JPH0425714B2 - - Google Patents

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JPH0425714B2
JPH0425714B2 JP57143209A JP14320982A JPH0425714B2 JP H0425714 B2 JPH0425714 B2 JP H0425714B2 JP 57143209 A JP57143209 A JP 57143209A JP 14320982 A JP14320982 A JP 14320982A JP H0425714 B2 JPH0425714 B2 JP H0425714B2
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JP
Japan
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shift register
ccd shift
electrode
ccd
solid
Prior art date
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JP57143209A
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Japanese (ja)
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JPS5933865A (en
Inventor
Norio Koike
Kayao Takemoto
Toshiaki Masuhara
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH0425714B2 publication Critical patent/JPH0425714B2/ja
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    • 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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  • 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】 〔発明の対象〕 本発明は、複数の色信号および光学情報を取り
出すための光電変換素子、および走査素子を半導
体基板上に集積化したCCD型白黒及びカラー固
体撮像素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] The present invention relates to a CCD type monochrome and color solid-state image sensor in which a photoelectric conversion element for extracting a plurality of color signals and optical information, and a scanning element are integrated on a semiconductor substrate. It is related to.

〔従来技術〕[Prior art]

固体撮像素子は、現行のテレビジヨン放送で使
用されている撮像電子管並みの解像力を備えた撮
像板を必要とし、このため約500×500個の絵素マ
トリツクスを構成する光電変換素子と、それに相
当した走査素子が必要となる。従つて、上記固体
撮像素子は、高集積化が比較的容易なMOS大規
模集積回路技術を用いて作られ、構成素子として
一般にCCD(光ダイオード+CCDシフトレジス
タ)あるひはMOSトランジスタ(光ダイオード
+MOSシフトレジスタ)等が使用されている。
Solid-state image sensors require an image pickup plate with a resolution comparable to that of the imaging electron tube used in current television broadcasting, and therefore require a photoelectric conversion element that constitutes a matrix of approximately 500 x 500 pixels and an equivalent A scanning element of this type is required. Therefore, the above-mentioned solid-state image sensor is manufactured using MOS large-scale integrated circuit technology, which is relatively easy to achieve high integration, and generally consists of a CCD (photodiode + CCD shift register) or a MOS transistor (photodiode + MOS) as a component. shift register) etc. are used.

第1図aに低雑音を特徴とする従来のCCD型
固体撮像素子の基本構成を示す。1は例えば光ダ
イオードからなる光電変換素子、2及び3は光電
変換素子に蓄積された光信号を出力端に取り出す
ための垂直CCDシフトレジスタ、及び水平CCD
シフトレジスタである。
FIG. 1a shows the basic configuration of a conventional CCD type solid-state image sensor, which is characterized by low noise. 1 is a photoelectric conversion element made of, for example, a photodiode; 2 and 3 are vertical CCD shift registers and horizontal CCDs for taking out optical signals accumulated in the photoelectric conversion elements to output terminals;
It is a shift register.

本素子をそのまま用いれば白黒撮像用となる
が、素子の上部にカラーフイルタを積層すればカ
ラー撮像用となる。近年、VTR用カラーカメラ
を目標としてカラー固体撮像素子の研究が盛んで
あるが、従来の上記素子は、フイールド残像が発
生する、解像度が低い等の問題点が指摘されてい
た。そこで本発明者等は、これより先に、新しい
CCD型カラー固体撮像素子の構成を提案し、従
来の欠点を改善した。
If this device is used as is, it can be used for black and white imaging, but if a color filter is stacked on top of the device, it can be used for color imaging. In recent years, research into color solid-state image sensing devices has been active with the aim of color cameras for VTRs, but conventional devices have been pointed out to have problems such as field afterimages and low resolution. Therefore, the present inventors developed a new
We proposed the configuration of a CCD type color solid-state image sensor and improved the conventional drawbacks.

