JP2002158346A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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- JP2002158346A JP2002158346A JP2000356057A JP2000356057A JP2002158346A JP 2002158346 A JP2002158346 A JP 2002158346A JP 2000356057 A JP2000356057 A JP 2000356057A JP 2000356057 A JP2000356057 A JP 2000356057A JP 2002158346 A JP2002158346 A JP 2002158346A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】出力ゲート部の転送チャネル内で転送方向の電
界を強め、転送効率を向上させる。 【解決手段】撮像により生成された信号電荷を転送する
転送部(水平レジスタ)と、信号電荷を検出し増幅して
外部に出力する出力部と、転送部からの信号電荷を出力
部に受け渡す出力ゲート部(HOG部)とを有してい
る。HOG部は、半導体からなる信号電荷の転送チャネ
ル領域3と、転送チャネル領域3内に電位差を設ける手
段とを有している。この手段として、転送方向に配置さ
れた複数の水平出力ゲート、すなわち第1,第2電極1
4,16を有する。電位差を設ける他の手段として、転
送チャネル3内に形成した第1,第2不純物領域5,6
を有する。
界を強め、転送効率を向上させる。 【解決手段】撮像により生成された信号電荷を転送する
転送部(水平レジスタ)と、信号電荷を検出し増幅して
外部に出力する出力部と、転送部からの信号電荷を出力
部に受け渡す出力ゲート部(HOG部)とを有してい
る。HOG部は、半導体からなる信号電荷の転送チャネ
ル領域3と、転送チャネル領域3内に電位差を設ける手
段とを有している。この手段として、転送方向に配置さ
れた複数の水平出力ゲート、すなわち第1,第2電極1
4,16を有する。電位差を設ける他の手段として、転
送チャネル3内に形成した第1,第2不純物領域5,6
を有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号電荷を出力部
に送るタイミングを制御する出力ゲート部を転送部と出
力部との間に有した固体撮像装置と、その製造方法とに
関する。
に送るタイミングを制御する出力ゲート部を転送部と出
力部との間に有した固体撮像装置と、その製造方法とに
関する。
【0002】
【従来の技術】フレームトランスファ(FT)方式、イ
ンターライントランスファ(IT)方式、フレームイン
ターライントランスファ(FIT)方式などの各種CC
D(Charge Coupled Device) は、撮像により得られた信
号電荷をフレーム単位で水平方向に転送する水平レジス
タと、水平レジスタの一方端に設けられた出力部とを有
する。出力部は、信号電荷量を画素ごとに電圧に変換し
増幅して時系列の撮像信号として外部に出力する。出力
部は、電荷量が検出された後の信号電荷を画素ごとに掃
き捨てるリセット動作が必要であり、このリセット動作
に同期して信号電荷を水平レジスタから出力部に画素ご
とに送るタイミングを制御する必要がある。このタイミ
ングを制御する手段として、水平レジスタと出力部との
間に水平出力ゲート (HOG:horizontal output gate)
が設けられている。
ンターライントランスファ(IT)方式、フレームイン
ターライントランスファ(FIT)方式などの各種CC
D(Charge Coupled Device) は、撮像により得られた信
号電荷をフレーム単位で水平方向に転送する水平レジス
タと、水平レジスタの一方端に設けられた出力部とを有
する。出力部は、信号電荷量を画素ごとに電圧に変換し
