DE3711880A1

DE3711880A1 - Festkoerperbildsensor

Info

Publication number: DE3711880A1
Application number: DE19873711880
Authority: DE
Inventors: Masao Yamawaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-13
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1987-11-19
Also published as: JPH0763091B2; JPS62265758A; DE3711880C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperbildsensor, und insbesondere bezieht sie sich auf einen Festkörperbildsensor, der eine verbesserte Ladungsübertragungseffektivität in einer vertikalen Richtung aufweist.

Es gibt eine wachsende Tendenz heutzutage zu einer großräumigen Integration von Festkörperbildsensoren, und folglich tendiert die Fläche, die durch die Bildelemente besetzt ist, dazu, mi kroskopisch zu sein, dadurch wird ein Verlangen nach hoher Emp findlichkeit derartiger Sensoren erhöht. Als eine Technik zum Erfüllen eines derartigen Verlangens nach hoher Empfindlichkeit ist ein Bildsensor vorgeschlagen mit einer Ladungsverschiebungs einrichtung, wie er von M. Kimata u.a. in "Digest of Technical Papers", Februar 1985, Seiten 100-101, ISSCC (International Solid-State Circuit Conference) veröffentlicht wurde. Dieser Bildsensor mit einer Ladungsverschiebungseinrichtung ist von einem System, in dem eine Signalladung, die von photoelektri schen Konversionselementen ausgelesen ist, die einer horizon talen Leitung entsprechen, zu einem horizontalen Ladungsüber tragungselement (zum Beispiel ein horizontaler CCD) durch ein vertikales Ladungsübertragungselement (zum Beispiel ein CSD) verschoben wird während einer horizontalen Periode, und zu dem horizontalen CCD während einer horizontalen Rücksetzperiode übertragen wird, so daß sie nacheinander in der darauffolgen den horizontalen Periode ausgelesen wird. Nach diesem System kann ein großer Betrag der Signalladung übertragen werden, selbst wenn die Kanalbreite der vertikalen Ladungsübertragungs einrichtung extrem schmal ist, und folglich kann ein Öffnungs verhältnis für ein Bildelement (das Verhältnis zwischen einer Fläche, die von einem photoelektrischen Konversionselement be setzt wird, und einer Fläche eines Bildelementes) erhöht werden.

Fig. 1 ist eine Ansicht einer Anordnung eines photoelektrischen Konversionsabschnittes in einer konventionellen Ladungsver schiebungseinrichtung (im folgenden als CSD bezeichnet). Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Bildelement gebildet durch: ein photoelektrisches Konversionselement 22, das durch einen p-n- Übergang zum Beispiel gebildet ist, zum Wandeln von einfallen dem Licht in eine Signalladung, ein Übertragungsgate 26 zum selektiven Auslesen der Signalladung von dem photoelektrischen Konversionselement 22, und Übertragungselektroden 23 und 24 zum Übertragen in der vertikalen Richtung der Signalladung, die durch das Übertragungsgate 26 zugeführt ist. Die Elektrode des Übertragungsgates 26 und der Übertragungselektroden 23 und 24 zum Übertragen der Signalladung in die vertikale Richtung sind einstückig als ein einheitlicher Abschnitt gebildet. Jede Ab tastleitung 21 zum Auswählen der photoelektrischen Konversions elemente 22, die in einer Zeile (in der horizontalen Richtung) verbunden sind, ist mit den Übertragungselektroden 23 und 24 durch ein Kontaktloch 25 verbunden. Die Tätigkeit dieses Bild sensors mit einem CSD ist im einzelnen in den oben erwähnten Unterlagen nach dem Stand der Technik veröffentlicht. Kurz ge sagt, eine Signalladung von einer Zeile von photoelektrischen Konversionselementen 22, die durch eine Abtastleitung 21 ausge wählt ist, wird in einen vertikalen Übertragungskanal 3 durch ein Übertragungsgate 26 ausgelesen und in die vertikale Rich tung (in die Richtung einer Spalte) übertragen. Die Übertragung der Signalladung in die vertikale Richtung wird während einer Horizontalperiode durchgeführt, und die Signalladung wird an einen horizontalen CCD während einer Horizontal-Rücksetzperiode ausgelesen.