すなわち、第1図bに示す如く、複数列CCD
シフトレジスタを設け、各カラー信号を別々の
CCDシフトレジスタで転送するようにしたカラ
ー固体撮像素子がそれである。本素子では、光電
変換素子1に蓄積されたカラー信号は、異なる垂
直CCDシフトレジスタ2−1,2−2,2−3
に送り込まれ、垂直方向の2列のカラー信号が同
時に読出される。例えば、3原色(緑、赤、青)
の色フイルタを半導体の上に積層した場合には、
垂直CCDレジスタ2−1は緑信号、2−2は赤
信号、2−3は青信号を転送し、垂直方向の2列
のこれらの各信号は、同時に各々対応する水平レ
ジスタ(例えば3−1は緑信号、3−2は赤およ
び青の如く)に転送される。
That is, as shown in Fig. 1b, a multi-row CCD
A shift register is provided to separate each color signal.
This is a color solid-state image sensor that uses a CCD shift register to transfer data. In this element, the color signals accumulated in the photoelectric conversion element 1 are transferred to different vertical CCD shift registers 2-1, 2-2, 2-3.
The color signals of two columns in the vertical direction are simultaneously read out. For example, the three primary colors (green, red, blue)
When a color filter is stacked on top of a semiconductor,
Vertical CCD register 2-1 transfers the green signal, 2-2 transfers the red signal, and 2-3 transfers the blue signal, and each of these signals in the two vertical columns is simultaneously transferred to the corresponding horizontal register (for example, 3-1 is Green signal, 3-2 is transferred to red and blue (like red and blue).

しかし乍ら、取扱い可能の信号電荷量が、
CCDシフトレジスタ、特に垂直CCDシフトレジ
スタの蓄積許容量により制限され、そのために、
ダイナミツクレンジ(飽和光量と雑音の比)が小
さい、ブルーミング(飽和光量以上の過剰電荷が
隣接画素や垂直転送部に流入するために生じる現
象)抑制率の低下、暗電流の発生により蓄積容量
がさらに小さくなる。絵素寸法を小さくできない
等の問題があり、これらを解決することが画質の
向上を図る上で重要である。第1図aに示す従来
のCCD型固体撮像素子においても上記の問題は
あつたが、特に第1図bに示す、改良型のCCD
型固体撮像素子においては、複数個の垂直CCD
シフトレジスタを設ける必要があるので、蓄積容
量はより小さくなり、問題解決の重要性は大であ
る。従つて撮像管を凌駕し、固体撮像素子の実用
化を実現するためには、CCDレジスタの信号蓄
積容量を拡大することが急務となつている。
However, the amount of signal charge that can be handled is
Limited by the storage capacity of CCD shift registers, especially vertical CCD shift registers;
Storage capacity is reduced due to small dynamic range (ratio of saturation light amount to noise), blooming (a phenomenon that occurs when excess charge exceeding the saturation light amount flows into adjacent pixels or vertical transfer areas) suppression rate, and dark current generation. It gets even smaller. There are problems such as the inability to reduce the pixel size, and it is important to solve these problems in order to improve image quality. The conventional CCD type solid-state image sensor shown in Figure 1a also had the above problem, but in particular, the improved CCD type shown in Figure 1b
type solid-state image sensor, multiple vertical CCDs
Since it is necessary to provide a shift register, the storage capacity becomes smaller and the problem solving becomes more important. Therefore, in order to surpass image pickup tubes and put solid-state image pickup devices into practical use, it is urgently necessary to expand the signal storage capacity of CCD registers.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を改善
するため、蓄積電荷量に上限を与えている垂直
CCDシフトレジスタの信号蓄積容量を拡大する
ことにより、ダイナミツクレンジの向上、暗電流
の減少、ブルーミング抑制率の向上、絵素寸法の
縮小化が可能となる固体撮像素子を提供すること
にある。
The purpose of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art, in which the vertical
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can improve dynamic range, reduce dark current, improve blooming suppression rate, and reduce pixel size by expanding the signal storage capacity of a CCD shift register.