増幅して時系列の撮像信号として外部に出力する。出力
部は、電荷量が検出された後の信号電荷を画素ごとに掃
き捨てるリセット動作が必要であり、このリセット動作
に同期して信号電荷を水平レジスタから出力部に画素ご
とに送るタイミングを制御する必要がある。このタイミ
ングを制御する手段として、水平レジスタと出力部との
間に水平出力ゲート (HOG:horizontal output gate)
が設けられている。
【0003】図11(A)は従来の水平出力ゲートと水
平レジスタ端部の構造を示す断面図、図11(B)は
(A)に対応した断面において、水平出力ゲートがオン
した状態でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図
である。図11(A)において符号3は信号電荷が転送
されるn型の転送チャネル領域を示す。転送チャネル領
域3上に、第1層目のポリシリコンからなる第1水平転
送電極11が形成されている。水平レジスタ内には、こ
の第1水平転送電極11が所定間隔をおいて繰り返し配
置され、その各配置ペース間に、両端部が誘電膜13を
挟んで第1水平転送電極上に重なった第2層目のポリシ
リコンからなる第2水平転送電極が配置されている。第
1,第2水平転送電極対を単位に、位相が異なる2つの
水平転送クロックφH1,φH2が交互に印加され、水
平レジスタ内の電荷転送が行われる。
平レジスタ端部の構造を示す断面図、図11(B)は
(A)に対応した断面において、水平出力ゲートがオン
した状態でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図
である。図11(A)において符号3は信号電荷が転送
されるn型の転送チャネル領域を示す。転送チャネル領
域3上に、第1層目のポリシリコンからなる第1水平転
送電極11が形成されている。水平レジスタ内には、こ
の第1水平転送電極11が所定間隔をおいて繰り返し配
置され、その各配置ペース間に、両端部が誘電膜13を
挟んで第1水平転送電極上に重なった第2層目のポリシ
リコンからなる第2水平転送電極が配置されている。第
1,第2水平転送電極対を単位に、位相が異なる2つの
水平転送クロックφH1,φH2が交互に印加され、水
平レジスタ内の電荷転送が行われる。
【0004】水平出力ゲートHOGは、その端部が誘電
膜13を挟んで第1水平転送電極11上に重なる第2層
目のポリシリコンからなる。図11(A)の左側に位置
し図示を省略した出力部の電荷検出時およびリセット時
には、水平出力ゲートHOGに水平出力クロックφHO
Gが印加されない。このとき、水平出力ゲート直下の転
送チャネル領域3のポテンシャルが低く、水平レジスタ
端にある次の1画素分の信号電荷に対して電位障壁が形
成されている。リセット動作が終了すると、水平出力ゲ
ートHOGに水平出力クロックφHOGが印加され、そ
の直下のポテンシャルψが図11(B)のように上が
り、水平レジスタ端の信号電荷が出力部に送られる。
膜13を挟んで第1水平転送電極11上に重なる第2層
目のポリシリコンからなる。図11(A)の左側に位置
し図示を省略した出力部の電荷検出時およびリセット時
には、水平出力ゲートHOGに水平出力クロックφHO
Gが印加されない。このとき、水平出力ゲート直下の転
送チャネル領域3のポテンシャルが低く、水平レジスタ
端にある次の1画素分の信号電荷に対して電位障壁が形
成されている。リセット動作が終了すると、水平出力ゲ
ートHOGに水平出力クロックφHOGが印加され、そ
の直下のポテンシャルψが図11(B)のように上が
り、水平レジスタ端の信号電荷が出力部に送られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
水平出力ゲートHOG直下の転送チャネルは、一様なポ
テンシャル分布となっているため、電荷転送方向の電界
が弱く、転送不良が発生しやすい構造であった。ここで
転送不良とは、一画素分の信号電荷が完全に転送されず