Der größte Vorteil des CSD ist der, daß die Breite des Übertra gungskanalabschnittes schmal gemacht werden kann. Genauer ge sagt, wenn die Breite des Kanalabschnittes schmal ist, kann ein ausreichender Betrag der Übertragungsladung erzielt werden, weil nur die Signalladung von einem photoelektrischen Konver sionselement in ein Ladungsübertragungselement ausgelesen wird. Genauer gesagt, ein Potentialtopf in einem vertikalen Ladungs übertragungselement weist eine Länge auf, die einem vertikalen Leitungsabschnitt entspricht, und folglich weist der Potential topf eine ausreichend große Fläche auf, wenn die Breite des Kanalabschnittes extrem schmal ist. Somit kann ein ausreichen der Betrag der Übertragungsladung erzielt werden.

Fig. 2A und 2B sind Ansichten, die Schnittstrukturen der entsprechenden Abschnitte des in Fig. 1 gezeigten Festkörper bildsensors zeigen. Fig. 2A zeigt eine Schnittstruktur, die entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 genommen ist, und Fig. 2B zeigt eine Schnittstruktur, die entlang der Linie B-B′ in Fig. 1 genommen ist.

In Fig. 2A ist eine n⁻-Typ-Störstellendiffusionsschicht 33, die als ein Ladungsübertragungskanal dient, auf einem Halblei tersubstrat 1 eines ersten Leitungstypes (der p-Typ in Fig. 2A) gebildet. Eine Gate-Elektrode 23 ist auf der n⁻-Typ-Stör stellendiffusionsschicht 33 vorgesehen zum Steuern der Über tragungstätigkeit. Ein dicker Oxidfilm 31 und eine p⁺-Typ-Stör stellendiffusionsschicht 32 sind gebildet zum elektrischen Tren nen der benachbarten Einrichtungen.

In Fig. 2B ist eine Anordnung ähnlich zu der in Fig. 2A ge zeigt. In der in Fig. 2B gezeigten Anordnung ist eine p⁺-Typ- Diffusionsschicht 32 zum Trennen der Einrichtungen nicht ge bildet, da ein Übertragungsgate zwischen dem photoelektrischen Konversionselement 22 und der n⁻-Diffusionsschicht 33, die als Übertragungskanal dient, gebildet ist. Da die Elektrode des Übertragungsgates und die Transferelektroden als eine einzelne Elektrode in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung gebildet sind, wird eine Schwellenspannung V _th des Übertragungsgates vergrö ßert durch Ionenimplantation von p-Typ-Störstellen in dem Be reich 34, der für das Übertragungsgate vorgesehen ist, so daß eine fehlerhafte Tätigkeit des Übertragungsgates verhindert werden kann. Eine Abtastleitung 21 zum Auswählen eines photo elektrischen Konversionselementes 22 ist auf der Gate-Elektrode 23 durch ein Kontaktloch 25 angeschlossen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches in bezug auf die gleiche Gate-Spannung eine Relation zwischen einer Breite eines Kanales und einem Potential zeigt, welches in dem Kanal gebildet ist. Wie aus Fig. 3 erkenntlich ist, wird das Potential in dem Kanal gesenkt, wenn die Kanalbreite schmaler wird (dieses Phänomen wird im allgemeinen ein Schmalkanaleffekt genannt). Von diesem Phänomen wird angenommen, daß es durch Ausgleich der Störstel lenkonzentration in dem vergrabenen Kanal 33 durch horizontale Diffusion der Störstellen von der Störstellendiffusionsschicht 32 beim Schneiden des Kanales verursacht wird. Dieses Phänomen ist insbesondere bemerkenswert, wenn die Kanalbreite schmal ist. Wie aus den Fig. 2A und 2B gesehen werden kann, ist in der Störstellendiffusionsschicht 33, die dem vergrabenen Kanal zugewiesen ist, ein Abschnitt, der mit dem Übertragungs gate 26 verbunden ist, durch das Kanalschneiden der Störstel lendiffusionsschicht 32 nur von einer Seite davon beeinflußt, während die anderen Abschnitte des Störstellendiffusionsberei ches 33 durch die Störstellendiffusionsschicht 32 von beiden Seiten davon beeinflußt werden. Daher wird in dem Übertragungs kanal 3 der Schmalkanaleffekt auf verschiedene Arten erzeugt, die von dem mit dem Übertragungsgate 26 verbundenen Abschnitt oder den anderen Abschnitten des Kanales 3 abhängen, und die Kanalbreite des Übertragungskanales 3 verändert sich in ihrer Längsrichtung deutlich.