〔発明の総括的説明〕[General description of the invention]

本発明は、上記の目的を達成するため、垂直
CCDシフトレジスタを構成する埋め込みCCDチ
ヤンネルのチヤンネル深さを、水平CCDシフト
レジスタを構成する埋め込みCCDチヤンネルの
チヤンネル深さより浅くするように素子構造を改
良するか、あるいは、垂直CCDシフトレジスタ
の作るCCD電極間の電位障壁を、水平CCDシフ
トレジスタの作るCCD電極間の電位障壁より大
きくすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides vertical
The device structure should be improved so that the channel depth of the embedded CCD channels that make up the CCD shift register is shallower than the channel depth of the embedded CCD channels that make up the horizontal CCD shift register, or the CCD electrodes formed in the vertical CCD shift register should be The feature is that the potential barrier between the CCD electrodes is made larger than the potential barrier between the CCD electrodes created by the horizontal CCD shift register.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第2図は、本発明の骨子となるCCD型固体撮
像素子の構造を示す図である。4は垂直CCDシ
フトレジスタが集積されている領域、5は水平
CCDシフトレジスタが集積されている領域、6
は第1導電型(例えばn型)の半導体基板、7は
埋め込みチヤンネル用の低濃度拡散層であり、基
板と反対の導電型(例えばp型)で、かつ基板よ
りは不純物濃度を高くしてある。ここで、基板6
の不純物濃度は垂直CCDシフトレジスタが設け
られる領域4と水平CCDシフトレジスタが設け
られる領域5とで実質的に(通常のウエハ製造で
得られる程度に)均一に設けられている。8,9
はCCD電極(ゲート電極)を示しており、一般
に第1層目の多結晶シリコンおよび第1層目と若
干重なりをもつ第2層目多結晶シリコンで作られ
る。ここで、第2層目の多結晶シリコン電極9の
下の半導体表面11には、第1層目電極下に形成
される表面ポテンシヤルと差をつけるため、第1
導電型の不純物層が設けられている。10はゲー
ト酸化膜である。ここで、垂直CCDシフトレジ
スタを形成するチヤンネル7−1の拡散深さXer1
は水平CCDシフトレジスタを形成するチヤンネ
ル7−2の拡散深さXer2より浅く設定されてい
る。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of a CCD type solid-state image sensor, which is the gist of the present invention. 4 is the area where vertical CCD shift registers are integrated, 5 is the horizontal area
Area where CCD shift registers are integrated, 6
7 is a semiconductor substrate of the first conductivity type (for example, n-type), and 7 is a low concentration diffusion layer for the buried channel, which is of the conductivity type opposite to that of the substrate (for example, p-type) and has a higher impurity concentration than the substrate. be. Here, the substrate 6
The impurity concentration is substantially uniform (to the extent obtained in normal wafer manufacturing) in the region 4 where the vertical CCD shift register is provided and the region 5 where the horizontal CCD shift register is provided. 8,9
indicates a CCD electrode (gate electrode), which is generally made of a first layer of polycrystalline silicon and a second layer of polycrystalline silicon that slightly overlaps the first layer. Here, the semiconductor surface 11 under the second layer polycrystalline silicon electrode 9 has a first layer, in order to make a difference from the surface potential formed under the first layer electrode.
A conductivity type impurity layer is provided. 10 is a gate oxide film. Here, the diffusion depth of channel 7-1 forming the vertical CCD shift register is X er1
is set to be shallower than the diffusion depth Xer2 of the channel 7-2 forming the horizontal CCD shift register.

一般に、拡散深さを浅くすると信号電荷を転送
するチヤンネルの位置が基板の表面側に上がつて
くるので、界面準位(トラツプ)の影響を受け、
転送効率は拡散深さの減少とともに低下する。こ
の結果、転送速度を106Hz以上に上げると、転送
効率が急激に低下し、画像にはシエーデイング
(出力部から離れた位置の信号が減少し、黒く沈
む現象)が発生する。
In general, when the diffusion depth is made shallower, the position of the channel that transfers the signal charge rises toward the surface of the substrate, so it is affected by the interface states (traps).
Transfer efficiency decreases with decreasing diffusion depth. As a result, when the transfer rate is increased to 10 6 Hz or higher, the transfer efficiency drops sharply and shading occurs in the image (a phenomenon in which the signal at a position away from the output section decreases and becomes darker).