に、この水平転送ゲートHOG直下の転送チャネル内に
一部残存し、次の画素に対応した信号画素と混合する現
象をいう。カラーCCDにおいて転送不良が発生する
と、再生画面が水平方向で混色を起こしたり、全体的に
画面の色が薄くなってしまうなどの不具合が生じ、高画
質が得られない。
水平出力ゲートHOG直下の転送チャネルは、一様なポ
テンシャル分布となっているため、電荷転送方向の電界
が弱く、転送不良が発生しやすい構造であった。ここで
転送不良とは、一画素分の信号電荷が完全に転送されず
に、この水平転送ゲートHOG直下の転送チャネル内に
一部残存し、次の画素に対応した信号画素と混合する現
象をいう。カラーCCDにおいて転送不良が発生する
と、再生画面が水平方向で混色を起こしたり、全体的に
画面の色が薄くなってしまうなどの不具合が生じ、高画
質が得られない。
【0006】本発明の目的は、出力ゲート部の転送チャ
ネル内で電位差を設けることにより転送方向の電界を強
めることができ、その結果として出力部に信号電荷を送
り出す際の転送効率を向上させた固体撮像装置と、その
製造方法とを提供することにある。
ネル内で電位差を設けることにより転送方向の電界を強
めることができ、その結果として出力部に信号電荷を送
り出す際の転送効率を向上させた固体撮像装置と、その
製造方法とを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点に係
る固体撮像装置は、撮像により生成された信号電荷を転
送する転送部と、上記信号電荷を検出し増幅して外部に
出力する出力部と、上記転送部からの信号電荷を上記出
力部に受け渡す出力ゲート部とを有した固体撮像装置で
あって、上記出力ゲート部は、半導体からなる上記信号
電荷の転送チャネル領域と、上記転送チャネル領域内に
電位差を設ける手段とを有している。
る固体撮像装置は、撮像により生成された信号電荷を転
送する転送部と、上記信号電荷を検出し増幅して外部に
出力する出力部と、上記転送部からの信号電荷を上記出
力部に受け渡す出力ゲート部とを有した固体撮像装置で
あって、上記出力ゲート部は、半導体からなる上記信号
電荷の転送チャネル領域と、上記転送チャネル領域内に
電位差を設ける手段とを有している。
【0008】上記転送チャネル領域内に電位差を設ける
手段の一つとして、転送方向で複数に分離した出力ゲー
ト電極がある。この場合、上記出力ゲート部は、上記転
送チャネル領域と、上記転送チャネル領域上の誘電膜
と、上記誘電膜上の出力ゲート電極とを有し、上記出力
ゲート電極は、上記転送部側の第1電極と、上記第1電
極の上記出力部側に位置し第1電極と絶縁分離された第
2電極とを含む。好適に、上記第2電極が、誘電膜を挟
んで上記第1電極上に一部重ねられている。ポテンシャ
ルディップを抑制するためである。
手段の一つとして、転送方向で複数に分離した出力ゲー
ト電極がある。この場合、上記出力ゲート部は、上記転
送チャネル領域と、上記転送チャネル領域上の誘電膜
と、上記誘電膜上の出力ゲート電極とを有し、上記出力
ゲート電極は、上記転送部側の第1電極と、上記第1電
極の上記出力部側に位置し第1電極と絶縁分離された第
2電極とを含む。好適に、上記第2電極が、誘電膜を挟
んで上記第1電極上に一部重ねられている。ポテンシャ
ルディップを抑制するためである。
【0009】上記転送チャネル領域内に電位差を設ける
手段の他の一つとして、転送チャネル領域内で電位差を
付けるために形成した不純物領域がある。この場合、上
記出力ゲート部は、上記転送チャネル領域と、上記転送
チャネル領域上の誘電膜と、上記誘電膜上の出力ゲート
電極とを有し、上記出力ゲート電極の下方に、上記転送
チャネル領域に転送方向で電位差をつける不純物領域を
有している。好適に、上記出力ゲート電極の下方に、上
記転送部側の第1不純物領域と、上記第1不純物領域の
上記出力部側に隣接し、上記転送チャネル領域のポテン
シャルを上記第1不純物領域側より高くする不純物濃度