Fig. 4A und 4B sind Ansichten, die typischerweise eine ge schnittene Anordnung zeigen, die entlang der Linie C-C′ in Fig. 1 genommen sind und ein Potential, das in dieser Anordnung ge bildet ist. Wie zuvor beschrieben ist, wird in den Abschnitten, die mit den Übertragungsgates 26 verbunden sind, nämlich die nahezu zentralen Abschnitte der Übertragungselektroden 23 und 24, der Schmalkanaleffekt zu einem geringeren Ausmaß erzeugt im Vergleich mit den anderen Abschnitten, und folglich, wie von den Fig. 4A und 4B gesehen werden kann, werden die Poten tialtöpfe in diesen Zentralabschnitten tief ausgebildet. Als Resultat kann die Ladung, die in diesen tiefen Potentialtöpfen gefangen ist, nicht übertragen werden, wodurch die Übertragungs effektivität verringert wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Festkörperbildsensor vorzusehen, bei dem nur ein geringer Verlust bei der Übertra gungseffektivität verursacht wird, da derartige tiefe Potential töpfe, wie sie oben beschrieben sind, nicht in einer Richtung der Übertragung einer Signalladung gebildet werden.

Der erfindungsgemäße Festkörperbildsensor ist derartig ausge bildet, daß eine Seitenwand eines Übertragungskanales über ihre ganze Länge in Kontakt ist mit einem Störstellenbereich zum Steuern der Schwellenspannung eines Übertragungsgates.

Folglich ist bei dem erfindungsgemäßen Festkörperbildsensor eine Seitenwand des Übertragungskanales über ihre ganze Länge in Kontakt mit dem Störstellenbereich zum Steuern einer Schwel lenspannung des Übertragungsgates, und daher tritt der soge nannte Schmalkanaleffekt nicht unterschiedlich auf in Abhängig keit von dem Abschnitt, der mit dem Übertragungsgate verbunden ist, oder den anderen Abschnitten, und das Fehlen der Einheit lichkeit in dem Potential entlang der Ladungsübertragungsrich tung kann verhindert werden. Folglich kann ein Festkörperbild sensor mit einer hohen Effektivität der Übertragung der Ladung erzielt werden im Vergleich mit konventionellen Bildsensoren.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Anordnung in einem kon ventionellen Festkörperbildsensor,

Fig. 2A und 2B Ansichten der Schnittstrukturen des in Fig. 1 gezeigten Festkörperbildsensors; insbesondere zeigt Fig. 2A eine Schnittstruktur, die entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 genommen ist und Fig. 2B eine Schnittstruktur, die entlang der Linie B-B′ in Fig. 1 genommen ist,

Fig. 3 ein Diagramm einer Relation zwischen einer Brei te eines Kanales (eines vergrabenen Übertragungs kanales) und eines Potentiales, das in dem Kanal gebildet ist, bei gleicher Gate-Spannung,

Fig. 4A und 4B typische Schnittstrukturen, die entlang der Linie C-C′ in Fig. 1 genommen sind und das Po tential, das in dieser Struktur gebildet ist,

Fig. 5 eine Draufsicht einer Anordnung einer erfindungs gemäßen Ausführungsform eines Festkörperbild sensors,

Fig. 6A und 6B Schnittstrukturen des in Fig. 5 gezeigten Fest körperbildsensors; insbesondere zeigt Fig. 6A eine Schnittstruktur, die entlang der Linie D-D′ in Fig. 5 genommen ist, und Fig. 6B zeigt eine Schnittstruktur, die entlang der Linie E-E′ in Fig. 5 genommen ist, und

Fig. 7 eine Draufsicht einer Anordnung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Fest körperbildsensors.