しかし、拡散深さを浅くすることによる転送損
失は、本発明では次の理由により、ほとんど問題
とならない。すなわち、転送速度が5〜10MHzと
なる水平CCDシフトレジスタに較べ、垂直CCD
シフトレジスタの転送速度は2桁遅い15.7KHzで
あるからである。従つて、水平CCDシフトレジ
スタの拡散深さを所定の値以下に浅くすることは
事実上不可能であるが、発明者の実験結果では、
垂直CCDシフトレジスタの拡散深さは、水平
CCDシフトレジスタの数分の1程度まで浅くで
きることが判明した。
However, the transfer loss due to the shallow diffusion depth is hardly a problem in the present invention for the following reason. In other words, compared to horizontal CCD shift registers whose transfer speed is 5 to 10MHz, vertical CCD shift registers
This is because the transfer rate of the shift register is 15.7KHz, which is two orders of magnitude slower. Therefore, it is virtually impossible to reduce the diffusion depth of the horizontal CCD shift register below a predetermined value, but according to the inventor's experimental results,
The diffusion depth of the vertical CCD shift register is
It was found that the depth could be reduced to a fraction of that of a CCD shift register.

単位面積当りのCCD電極が備える容量は、表
面電位の最大が、拡散深さの1/2の位置に形成さ
れると仮定すれば次式で与えられる。
The capacitance of a CCD electrode per unit area is given by the following equation, assuming that the maximum surface potential is formed at a position half the diffusion depth.

C=1/dpx/εpx+deh/2εs ……(1) C:容量 dpx:ゲート酸化膜の膜厚 εpx:ゲート酸化膜の導電率 deh:拡散深さ εs:拡散層の導電率 ここで、ゲート酸化膜dpxの膜厚を一般値500
Å、水平CCDシフトレジスタの拡散深さをやは
り一般的な値deh2Å1μmとし、垂直CCDシフトレ
ジスタの拡散深さをdeh1=0.4μmに選んだ場合、
両レジスタ共に1μm(deh1=deh2=1μm)程度に
設定される従来素子に較べて、約2倍の容量を得
ることができる。従つて、最大蓄積電荷量は2倍
に増加し、ダイナミツクレンジの拡大をはかるこ
とが出来るほか、前記欠点を是正することができ
る。
C=1/d pxpx +d eh /2ε s ...(1) C: Capacitance d px : Thickness of gate oxide film ε px : Electrical conductivity of gate oxide film d eh : Diffusion depth ε s : Diffusion Layer conductivity Here, the thickness of the gate oxide film d px is set to a typical value of 500
Å, if the diffusion depth of the horizontal CCD shift register is again a common value d eh2 Å1 μm, and the diffusion depth of the vertical CCD shift register is chosen as d eh1 =0.4 μm, then
Compared to a conventional element in which both registers are set to approximately 1 μm (d eh1 =d eh2 =1 μm), approximately twice the capacitance can be obtained. Therefore, the maximum accumulated charge amount is doubled, the dynamic range can be expanded, and the above-mentioned drawbacks can be corrected.

一方、垂直CCDシフトレジスタの転送電荷量
の増加分だけ、水平CCDシフトレジスタの転送
容量も増やす必要があるが、2次元両方向に寸法
が制限される垂直CCDシフトレジスタと異なり、
水平CCDシフトレジスタは垂直方向に寸法の余
裕があるので、水平CCDシフトレジスタのチヤ
ンネル幅W2を垂直CCDシフトレジスタのチヤン
ネル幅W1の2倍に設計しておけば何ら支障はな
い。
On the other hand, it is necessary to increase the transfer capacity of the horizontal CCD shift register by the amount of charge transferred by the vertical CCD shift register, but unlike the vertical CCD shift register whose dimensions are limited in both two dimensions,
Since the horizontal CCD shift register has a dimension margin in the vertical direction, there will be no problem if the channel width W 2 of the horizontal CCD shift register is designed to be twice the channel width W 1 of the vertical CCD shift register.