分布の第2不純物領域とを有している。この場合におい
ても、上記出力ゲート電極が、上記第1不純物領域の上
方に配置した第1電極と、上記第2不純物領域の上方に
配置した第2電極とを含む構成としてもよい。
手段の他の一つとして、転送チャネル領域内で電位差を
付けるために形成した不純物領域がある。この場合、上
記出力ゲート部は、上記転送チャネル領域と、上記転送
チャネル領域上の誘電膜と、上記誘電膜上の出力ゲート
電極とを有し、上記出力ゲート電極の下方に、上記転送
チャネル領域に転送方向で電位差をつける不純物領域を
有している。好適に、上記出力ゲート電極の下方に、上
記転送部側の第1不純物領域と、上記第1不純物領域の
上記出力部側に隣接し、上記転送チャネル領域のポテン
シャルを上記第1不純物領域側より高くする不純物濃度
分布の第2不純物領域とを有している。この場合におい
ても、上記出力ゲート電極が、上記第1不純物領域の上
方に配置した第1電極と、上記第2不純物領域の上方に
配置した第2電極とを含む構成としてもよい。
【0010】このような構成の固体撮像装置において、
転送チャネル領域内に電位差を設ける手段が、絶縁分離
された複数の出力ゲート電極のみである場合、第1電極
と第2電極間に異なる電圧を印加することにより、転送
チャネル領域内に出力部側が低くなるように電位差を付
けることが可能となる。また、出力ゲート電極が従来と
同様に単一であっても、転送チャネル領域に転送方向で
電位差をつける不純物領域を設けることにより、転送チ
ャネル領域内のポテンシャルは出力部側が高くなる。こ
の場合、出力ゲート電極を複数として異なる電圧を印加
すると、さらに電位差を大きくすることが容易となる。
これら何れの場合でも、転送チャネル内に転送方向で電
界が生じ、この電界によって信号電荷が出力部側に容易
に移動する。
転送チャネル領域内に電位差を設ける手段が、絶縁分離
された複数の出力ゲート電極のみである場合、第1電極
と第2電極間に異なる電圧を印加することにより、転送
チャネル領域内に出力部側が低くなるように電位差を付
けることが可能となる。また、出力ゲート電極が従来と
同様に単一であっても、転送チャネル領域に転送方向で
電位差をつける不純物領域を設けることにより、転送チ
ャネル領域内のポテンシャルは出力部側が高くなる。こ
の場合、出力ゲート電極を複数として異なる電圧を印加
すると、さらに電位差を大きくすることが容易となる。
これら何れの場合でも、転送チャネル内に転送方向で電
界が生じ、この電界によって信号電荷が出力部側に容易
に移動する。
【0011】本発明の第2の観点に係る固体撮像装置の
製造方法は、撮像により生成され転送部内を転送されて
きた信号電荷を出力部に出力する出力ゲート部を有した
固体撮像装置の製造方法であって、上記出力ゲート部の
形成時に以下の諸工程、すなわち、不純物をドープして
第1不純物領域を半導体からなる転送チャネル領域内に
形成し、上記転送チャネル領域上に第1誘電膜を形成
し、上記第1誘電膜の転送部側部分上に第1電極を形成
し、上記第1電極をマスクとしたイオン注入により上記
転送チャネル領域の一部分に不純物をドープして上記第
1不純物領域と異なるポテンシャルの第2不純物領域を
形成し、少なくとも上記第1電極の表面に第2誘電膜を
形成し、上記第2不純物領域の上方に第2電極を形成す
る各工程を含む。好適に、上記転送チャネル領域の上記
第2不純物領域側のポテンシャルが上記第1不純物領域
側のポテンシャルより高くなる条件で、上記第1電極を
マスクとしたイオン注入を行う。また、上記第2誘電膜
を挟んで上記第1電極と一部重なるように上記第2電極
を形成する。
製造方法は、撮像により生成され転送部内を転送されて
きた信号電荷を出力部に出力する出力ゲート部を有した
固体撮像装置の製造方法であって、上記出力ゲート部の
形成時に以下の諸工程、すなわち、不純物をドープして
第1不純物領域を半導体からなる転送チャネル領域内に
形成し、上記転送チャネル領域上に第1誘電膜を形成
し、上記第1誘電膜の転送部側部分上に第1電極を形成