Fig. 5 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung einer erfindungs gemäßen Ausführungsform eines Festkörperbildsensors zeigt. Die Abschnitte, die denen in Fig. 1 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bezugnehmend auf Fig. 5: ein kennzeichnendes Merkmal dieser Ausführungsform ist, daß eine Seitenwand eines Übertragungskanales 3 über die gesamte Länge in der Längsrichtung davon in Kontakt mit einem Störstel lenimplantationsbereich 40 zum Steuern einer Übertragungsgate schwellenspannung V _th steht.

Fig. 6A und 6B zeigen Ansichten der geschnittenen Anordnung der Abschnitte, die entlang der Linie D-D′ bzw. der Linie E-E′ in Fig. 5 genommen sind. Wie von den Fig. 6A und 6B gesehen werden kann, steht die rechte Seitenwand des Übertragungska nales 3 (der Störstellendiffusionsbereich 33 des Übertragungs kanales) in Kontakt mit einer Störstellendiffusionsschicht 32 zum Trennen der Einrichtungen, unabhängig davon, ob es ein Ab schnitt ist, der mit dem Übertragungsgate 26 verbunden ist oder nicht, und die linke Seitenwand des Übertragungskanales 3 steht in Kontakt mit dem p-Typ-Störstellenimplantationsbereich 40 zum Steuern der Übertragungsgateschwellenspannung V _th. Als Resultat wird der Einfluß, der durch die Störstellendiffusionsschicht 32 zum Trennen der Einrichtungen auf den Übertragungskanal 3 (d.h. der sogenannte Schmalkanaleffekt) nicht auf unterschied liche Weisen ausgeübt, je nachdem, ob der Einfluß auf den Ab schnitt ausgeübt wird, der mit dem Übertragungsgate 26 verbun den ist, oder auf andere Abschnitte. Somit wird der Einfluß praktisch gleichmäßig über die gesamte Länge des Übertragungs kanales 3 ausgeübt. Daher wird es möglich, die Ungleichförmig keit der Breite des Übertragungskanales in Abhängigkeit davon zu vermeiden, ob der Abschnitt, der mit dem Übertragungsgate verbunden ist, betroffen ist oder nicht, was unterschiedlich zu dem in den Fig. 1 bis 2B gezeigten konventionellen Mu ster ist. Als Resultat kann eine derartige Tiefe der Potential töpfe, wie sie in Fig. 4B gezeigt ist, verschwindend gemacht werden. Somit existiert der Signalbetrag Q _R (wie in Fig. 4B ge zeigt ist) nicht, der in der Tiefe des Potentialtopfes gefan gen sein würde und nicht daraus ausgelesen werden könnte in einem derartigen konventionellen Muster, dies macht es möglich, die Übertragungseffektivität zu verbessern.