次に、前記の実施例とは別の構造により、単位
面積当りの電極蓄積容量を増やした本発明の
CCD型撮像素子を第3図に示す。4は垂直CCD
シフトレジスタが集積されている領域、5は水平
CCDシフトレジスタが集積されている領域であ
る。8−1,9−1は垂直CCDシフトレジスタ
を構成する第1層および第2層目のCCD電極用
多結晶シリコン、8−2,9−2は水平CCDシ
フトレジスタを構成する第1層および第2層目の
CCD電極用多結晶シリコンである。11は第2
層目電極下の半導体表面に形成された、基板6と
同型(すなわち拡散層7と反対型)の不純物層で
ある。ここで、垂直CCDシフトレジスタ領域を
形成する不純物層11−1の不純物濃度CB1は水
平CCDシフトレジスタ領域を形成する不純物層
11−2の不純物濃度CB2より高く設定される。
Next, we will discuss the present invention in which the electrode storage capacity per unit area is increased by a structure different from that of the above-mentioned embodiments.
Figure 3 shows a CCD type image sensor. 4 is vertical CCD
Area where shift registers are integrated, 5 is horizontal
This is the area where CCD shift registers are integrated. 8-1 and 9-1 are polycrystalline silicon for the first and second layers of CCD electrodes constituting the vertical CCD shift register, and 8-2 and 9-2 are the first and second layers constituting the horizontal CCD shift register. second layer
Polycrystalline silicon for CCD electrodes. 11 is the second
This is an impurity layer of the same type as the substrate 6 (that is, the opposite type to the diffusion layer 7) formed on the semiconductor surface under the layer electrode. Here, the impurity concentration C B1 of the impurity layer 11-1 forming the vertical CCD shift register region is set higher than the impurity concentration C B2 of the impurity layer 11-2 forming the horizontal CCD shift register region.

条件CB1>CB2を設定することによつて形成され
る表面ポテンシヤルの状態を第4図aに示す。第
4図bは、CB1=CB2に設定された従来素子で形成
される表面ポテンシヤルを示している。第4図の
ように、垂直および水平の各レジスタの右側一組
のCCD電極には“1”レベル(高電圧)のクロ
ツクパルスφ1およびφ2、左側一組のCCD電極に
は“0”レベル(0V又は低電圧)のクロツクパ
ルス1および2が印加されている状態を考えて
みる。同図aにおいては、CB1>CB2なる条件によ
つて、垂直CCDシフトレジスタにおける第2層
電極下のポテンシヤルは、水平CCDシフトレジ
スタのそれより低くなる。従つて、垂直CCDシ
フトレジスタの2電極(8−1,9−1)間のポ
テンシヤル差VB1は、水平CCDシフトレジスタに
おけるポテンシヤル差VB2より大きくなる。その
分、もう一方(右側)の2電極のポテンシヤル差
VB1は小さくなり、VB1<VB2となる。
FIG. 4a shows the state of the surface potential formed by setting the condition C B1 >C B2 . FIG. 4b shows the surface potential formed by a conventional element with C B1 =C B2 set. As shown in Figure 4, clock pulses φ 1 and φ 2 of “1” level (high voltage) are applied to the right set of CCD electrodes of each vertical and horizontal register, and the “0” level is applied to the left set of CCD electrodes. Consider the situation where clock pulses 1 and 2 (0V or low voltage) are applied. In FIG. 5A, due to the condition C B1 >C B2 , the potential under the second layer electrode in the vertical CCD shift register is lower than that in the horizontal CCD shift register. Therefore, the potential difference V B1 between the two electrodes (8-1, 9-1) of the vertical CCD shift register is larger than the potential difference V B2 of the horizontal CCD shift register. By that amount, the potential difference between the two electrodes on the other side (right side)
V B1 becomes smaller, and V B1 < V B2 .

