルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）を生
ずる。
この問題に対処するために、例えば縦形オーバーフロー
ドレインと呼ばれる第５図に模式側断面図を示す構造が
開発されている。また第６図は本従来例の水平方向、並
びにＸ−Ｘ断面上基板深さ方向のポテンシャル分布を示
す。
ドレインと呼ばれる第５図に模式側断面図を示す構造が
開発されている。また第６図は本従来例の水平方向、並
びにＸ−Ｘ断面上基板深さ方向のポテンシャル分布を示
す。
同図において、２１はｎ型Ｓｉ基板、２２はｐ型ウェル
層、２４は蓄積電極２６下の電荷蓄積領域内に設けられ
たｎ１型領域であり、ｐ型ウェル層２２は選択的拡散法
により忙型領域２４の下の部分をその他の部分より低不
純物濃度で浅くしている。このｐ型ウェル層２２を光電
変換素子の基板１１と共に接地し、半導体基板２１にｐ
型ウェル層２２に対して正、すなわち逆バイアス電位を
印加して、ｐ型ウェル層の１型領域２４下の低濃度領域
を空乏化する。
層、２４は蓄積電極２６下の電荷蓄積領域内に設けられ
たｎ１型領域であり、ｐ型ウェル層２２は選択的拡散法
により忙型領域２４の下の部分をその他の部分より低不
純物濃度で浅くしている。このｐ型ウェル層２２を光電
変換素子の基板１１と共に接地し、半導体基板２１にｐ
型ウェル層２２に対して正、すなわち逆バイアス電位を
印加して、ｐ型ウェル層の１型領域２４下の低濃度領域
を空乏化する。
その他の構成は前記従来例と同様であり、蓄積電極２６
下のポテンシャル井戸２６Ｗに蓄積される信号電荷を順
次転送するために、移送ゲート電極２８及びＣＣＯの電
極２９にパルス電圧を周期的に印加するが、移送ゲート
電極２８がこのパルスで高レベルとなったとき、この電
極下の移送ゲート領域の電位（チャネル電位）は高電位
ψＴＨとなってゲートバリアが消滅し、信号電荷がＣＣ
Ｄに移・送されてポテンシャル井戸２６ｗは空となる。
下のポテンシャル井戸２６Ｗに蓄積される信号電荷を順
次転送するために、移送ゲート電極２８及びＣＣＯの電
極２９にパルス電圧を周期的に印加するが、移送ゲート
電極２８がこのパルスで高レベルとなったとき、この電
極下の移送ゲート領域の電位（チャネル電位）は高電位
ψＴＨとなってゲートバリアが消滅し、信号電荷がＣＣ
Ｄに移・送されてポテンシャル井戸２６ｗは空となる。
同時に、フローティングする♂壁領域２４の電位はこの
高電位ψＴＨにセットされ、深さ方向には、ｐ型ウェル
層２２と基板２１のバイアス電位とにより定まる第６図
左の曲線Ｅに示す如きバリアが存在する状態となる。
高電位ψＴＨにセットされ、深さ方向には、ｐ型ウェル
層２２と基板２１のバイアス電位とにより定まる第６図
左の曲線Ｅに示す如きバリアが存在する状態となる。
チャネル電位が低電位ψＴＬに復帰し♂壁領域２４を含
むポテンシャル井戸２６Ｗに信号電荷である電子が蓄積
されるに伴って、その電位が低（（図では上方）なり、
深さ方向のバリア高さが減少する。
むポテンシャル井戸２６Ｗに信号電荷である電子が蓄積
されるに伴って、その電位が低（（図では上方）なり、
深さ方向のバリア高さが減少する。
やがて第６図左の曲線Ｆの状態に達すれば、−型領域２
４とｐ型ウェル層２２とで構成するｐｎ接合が順バイア
スとなり、それ以上発生した過剰電荷はすべて基板２１
に注入される。
４とｐ型ウェル層２２とで構成するｐｎ接合が順バイア
スとなり、それ以上発生した過剰電荷はすべて基板２１
に注入される。
すなわち、ｐ型ウェル層２２の最小電位ψ、が移送ゲー
トをオフにする低電位ψ７Ｌより常に高くなる（ψ、〉
ψＴＬ＝図では下方）ように、 ｎ型Ｓｉ４板２１のバ
イアス電位ｖｓｕｓを制御することにより、過剰電荷の
オーバーフローが防止される。
トをオフにする低電位ψ７Ｌより常に高くなる（ψ、〉
ψＴＬ＝図では下方）ように、 ｎ型Ｓｉ４板２１のバ
イアス電位ｖｓｕｓを制御することにより、過剰電荷の
オーバーフローが防止される。
上述の縦形オーバーフロードレインにより固体撮像装置
のブルーミング防止に一応の効果が得られているが、こ
の構造には下記の如き問題点を伴っている。
のブルーミング防止に一応の効果が得られているが、こ
の構造には下記の如き問題点を伴っている。
すなわち固体撮像装置では多数の前記縦形オーバーフロ