Normalerweise beträgt die Schwellenspannung V _th des Übertra gungsgates 26 2 bis 3 V, und die Übertragungsspannung in die senkrechte Richtung beträgt ungefähr 0 bis 1 V. Folglich tritt niemals eine fehlerhafte Tätigkeit auf in dem Störstellenim plantationsbereich 40 zum Steuern der Übertragungsgateschwel lenspannung V _th in Kontakt mit dem Übertragungsgateabschnitt oder dem Kanalbereich 33 zu der Zeit der Übertragung der La dung.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Trennung der Einrichtungen erzielt durch die Benutzung des dicken Oxid filmes und des p⁺-Bereiches und des Oxidfilmes (nämlich durch Trennung von LOCOS, lokale Oxidation des Siliziums). Wenn die Trennung der Einrichtungen nur unter Benutzung des p⁺-Berei ches erzielt wird, kann der Potentialtopf nicht daran gehindert werden, einen tiefen Abschnitt in dem konventionellen Muster zu haben. Wenn in einem derartigen Fall die gleiche Auslegung wie in der oben beschriebenen Ausführungsform angewandt wird, kann dieser Nachteil überwunden werden.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform eine Struktur auf weist, die ein Übertragungsgate für ein Bildelement benutzt, kann eine Struktur gewählt werden, die eine Mehrzahl von Über tragungsgates für ein Bildelement benutzt.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform die Auslegung auf weist, in der der Störstellenimplantationsbereich 40 zum Steuern der Übertragungsgateschwellenspannung V _th und der Störstellen diffusionsbereich 33 des Übertragungskanales total in Kontakt stehen, kann der gleiche Effekt wie oben beschrieben erreicht werden, wenn diese Bereiche in einer geeigneten Überlappung in Kontakt stehen.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform auf einen Bild sensor mit einer Ladungsverschiebungseinrichtung bezogen ist, wird die Tiefe eines Potentialtopfes in einem Übertragungsgate ebenfalls ein Problem in einem Bildsensor mit ILCCD wegen des Schmalkanaleffektes, der durch den hohen Integrationsgrad der Bildelemente erzeugt wird. Wenn folglich die Erfindung auf einen Bildsensor mit ILCCD angewandt wird, kann der gleiche Effekt wie oben beschrieben erzielt werden. Fig. 7 zeigt ein Beispiel, in dem die Erfindung auf einen Bildsensor mit ILCCD angewandt ist. In Fig. 7 sind die gleichen Abschnitte wie die der Ausfüh rungsform in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, hat der Störstellendiffusions bereich 33 zum Bilden des Übertragungskanales 3 auf die gleiche Weise wie bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform eine Sei tenwand, die mit ihrer gesamten Länge in Kontakt mit dem Stör stellenimplantationsbereich 40 zum Steuern der Übertragungs gateschwellenspannung V _th steht, wodurch ein tiefer Abschnitt in dem Potentialtopf daran gehindert werden kann, sich zu bil den. Der Bildsensor mit ILCCD weist ein Ladungsübertragungs system auf, das ein wenig unterschiedlich von dem des Bildsen sors mit CSD ist, und daher sind zwei Übertragungselektroden 71 und 72 für ein Bildelement (ein photoelektrisches Konver sionselement 22) vorgesehen.

Claims

1. Festkörperbildsensor mit einer Mehrzahl von photoelektrischen Konversionselementen (22), einer Mehrzahl von Übertragungsgates (26), die in Zugehörigkeit mit der Mehrzahl von photoelektrischen Konversionselementen (22) zum selektiven Auslesen einer Signalladung von den zugehörigen photoelektrischen Konversionselementen (22) vorgesehen sind, und einer Ladungsübertragungseinrichtung zum Übertragen der Si gnalladung in eine vorbestimmte Richtung nach Aufnahme der Si gnalladung von den Übertragungsgates (26), wobei die Ladungsübertragungseinrichtung einen Übertragungska nal (3), der als Weg zum Übertragen der ihm zugeführten Signal ladung dient, und Gate-Elektroden (23 und 24), die in entspre chender Zugehörigkeit mit den Übertragungsgates (26) zum Steuern der Übertragung der Signalladung in dem Übertragungs kanal (3) vorgesehen sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand des Übertragungs kanales (3), die sich entlang der Übertragungsrichtung der Si gnalladung erstreckt, über ihre gesamte Länge in Kontakt mit einem Störstellenbereich (40) ist zum Steuern einer Schwellen spannung der Übertragungsgates (26).

2. Festkörperbildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal (3) in Kon takt mit dem Störstellenbereich (40) ist zum Steuern der Schwel lenspannung der Übertragungsgates (26), wobei er damit zu einem vorgeschriebenen Ausmaß überlappt.