従来の素子構造、同図bの場合にはCB1=CB2
設定された結果、V′B1=V′B1=V′B2=V′B2となる。
In the case of the conventional element structure, as shown in FIG .

この結果、本発明と従来素子におけるポテンシ
ヤル差(V′B1)の間には次の関係が成り立つ。
As a result, the following relationship holds between the potential difference (V' B1 ) between the present invention and the conventional element.

VB1>V′B1 ……(2) CCD電極に蓄積できる最大の電荷量は、前の
実施例で述べたCCDの電極容量CとVBの積(C
×VB)によつて決まるので、VB1>V′B1……(2)の
関係により、本発明の素子における垂直CCDシ
フトレジスタの蓄積電荷量は、従来素子より大き
くなる。この大きさは2〜3倍である。2〜3倍
と限界があるのは次の理由による。すなわち、蓄
積電荷量は不純物濃度CB1の設定条件に依存し、
濃度の増加とともに大きくなるのだが、電極9−
1下のポテンシヤルB(VB1=0)以下に下がる
ような状態が生ずると転送障壁(前列と後列のポ
テンシヤル差がなくなり、あるいは逆転するので
意図するようには電荷が移動しなくなる)が発生
するので、濃度CB1には上限が加わるためである。
V B1 >V' B1 ...(2) The maximum amount of charge that can be accumulated on the CCD electrode is the product of the CCD electrode capacitance C and V B (C
×V B ), V B1 >V' B1 Due to the relationship (2), the amount of accumulated charge in the vertical CCD shift register in the device of the present invention is larger than that in the conventional device. This size is 2 to 3 times larger. The reason why there is a limit of 2 to 3 times is as follows. In other words, the amount of accumulated charge depends on the setting conditions of the impurity concentration C B1 ,
Although it increases as the concentration increases, the electrode 9-
If a situation occurs where the potential drops below the potential B (V B1 = 0), a transfer barrier occurs (the potential difference between the front and rear rows disappears or is reversed, so the charge does not move as intended). Therefore, an upper limit is added to the concentration C B1 .

一方、本発明の素子構造においては、VB1が低
下する(すなわちドリフト電界が低下する)た
め、転送速度の低下が予測される。しかし乍ら、
前述のように垂直CCDシフトレジスタの転送速
度は、水平CCDシフトレジスタに較べて数百分
の一と遅いため、電荷の転送による取残しは発生
せず、高速の要求される水平CCDシフトレジス
タにおけるVB2を従来素子と同じ(VB2=V′B2
に設定しておけば取残しの問題はない。VB2
V′B2に設定するには、水平CCDシフトレジスタの
不純物濃度を従来素子と同じように選べばよい。
On the other hand, in the device structure of the present invention, since V B1 decreases (that is, the drift electric field decreases), a decrease in transfer speed is expected. However,
As mentioned above, the transfer speed of vertical CCD shift registers is several hundred times slower than that of horizontal CCD shift registers, so there is no charge left behind due to charge transfer, and it can be used in horizontal CCD shift registers that require high speed. V B2 is the same as the conventional element (V B2 = V′ B2 )
If you set it to , there will be no problem with leftovers. V B2 =
To set V′ B2 , the impurity concentration of the horizontal CCD shift register can be selected in the same way as for conventional elements.