ードレイン構造がマトリクス状に配設されるが、選択的
拡散法等によって形成されるｐ型ウェル層２２の厚さは
１０μｍ程度に止まるためにその面積砥抗率が高く、ま
た固体撮像装置を駆動する転送パルス等種々のパルスの
容量結合があるために、ｐ型ウェルＮ２２の電位は半導
体基板上の位置によって差があり（基板バイアス効果）
、オーバーフロー闇値がばらついて出力信号が変動し、
ダイナミックレンジが減少する。
ードレイン構造がマトリクス状に配設されるが、選択的
拡散法等によって形成されるｐ型ウェル層２２の厚さは
１０μｍ程度に止まるためにその面積砥抗率が高く、ま
た固体撮像装置を駆動する転送パルス等種々のパルスの
容量結合があるために、ｐ型ウェルＮ２２の電位は半導
体基板上の位置によって差があり（基板バイアス効果）
、オーバーフロー闇値がばらついて出力信号が変動し、
ダイナミックレンジが減少する。
特に常温近傍の赤外線サーモグラフィ等においては、極
めて大きい背景光成分を含む信号から有効な信号成分の
相対的に僅少な強度差を抽出することが要求されるため
に、このばらつきの問題は特に重大である。
めて大きい背景光成分を含む信号から有効な信号成分の
相対的に僅少な強度差を抽出することが要求されるため
に、このばらつきの問題は特に重大である。
また、ｐ型ウェル層２２はオーバーフローのパンチスル
ー電流を通ずる領域をその他の領域より低不純物濃度で
浅く形成するために、選択的拡散法等を採用せざるを得
ない。このｐ型ウェル層２２上に更に１型領域２３、ｎ
１型領域２４を選択的に形成しており、その製造プロセ
スが煩雑である。
ー電流を通ずる領域をその他の領域より低不純物濃度で
浅く形成するために、選択的拡散法等を採用せざるを得
ない。このｐ型ウェル層２２上に更に１型領域２３、ｎ
１型領域２４を選択的に形成しており、その製造プロセ
スが煩雑である。
固体撮像装置の波長帯域、応用分野が拡大され、また得
られる画像の品位の面上が求められるに伴って、これら
の問題点に対する改善の必要性がますます高まっている
。
られる画像の品位の面上が求められるに伴って、これら
の問題点に対する改善の必要性がますます高まっている
。
ｃ問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、電荷転送装置に移送する電荷を蓄積する
一導電型の電荷蓄積領域内に反対導電型の第２の領域が
形成され、該第２の領域にショットキ接触する電極が設
けられてなる本発明による固体撮像装置により解決され
る。
一導電型の電荷蓄積領域内に反対導電型の第２の領域が
形成され、該第２の領域にショットキ接触する電極が設
けられてなる本発明による固体撮像装置により解決され
る。
なお本固体撮像装置を動作させるに際して、該第２の領
域と該電極とから゛なるショットキバリアダイオードが
、該第２の領域が所定の電位に達したときに電流を通ず
るように該電極の電位を設定する。
域と該電極とから゛なるショットキバリアダイオードが
、該第２の領域が所定の電位に達したときに電流を通ず
るように該電極の電位を設定する。
本発明によれば第１図の原理図に例示する如く、例えば
ｐ型半導体基体の電荷蓄積領域内にｎ型領域を設け、こ
のｎ型領域にショットキ接触する金属電極を形成してシ
ョットキバリアダイオードを構成する。
ｐ型半導体基体の電荷蓄積領域内にｎ型領域を設け、こ
のｎ型領域にショットキ接触する金属電極を形成してシ
ョットキバリアダイオードを構成する。
このショットキバリアが電荷蓄積領域のその他のバリア
より若干低くなるように金属電極の電位を設定すること
により、電荷蓄積領域に電子が蓄積されるときに過剰の
電子はショットキバリアダイオードの順電流として金属
電極側に流出し、他の電荷蓄積領域等へのオーバーフロ
ーが防止される。
より若干低くなるように金属電極の電位を設定すること
により、電荷蓄積領域に電子が蓄積されるときに過剰の
電子はショットキバリアダイオードの順電流として金属
電極側に流出し、他の電荷蓄積領域等へのオーバーフロ
ーが防止される。
本発明のオーバーフロードレイン構造はウェル層を用い
ず直接基板に素子を形成するために、前記従来例におけ
る闇値等のばらつきが防止される。
ず直接基板に素子を形成するために、前記従来例におけ