し、上記第1電極をマスクとしたイオン注入により上記
転送チャネル領域の一部分に不純物をドープして上記第
1不純物領域と異なるポテンシャルの第2不純物領域を
形成し、少なくとも上記第1電極の表面に第2誘電膜を
形成し、上記第2不純物領域の上方に第2電極を形成す
る各工程を含む。好適に、上記転送チャネル領域の上記
第2不純物領域側のポテンシャルが上記第1不純物領域
側のポテンシャルより高くなる条件で、上記第1電極を
マスクとしたイオン注入を行う。また、上記第2誘電膜
を挟んで上記第1電極と一部重なるように上記第2電極
を形成する。
【0012】この固体撮像装置の製造方法を用いると、
第1電極をマスクとして不純物をイオン注入ため追加工
程が少なくでき、不純物領域と電極との位置ずれがな
い。
第1電極をマスクとして不純物をイオン注入ため追加工
程が少なくでき、不純物領域と電極との位置ずれがな
い。
【0013】
【発明の実施の形態】第1実施形態 図1に、第1実施形態に係るCCDの水平レジスタ、出
力ゲート部および出力部の断面図を示す。図2(A)に
図1の要部を拡大した断面図を示す。図2(B)は
(A)に対応した断面において、水平出力ゲートがオン
した状態でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図
である。n型シリコンウエハなどの半導体基板1内にp
型のウエル2が形成され、p型ウエル2内に信号電荷が
転送されるn型の転送チャネル領域3が形成されてい
る。転送チャネル領域3上に酸化珪素などからなる誘電
膜10が形成され、誘電膜10上に各種電極が形成され
ている。
力ゲート部および出力部の断面図を示す。図2(A)に
図1の要部を拡大した断面図を示す。図2(B)は
(A)に対応した断面において、水平出力ゲートがオン
した状態でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図
である。n型シリコンウエハなどの半導体基板1内にp
型のウエル2が形成され、p型ウエル2内に信号電荷が
転送されるn型の転送チャネル領域3が形成されてい
る。転送チャネル領域3上に酸化珪素などからなる誘電
膜10が形成され、誘電膜10上に各種電極が形成され
ている。
【0014】水平レジスタにおいては、第1層目のポリ
シリコンからなる第1水平転送電極11が所定間隔をお
いて転送方向に繰り返し配置されている。第1水平電極
11の表面に誘電膜13が形成されている。第1水平転
送電極11間の各スペースにおける誘電膜10上に、第
2層目のポリシリコンからなる第2水平転送電極12が
配置されている。第2水平転送電極12は、その両端部
が第1水平転送電極11の端部における誘電膜13上に
重ねられている。第1,第2水平転送電極対を単位に、
位相が異なる2つの水平転送クロックφH1,φH2が
交互に印加され、水平レジスタ内の電荷転送が行われ
る。第2水平転送電極12下方の転送チャネル領域3の
表面部分に、比較的低濃度のp型不純物領域4が形成さ
れている。このp型不純物領域4の存在により、水平転
送クロックφH1またはφH2の印加時に、ペアとなっ
て電位制御される転送チャネル領域部分、すなわち図1
におけるp型不純物領域4と左側に隣接する転送チャネ
ル領域部分に対し、p型不純物領域4下方の転送チャネ
ル領域部分のポテンシャルが低くなる。このため、信号
電荷が転送方向側に容易に移動し転送効率が向上する。
シリコンからなる第1水平転送電極11が所定間隔をお
いて転送方向に繰り返し配置されている。第1水平電極
11の表面に誘電膜13が形成されている。第1水平転
送電極11間の各スペースにおける誘電膜10上に、第
2層目のポリシリコンからなる第2水平転送電極12が
配置されている。第2水平転送電極12は、その両端部
が第1水平転送電極11の端部における誘電膜13上に
重ねられている。第1,第2水平転送電極対を単位に、
位相が異なる2つの水平転送クロックφH1,φH2が