本発明のCCD固体撮像素子は、例えば以下に
述べるような製作プロセスにより、簡単に製作す
ることができる。第2図の実施例においては、低
濃度拡散層のための不純物原子のイオン打込み量
を、垂直CCDシフトレジスタ領域より水平CCD
シフトレジスタ領域の方を多くし、その後、不純
物拡散のためのアニールを所定時間行えばよい。
ここで、水平CCDシフトレジスタ領域のイオン
打込み量を多くするには、予め垂直CCDレジス
タ領域に写真蝕刻用のホトレジストを塗布するこ
とにより打込み時のマスクとし、所定量の不純物
を打込んだ後、垂直CCDシフトレジスタのレジ
ストを除去し、続いて水平、垂直レジスタ領域と
もに所定の量だけ打込めばよい。
The CCD solid-state imaging device of the present invention can be easily manufactured, for example, by the following manufacturing process. In the embodiment shown in FIG. 2, the amount of ion implantation of impurity atoms for the low concentration diffusion layer is changed from the vertical CCD shift register region to the horizontal CCD shift register region.
The number of shift register regions may be increased, and then annealing for impurity diffusion may be performed for a predetermined period of time.
Here, in order to increase the amount of ion implantation in the horizontal CCD shift register area, a photoresist for photolithography is applied to the vertical CCD register area in advance to serve as a mask during implantation, and after implanting a predetermined amount of impurities, It is sufficient to remove the resist of the vertical CCD shift register, and then implant a predetermined amount in both the horizontal and vertical register areas.

また、第3図の実施例の場合は、第1層目の多
結晶シリコン電極を形成した後、この多結晶シリ
コンをマスクにして、第2層目シリコン電極に相
当する領域に不純物の打込みを行う。ここで、垂
直CCDシフトレジスタ領域の打込み量を水平
CCDシフトレジスタ領域に較べて大きくするた
め、前述の場合とは逆に、予め水平レジスタ領域
をレジストで覆い、最初は垂直レジスタ領域のみ
を、続いてレジストを除去し、その後、垂直、水
平レジスタ領域とも所定量の打込みを行えばよ
い。
In the case of the embodiment shown in FIG. 3, after forming the first layer of polycrystalline silicon electrodes, using this polycrystalline silicon as a mask, impurities are implanted into the region corresponding to the second layer of silicon electrodes. conduct. Here, the amount of implantation in the vertical CCD shift register area is
In order to make the CCD shift register area larger than the CCD shift register area, contrary to the above case, cover the horizontal register area with resist in advance, remove only the vertical register area first, then remove the resist, and then remove the vertical and horizontal register areas. In both cases, a predetermined amount of implantation may be performed.