る闇値等のばらつきが防止される。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第２図は本発明の実施例を示す模式側断面図、第３図は
本実施例の水平方向、並びにＸ−Ｘ断面上基板深さ方向
のポテンシャル分布を示す。
本実施例の水平方向、並びにＸ−Ｘ断面上基板深さ方向
のポテンシャル分布を示す。
第２図において、■は例えば不純物濃度５×１０Ｉ Ｓ
ｃｍ −：Ｉ程度のｐ型Ｓｉ基板、３は入力ダイオー
ドを構成する例えば不純物濃度１ ｘｌＯ”ｃｍ−″程
度の忙型領域、４は例えば不純物濃度Ｉ ＸＩＯ”ａｍ
−’程度のｎ＋型領領域５は入力ゲート電極、６は蓄積
電極、７は本発明によるショットキ接合電極、８は移送
ゲート電極、９はＣＣＤの各電極であり、ショットキ接
合電極７以外の各電極はＳｉ基板ｌ上に絶縁膜（図示を
省略）を介して設けられている。
ｃｍ −：Ｉ程度のｐ型Ｓｉ基板、３は入力ダイオー
ドを構成する例えば不純物濃度１ ｘｌＯ”ｃｍ−″程
度の忙型領域、４は例えば不純物濃度Ｉ ＸＩＯ”ａｍ
−’程度のｎ＋型領領域５は入力ゲート電極、６は蓄積
電極、７は本発明によるショットキ接合電極、８は移送
ゲート電極、９はＣＣＤの各電極であり、ショットキ接
合電極７以外の各電極はＳｉ基板ｌ上に絶縁膜（図示を
省略）を介して設けられている。
また前記従来例と同様な光起電形光電変換素子を、ｐ型
半導体基板１１上にｎ型領域１２、電極１３で構成する
。
半導体基板１１上にｎ型領域１２、電極１３で構成する
。
本実施例では蓄積電極６下の電荷蓄積領域内のに型領域
４上に、例えばアルミニウム（＾ｌ）を用いてショット
キ接合電極７を設け、ショットキバリアダイオードを形
成している。
４上に、例えばアルミニウム（＾ｌ）を用いてショット
キ接合電極７を設け、ショットキバリアダイオードを形
成している。
ｐ型Ｓｔ基板ｌは光電変換素子の基板１１と共に接地し
、ショットキ接合電極７を除く各電極には前記従来例と
同様な入力を与えるが、ショットキ接合電極７の電位ｖ
×はショットキバリアの電位ψ８が移送ゲートをオフに
する低電位ψＴＬより常に高く（ψ８〉ψＴＬ二図では
下方）なるように選択する。
、ショットキ接合電極７を除く各電極には前記従来例と
同様な入力を与えるが、ショットキ接合電極７の電位ｖ
×はショットキバリアの電位ψ８が移送ゲートをオフに
する低電位ψＴＬより常に高く（ψ８〉ψＴＬ二図では
下方）なるように選択する。
本実施例において移送ゲート電極８が高電位ψア３．と
なり信号電荷がＣＣＯに移送されれば、蓄積電極６下の
電荷蓄積領域のポテンシャル井戸６Ｗは空となり、醋型
領域４を含む電荷蓄積領域の電位はこのレベルψＴＨに
セットされる。〔第３図の線Ｅ〕 信号電荷である電子が電荷蓄積領域に蓄積されるに伴っ
てその電位が低く（図では上方）なり、ショソトキハリ
アの電位ψ、を越える過剰電荷はｎ＋型領領域４ら電極
７側に流出し、オーバーフローが防止される。〔第３図
の線Ｆ〕 なお本発明により、電荷転送装置等の信号処理系の従来
無駄であった容量を削減することが可能となり、固体撮
像装置の集積度の向上等を推進することができる。
なり信号電荷がＣＣＯに移送されれば、蓄積電極６下の
電荷蓄積領域のポテンシャル井戸６Ｗは空となり、醋型
領域４を含む電荷蓄積領域の電位はこのレベルψＴＨに
セットされる。〔第３図の線Ｅ〕 信号電荷である電子が電荷蓄積領域に蓄積されるに伴っ
てその電位が低く（図では上方）なり、ショソトキハリ
アの電位ψ、を越える過剰電荷はｎ＋型領領域４ら電極
７側に流出し、オーバーフローが防止される。〔第３図
の線Ｆ〕 なお本発明により、電荷転送装置等の信号処理系の従来
無駄であった容量を削減することが可能となり、固体撮
像装置の集積度の向上等を推進することができる。
また前記実施例はハイブリッド構造の固体撮像装置であ
るが、モノリシック構造の固体撮像装置についても同様
に適用することが可能である。
るが、モノリシック構造の固体撮像装置についても同様
に適用することが可能である。
以上説明した如く本発明によれば、オーバーフロードレ
イン構造がウェル層を用いずに容易°に形成され、基板
バイアス効果が防止さればらつきの少ない出力が得られ
て、ブルーミングの抑制、画素集積度の向上など画像の
