JPS6314468A - 電荷移送形固体撮像素子 - Google Patents

電荷移送形固体撮像素子

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Publication number
JPS6314468A
JPS6314468A JP61157820A JP15782086A JPS6314468A JP S6314468 A JPS6314468 A JP S6314468A JP 61157820 A JP61157820 A JP 61157820A JP 15782086 A JP15782086 A JP 15782086A JP S6314468 A JPS6314468 A JP S6314468A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
overflow
mos transistor
charge transfer
conductive wiring
type solid
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP61157820A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Nakai
中井 正章
Norio Koike
小池 紀雄
Haruhisa Ando
安藤 治久
Shinya Oba
大場 信弥
Hideyuki Ono
秀行 小野
Hajime Akimoto
肇 秋元
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to KR1019870007209A priority patent/KR900007234B1/ko
Priority to US07/070,552 priority patent/US4908684A/en
Publication of JPS6314468A publication Critical patent/JPS6314468A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に光電変換素子、および各素子
の光学情報を取出す電荷転送素子((::harge 
(::oupled 1)evHces) t−集積化
した固体撮像装置に関するものである。
〔従来の技術〕
固体撮像装置は現行のテレビジョン放送で使用されてい
る撮像用電子管差みの解像力を備えた撮像板を必要とし
、このため垂直方向に500個、水平方向に800〜1
000個を配列した絵素(光電変換素子)マ) IJラ
ックスそれに相当する走査素子が必要となる。したがっ
て、上記固体撮像装置は高集積化が必要なMO8大規模
回路技術を用いて作られ、構成素子として一般にCOD
 (CCD形撮像素子)あるいはMOSトランジスタC
MO8形撮像素子)等が使用されている。
第9図(a)に低雑音を特徴とするCCD形撮像素子の
構成を示す(例えば、堀居ほか“プルーミング改良型2
/3インチ単板カラー用CCD撮像素子”、テレビジョ
ン学会技術報告、ED525゜May  1980.に
記載されている)。1は例えば光ダイオードから成る光
電変換素子、2および3は光電変換素子群に蓄積された
光信号を出力端4に取り出すための垂直CCDシフトV
ジレジスタよび水平シフトレジスタである。5−1.5
−2゜6−1及び6−2は各々垂直シフトレジスタ、水
平シフトレジスタを駆動するクロックパルスを入力する
端子である。ここでは2相のクロックパルスを入力する
場合を図示したが、4相あるいは3相のいずれのクロッ
ク形態を採用してもよい。また、7は光ダイオード1に
蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ2に送り込む転送
MOSトランジスタを示している。ここでは転送MOS
トランジスタのゲートは垂直CODシフトレジスタの構
成電極2−1が兼用する構成を示したが、このゲート用
に独立の電極を用いる構成(COD電極と転送ゲート電
極を切り離し独立にした構成)Kしてもかまわない。ま
た、8は強烈な光が入射した時に発生する過剰電荷をド
レイン10に掃き出すオーバーフローMOSトランジス
タ、9はオーバーフローMOSトランジスタ8の掃き出
し電位を制御するオーバーフロー制御ゲートである。1
2は電荷の転送方向、13は垂直CCD用電極の配線領
域を示している。本素子はこのままの形態では白黒撮像
素子となり、上部にカラーフィルタを積層すると各党ダ
イオードは色情報を備えることにな9カラー撮像素子と
なる。
固体撮像装置は小型、軽量、メインテナンスフリー、低
消費電力など電子管に較べて固体化に伴う多くの利点を
有しており、撮像デバイスとして将来が期待されている
ものである。しかしながら、現在のCCD形撮像素子は
以下に説明するような理由により光感度が低いという問