なお、上記の説明は、CCD型撮像素子の中で
も集積度の高いインターライン型を対象にして行
つてきたが、本発明の趣旨を越えない範囲で、も
う一つの型式であるフレームトランスフア型にも
本発明を適用できることは自明である。また、光
電変換素子として上記の光ダイオードの代わりに
光導電性薄膜を積層する二階建状の撮像素子の場
合にも、本発明は積層の基板となる走査素子にそ
のまま適用でき、この場合には上記の実施例にお
いて、光ダイオードを非晶質の光導電性薄膜素子
に置き換えればよい。
The above explanation has focused on the interline type, which has a high degree of integration among CCD type image sensors, but without going beyond the scope of the present invention, it may also be applied to the frame transfer type, which is another type. It is obvious that the present invention can also be applied to. Furthermore, even in the case of a two-story image sensor in which a photoconductive thin film is laminated instead of the above-mentioned photodiode as a photoelectric conversion element, the present invention can be directly applied to the scanning element that serves as the laminated substrate. In the embodiments described above, the photodiode may be replaced by an amorphous photoconductive thin film element.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、蓄積電
荷量に上限を与えている垂直CCDシフトレジス
タの信号蓄積許容量を拡大することが可能となる
ので、入射光量に対するダイナミツクレンジが大
きくなり、さらにブルーミング抑制効果も高くな
り、暗電流の弊害を受けにくいので高温下でも良
質の画像が得られ、絵素寸法の縮少が可能なため
に絵素集積度(すなわち解像度)を上げることが
できる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to expand the signal accumulation capacity of the vertical CCD shift register that imposes an upper limit on the amount of accumulated charge, thereby increasing the dynamic range with respect to the amount of incident light. In addition, the blooming suppression effect is improved, and since it is less susceptible to the adverse effects of dark current, high-quality images can be obtained even at high temperatures, and the pixel density can be increased (i.e., resolution) because the pixel size can be reduced. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のCCD型固体撮像素子の基本的
構成を示す図、第2図は本発明の一実施例の
CCD型固体撮像素子の構造を示す図、第3図は
本発明の別の実施例のCCD型固体撮像素子の構
造を示す図、第4図は第3図の素子構造によつて
半導体主表面に形成される表面ポテンシヤルを示
す図である。 1……光電変換素子、2……垂直CCDシフト
レジスタ、3……水平CCDシフトレジスタ、4
……垂直CCDシフトレジスタ領域、5……水平
CCDシフトレジスタ領域、6……第1導電型半
導体基板、7……埋め込みチヤンネル用拡散層、
8,9……CCD電極、10……ゲート酸化膜、
11……第2導電型不純物層。
Fig. 1 is a diagram showing the basic configuration of a conventional CCD type solid-state image sensor, and Fig. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a CCD solid-state image sensor according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the structure of a CCD solid-state image sensor according to another embodiment of the present invention. FIG. 1...Photoelectric conversion element, 2...Vertical CCD shift register, 3...Horizontal CCD shift register, 4
...Vertical CCD shift register area, 5...Horizontal
CCD shift register region, 6...first conductivity type semiconductor substrate, 7...buried channel diffusion layer,
8, 9...CCD electrode, 10...gate oxide film,
11... Second conductivity type impurity layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 同一半導体基板上に光学情報を取出す光電変
換素子群、該素子に蓄積された光信号電荷を順次
転送する埋め込み型の垂直CCDシフトレジスタ
および水平CCDシフトレジスタを集積化した固
体撮像素子において、 上記垂直CCDシフトレジスタおよび水平CCD
シフトレジスタが設けられる領域の不純物濃度は
実質的に均一であり、かつ、 上記垂直CCDシフトレジスタにおける電極単
位面積あたりの電荷蓄積容量が、上記水平CCD
シフトレジスタにおける電極単位面積あたりの電
荷蓄積容量より大きくなる構造を有することを特
徴とする固体撮像素子。 2 前記垂直CCDシフトレジスタにおける蓄積
電極下の電位と該転送電極下の電位との電位差
を、前記水平CCDシフトレジスタにおける蓄積
電極下の電位と該転送電極下の電位との電位差よ
り高くしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の固体撮像素子。 3 前記垂直CCDシフトレジスタの転送電極下
の不純物濃度を、前記水平CCDシフトレジスタ
の転送電極下の不純物濃度より高くしたことを特
徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載
の固体撮像素子。 4 前記垂直CCDシフトレジスタを形成する埋
め込みチヤンネルの深さを、前記水平CCDシフ
トレジスタを形成する埋め込みチヤンネルの深さ
より浅くしたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の固体撮像素子。
[Claims] 1. A group of photoelectric conversion elements for extracting optical information, an embedded vertical CCD shift register and a horizontal CCD shift register that sequentially transfer optical signal charges accumulated in the elements are integrated on the same semiconductor substrate. In solid-state imaging devices, the above vertical CCD shift register and horizontal CCD
The impurity concentration in the region where the shift register is provided is substantially uniform, and the charge storage capacity per unit area of the electrode in the vertical CCD shift register is equal to that of the horizontal CCD shift register.
A solid-state imaging device characterized by having a structure in which the charge storage capacity is larger than the charge storage capacity per unit area of an electrode in a shift register. 2. The potential difference between the potential under the storage electrode and the potential under the transfer electrode in the vertical CCD shift register is set higher than the potential difference between the potential under the storage electrode and the potential under the transfer electrode in the horizontal CCD shift register. Characteristic claim 1
The solid-state imaging device described in Section 1. 3. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the impurity concentration under the transfer electrode of the vertical CCD shift register is higher than the impurity concentration under the transfer electrode of the horizontal CCD shift register. element. 4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the depth of the buried channel forming the vertical CCD shift register is shallower than the depth of the buried channel forming the horizontal CCD shift register.
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