品位を大きく向上することができる。
イン構造がウェル層を用いずに容易°に形成され、基板
バイアス効果が防止さればらつきの少ない出力が得られ
て、ブルーミングの抑制、画素集積度の向上など画像の
品位を大きく向上することができる。
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の実施例を示す模式側断面図、第３図は
そのポテンシャル図、 第４図及び第５図は従来例を示す模式側断面図、第６図
は第５図の従来例のポテンシャル図、である。 図において、 １はｐ型半導体基板、 ３は入力ダイオードのｎ＋型領領域 ４は電荷蓄積領域内の１型領域、 ５は入力ゲート電極、 ６は蓄積電極、７はショット
キ接合電極、 ８は移送ゲート電極、 ９はＣＣＤの電極、１１は光
電変換素子のｐ型半導体基板、１２はｎ型領域、
１３は電極を示す。 ヲ末さ方間 ン／ マ 、・鋸υ敗原理圀 芋 １ 口 ｊＮ７遊ノ」のＪ甑・１す］萌（社）図）革 ２ 悶 うぐ、奏驚疹’ＪＶ、丁、°−ブーンシー、ル区］な′
ｆ、３ 図 従氷例の模代覆１］跨面嗟 （１） ￥−４口 促よ、ｆｊ ｃｒ＋ 、：１−１１イリリＩｒ１（１（
２）ごｉ５ 口 従呻１．（２）（ニア）丁°テ〉シャルロ１ 図
そのポテンシャル図、 第４図及び第５図は従来例を示す模式側断面図、第６図
は第５図の従来例のポテンシャル図、である。 図において、 １はｐ型半導体基板、 ３は入力ダイオードのｎ＋型領領域 ４は電荷蓄積領域内の１型領域、 ５は入力ゲート電極、 ６は蓄積電極、７はショット
キ接合電極、 ８は移送ゲート電極、 ９はＣＣＤの電極、１１は光
電変換素子のｐ型半導体基板、１２はｎ型領域、
１３は電極を示す。 ヲ末さ方間 ン／ マ 、・鋸υ敗原理圀 芋 １ 口 ｊＮ７遊ノ」のＪ甑・１す］萌（社）図）革 ２ 悶 うぐ、奏驚疹’ＪＶ、丁、°−ブーンシー、ル区］な′
ｆ、３ 図 従氷例の模代覆１］跨面嗟 （１） ￥−４口 促よ、ｆｊ ｃｒ＋ 、：１−１１イリリＩｒ１（１（
２）ごｉ５ 口 従呻１．（２）（ニア）丁°テ〉シャルロ１ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電荷転送装置に移送する電荷を蓄積する一導電型の
電荷蓄積領域内に反対導電型の第２の領域が形成され、
該第２の領域にショットキ接触する電極が設けられてな
ることを特徴とする固体撮像装置。 ２）前記第２の領域と前記電極とからなるショットキバ
リアダイオードが、該第２の領域が所定の電位に達した
ときに電流を通ずるように、該電極の電位を設定するこ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61083377A JPS62239575A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61083377A JPS62239575A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62239575A true JPS62239575A (ja) | 1987-10-20 |
Family
ID=13800724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61083377A Pending JPS62239575A (ja) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62239575A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6089967A (ja) * | 1983-10-24 | 1985-05-20 | Sony Corp | 光電変換素子 |
-
1986
- 1986-04-11 JP JP61083377A patent/JPS62239575A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6089967A (ja) * | 1983-10-24 | 1985-05-20 | Sony Corp | 光電変換素子 |
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