題を備えている。
第9図(b)は第9図(a) K示した撮像素子の構成
単位となる画素(同図(a)の点線11で示す)の平面
構成を示した図である。2−1は転送MOSトランジス
タフを兼ねた垂直CCDft構成する電極(例えば第1
層目の多結晶シリコンで形成する)、2−2は垂直CC
D2を構成するもう1つの電極(例えば第2層目の多結
晶シリコンで形成する)、2−3は垂直CCD2のチャ
ンネル領域(チャンネルは電通の通路を意味する)、7
′は転送MO8トランジスタ7のゲート領域を示してい
る。8′はオーバーフローMoSトランジスタ8のゲー
ト領域、9′は制御ゲート9用の配線、10’はドレイ
ン10用の配線を示している。入射光が強烈な場合は光
ダイオード1に蓄積しきれない過剰電荷が発生するが、
この過剰分はゲート領域8′を介してドレイン用の配線
lO′に掃き出される。
この掃き出しによってプルーミングの発生を防ぐことが
でき画質は著しく改善することができる(プルーミング
とは過剰電荷が隣接する垂直C0D2に溢れ出しモニタ
ー上で縦方向に白い縞を発生する現象である)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし乍ら、ゲート領域8′、制御ゲート用配線9′、
ドレイン用配線10’によって食われる面積は画素のか
なりの部分を占めるため、光ダイオードの面積および光
の尚たる面積(一般に開口率と称する)は著しく減少す
る。前者のダイオード面積の減少は信号電荷の蓄積容量
を低下させダイナミックレンジを狭くするという問題を
ひき起す。この面積は、領域8’、9’、10’の面積
の他にs;、9’、10’ を絶縁分離する面積も必要
なので相当小さくなる。一方、後者の開口率は領域8’
、9’、10’の存在により20%程度しか得られず(
すなわち入射光の115しか信号に利用することができ
ないので)、光感度の低下を招きCCD形素子の大きな
問題となっている。
さらに将来高解像度化を図るために画素寸法を小さくし
ようとする場合には、これらBZg/。
10’の領域の面積割合は現在より増え、ダイナミック
レンジおよび光感度は増々減少することKなる。一方、
固体撮像装置のCCD形素子とならふもう1つの素子で
あるMO8形撮像素子においても、前述と同様のオーバ
ーフローMOSトランジスタが光ダイオードに付加され
プルーミングの抑制が行われている。MO8形素子にお
いては信号の転送がCCD形素子と違い金属等の配線で
行われるためCODシフトレジスタのように面fRt食
わず第1図の様なオーバーフロードレインを設けても光
ダイオードの面積あるいは開口率の低下はCCD形素子
の場合程大きくならない。したがって、CCD形素子に
とってはオーバーフローMOSトランジスタフ成の改良
を図り、トランジスタおよび配線の占める面積を極力減
らすようにすることが今後の重要な課哩となる。
曽    本発明の目的は、CCD形素子におけるオー
バーフロートランジスタの占める面積を低減し、光ダイ
オードの信号蓄積容量および感度の拡大を図ることにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的はオーバーフローMOSトランジスタを光電変
換素子と隣接する垂直用電荷移送素子との間の素子分離
領域に設け、トランジスタのゲートを、素子分離機能を
持たせた導電性配線の一部で形成する事により、達成さ
れる。
〔作用〕
導電性配線に素子分離機能を持たせるとともにオーバー
フローMOSトランジスタのゲート電極を制御できるた
め、開口率の低下々<、ブルーミングを抑圧できる。さ
らにトランジスタのドレインも分離領域に設けるため、
開口率の低下がない。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。1は
例えば光ダイオードから成る光電変換素子、2および3
は光電変換素子群に蓄積された光信号を出力端4に取り
出すための垂直CODシフ〜トレジスタ、および水平シ
フトレジスタである。
5−1. 5−2. 6−1及び6−2は各々垂直シフ
トレジスタ、水平シフトレジスタを駆動するクロックパ
ルスを入力する端子である。ここでは2相のクロックパ
ルスを入力する場合を図示したが、4相あるいは3相の
いずれのクロック形態を採用してもよい。また、7は光
ダイオード1に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ2
に送り込む転送MOSトランジスタを示している。ここ
では転送MOSトランジスタのゲートは垂直CCDシフ
トt/ジスタの構成電極2−1が兼用する構成を示した
が、このゲート用に独立の電極を用いる構成(COD電
極と転送ゲート電極を切り離し独立にした構成)にして
もかまわない。また、8は本発明の強烈な光が入射した
時に発生する過剰電荷ごドレイン9を介し、共通ドレイ
ン配線10に掃き出すオーバーフローMOSトランジス
タでありオーバーフローMOSトランジスタ8の掃き出
し電位を制御するオーバーフロー制御ゲートは10に接
続している。12は電荷の転送方向、13は垂直CCD
用電極の配線領域を示している。本素子はこのiまの形
態では白黒撮像素子となり、上部にカラーフィルタを積
層すると各光ダイオードは色情報ヲ渭えることに々やカ
ラー撮像素子となる。
第1図Φ)は第1図(a)に示した撮像素子の構成単位
となる画素(同図(a)の点線11で示す)の平面構成
を示した図である。2−1は転送MOSトランジスタフ
を兼ねた垂直CCDk構成する電極(例えば第2層目の
多結晶シリコンで形成する)、2−2は垂直CCD2i
構成するもう1つの電極(例えば第3層目の多結晶シリ
コンで形成する)、2−3は垂直CCD2のチャンネル
領域(チャンネルは1過の通路を意味する)、7′は転
送MOSトランジスタ7のゲート領域を示している。8
′はオーバーフローMOSトランジスタ8のゲート領域
、9′は8のドレイン領域、10′は共通のドレイン9
用の配線(例えば第1層目の多結晶シリコンで形成する
)。14はドレイン9と配線10′を接続するスルーホ
ールである。入射光が強烈な場合は光ダイオード1に蓄
積しきれない過剰電荷が発生するが、この過剰分はゲー
ト領域S/を介し、スルー゛ホールILj−介してドレ
イン用の配線10’に掃き出される。この掃き出しによ
ってプルーミングの発生を防ぐことができ画質は著しく
改善することができる(ブルーミングとは過剰電荷が隣
接する垂直C0D2に溢れ出しモニター上で縦方向に白
い縞を発生する現象である)。
ことに示したレイアウト図から分るようK、光電変換素
子1と垂直シフトレジスタとの分離領域に配線10′を
設け、配線10′の一部をオーバー70−MOSトラン
ジスタ8のゲート電極、ドレインとして兼用する事によ
り、オーバーフローMOSトランジスタを付加した事に
よる開口率の低下を々くシ、プルーミングを抑圧できる
第2図は他の実施例であり、第1図[有])に対応させ
たものである。各光電変換素子1の垂直方向の分離は垂
直シフトレジスタの電極用配線(13−1あるいは13
−2)i所定の電位にする事により行い。1と右側の隣
接する垂直シフトレジスタとの分離はオーバーフローM
OSトランジスタのドレイン、ゲートと兼用した配線1
0′で行っている。さらに1と信号を転送する左側の垂
直シフトレジスタとの分離は転送ゲート7′を兼用する
配線15で行う方式の実施例である。通常の素子分離用
の厚い酸化膜が不用となり、実効的に素子分離領域の面
積を小さくでき、第1図の実施例よりも開口を大きくと
れる利点がある。さらに転送ゲート7’t!荷移送素子
のクロックとは別に制御できるため、駆動が楽になると
いう利点もある。
第3図、第4図は各々、第2図、第1図(b)に対応さ
せた池の実施例であり、オーバーフローMOSトランジ
スタのドレインを上下の2個の光電変換素子間で共用し
たものであり、スルーホール14の数を半分にでき、素
子の製造上有利(歩留りの面)となる。第5図、第6図
はさらに第3図、第4図において、1光電変換素子あた
り1個のオーバーフローMOSトランジスタとし、各光
電変換素子あたり、上下部に2個のオーバーフローMO
Sトランジスタを設けた実施例である。素子製造時のば
らつきに伴うオーバーフローMOSトランジスタのばら
つきを実効的になくす事ができ、過剰電荷のはき出し能
力を大きくできる。
以上の実施例では1光電変換素子あたり、2つのゲート
電極をもつ垂直シフトレジスタについて述べたが、1光
電変換素子あたり2つあるいは4つのゲート電極で構成
し、2個の電荷を運ぶ事のできる垂直シフトレジスタと
しても本発明の効果は変わらない。
ここで、光ダイオード1は信号読み出し時に完全に空乏
化する低不純物1に度のN層であっても、空乏化しない
高濃度のN0層であってもよい。
また、光ダイオードとして前述の様な接合型ではなく、
MIS型(Metel 工n5ulator Sem1
con−dHctor f用いたものであってもよい。
以上の実施例では例えばP形シリコン基板上に実施して
も、N形シリコン基板上のP形つェル内に実施してもよ
い。
第7図はN形シリコン基板上のP形つェル内に実施した
例である。(a)ではオーバー70−MOSトランジス
タのドレイン19は配線10に接続せず、基板に接続す
る。(b)は平面図であり、20−21の断面図t−(
C)に示しである。31は例えばN形基板であり32は
P形つェル層である。スルーホール24部のウェル層は
除去され、穴の側面もオーバーフローMOSトランジス
タのゲート領域として用い、穴の低面はN形基板31に
接しているため、光ダイオード1からあふれた電荷は配
線10’の下部でP形つェル層の表面および穴の側面の
ゲートチャネル領域を介してドレインとして働<、N形
基板31に排除できる。ここで33は素子分離用の厚い
酸化膜であり、34は垂直用電荷移送素子のチャネルと
々るN膨拡散層である。
第8図の実施例は第7図の方式を第2図に適用した例で
あり、35−36の断面を示したものである。素子分離
用の厚い酸化膜はなく、配線10’で分離機能を持たせ
ている。
この第7図の方式は第3図〜第6図の実施例にも適用で
きる事は明らかである。
〔発明の効果〕 本発明によれば開口率の低下なく、オーバーフローMO
8)ヲンジスタを効果的に配置でき、プルーミングを完
全に抑圧できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図。 第3図、第4図、第5図及び第6図は本発明の他の実施
例を示す平面レイアウト図、第7図は本発明のさらに他
の実施例を示す図、第8図は第7図の実施例を第2図の
実施例に適用した場合を示す15  1    し〕 
(久) 第 Z 図 /D’  オーツV−フo−kLイ、〉弔配線 扁 3 図 第4図 ■ 5 図 第6 図 ■  7  図  (a−) 宴7凹(b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数の光電変換素子と、この光電変換素子群に蓄積
    した光信号電荷を読み出す電荷移送素子群と、過剰光信
    号電荷を外部へ掃き出すオーバーフローMOSトランジ
    スタとを同一半導体基板上に集積化した電荷移送形固体
    撮像素子において、上記電荷移送素子と隣接する上記光
    電変換素子との間の素子分離領域を上記オーバーフロー
    MOSトランジスタに割り当て、上記素子分離領域に導
    電性配線を走るようにし、少なくとも上記オーバーフロ
    ーMOSトランジスタのゲート電極を上記導電性配線の
    一部で構成したことを特徴とする電荷移送形固体撮像素
    子。 2、特許請求の範囲第1項において、前記オーバーフロ
    ーMOSトランジスタのドレインを前記導電性配線に接
    続したことを特徴とする電荷移送形固体撮像素子。 3、特許請求の範囲第1項において、前記導電性配線に
    、前記光電変換素子と隣接する前記電荷移送素子との素
    子分離機能を持たせたことを特徴とする電荷移送形固体
    撮像素子。
JP61157820A 1986-07-07 1986-07-07 電荷移送形固体撮像素子 Pending JPS6314468A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61157820A JPS6314468A (ja) 1986-07-07 1986-07-07 電荷移送形固体撮像素子
KR1019870007209A KR900007234B1 (ko) 1986-07-07 1987-07-07 전하이송형 고체촬상소자
US07/070,552 US4908684A (en) 1986-07-07 1987-07-07 Solid-state imaging device

Applications Claiming Priority (1)

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JP61157820A JPS6314468A (ja) 1986-07-07 1986-07-07 電荷移送形固体撮像素子

Publications (1)

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JPS6314468A true JPS6314468A (ja) 1988-01-21

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ID=15658021

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JP61157820A Pending JPS6314468A (ja) 1986-07-07 1986-07-07 電荷移送形固体撮像素子

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JP (1) JPS6314468A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002145121A (ja) * 2000-11-08 2002-05-22 Fuji Heavy Ind Ltd 車両のフードヒンジおよび車体構造

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002145121A (ja) * 2000-11-08 2002-05-22 Fuji Heavy Ind Ltd 車両のフードヒンジおよび車体構造

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