交互に印加され、水平レジスタ内の電荷転送が行われ
る。第2水平転送電極12下方の転送チャネル領域3の
表面部分に、比較的低濃度のp型不純物領域4が形成さ
れている。このp型不純物領域4の存在により、水平転
送クロックφH1またはφH2の印加時に、ペアとなっ
て電位制御される転送チャネル領域部分、すなわち図1
におけるp型不純物領域4と左側に隣接する転送チャネ
ル領域部分に対し、p型不純物領域4下方の転送チャネ
ル領域部分のポテンシャルが低くなる。このため、信号
電荷が転送方向側に容易に移動し転送効率が向上する。
【0015】出力部において、水平レジスタ側に転送チ
ャネル領域3を深さ方向に貫いて比較的高濃度のn型不
純物が導入され、これによりフローティングディフュジ
ョンFDが形成されている。フローティングディフュジ
ョンFDは、同じ半導体基板に集積化され、この断面図
に現れていないバッファアンプ20の入力に接続されて
いる。バッファアンプ20は、フローティングディフュ
ジョンFDに送られた信号電荷による電位変化を検出し
て増幅する。バッファアンプ20の出力は、撮像信号の
出力端子に接続され、この出力端子から時系列の撮像信
号が順次出力される。
ャネル領域3を深さ方向に貫いて比較的高濃度のn型不
純物が導入され、これによりフローティングディフュジ
ョンFDが形成されている。フローティングディフュジ
ョンFDは、同じ半導体基板に集積化され、この断面図
に現れていないバッファアンプ20の入力に接続されて
いる。バッファアンプ20は、フローティングディフュ
ジョンFDに送られた信号電荷による電位変化を検出し
て増幅する。バッファアンプ20の出力は、撮像信号の
出力端子に接続され、この出力端子から時系列の撮像信
号が順次出力される。
【0016】フローティングディフュジョンFDと離れ
た箇所に、転送チャネル領域3を深さ方向に貫いて比較
的高濃度のn型不純物が導入され、これによりリセット
ディフュジョンRDが形成されている。リセットディフ
ュジョンRDは、一定電圧VDで保持される。このリセ
ットディフュジョンRDとフローティングディフュジョ
ンFDとの間に残された転送チャネル領域3上に誘電膜
10が延在し、この誘電膜10上にリセットゲートRG
が形成されている。リセットゲートRGは、第1〜第3
層目のポリシリコンの何れかから構成されている。一画
素分の信号電荷の検出が終了するとリセットゲートRG
にリセットパルスφRGが印加され、2つのディフュジ
ョンFD,RDが導通する。これにより、フローティン
グディフュジョンFD内の信号電荷がリセットディフュ
ジョンRDに掃き捨てられる。上記した信号電荷の検出
および増幅と、このリセット動作とを画素ごとに繰り返
すことにより前記した撮像信号が生成される。
た箇所に、転送チャネル領域3を深さ方向に貫いて比較
的高濃度のn型不純物が導入され、これによりリセット
ディフュジョンRDが形成されている。リセットディフ
ュジョンRDは、一定電圧VDで保持される。このリセ
ットディフュジョンRDとフローティングディフュジョ
ンFDとの間に残された転送チャネル領域3上に誘電膜
10が延在し、この誘電膜10上にリセットゲートRG
が形成されている。リセットゲートRGは、第1〜第3
層目のポリシリコンの何れかから構成されている。一画
素分の信号電荷の検出が終了するとリセットゲートRG
にリセットパルスφRGが印加され、2つのディフュジ
ョンFD,RDが導通する。これにより、フローティン
グディフュジョンFD内の信号電荷がリセットディフュ
ジョンRDに掃き捨てられる。上記した信号電荷の検出
および増幅と、このリセット動作とを画素ごとに繰り返
すことにより前記した撮像信号が生成される。
【0017】この出力部への信号電荷の入力を制御する
手段として、水平出力ゲート部(HOG部)が水平レジ
スタと出力部との間に設けられている。本実施形態にお
けるHOG部の水平転送ゲートHOGは、互いに絶縁分
離された2つの電極、すなわち第1電極14と第2電極
16とにより構成されている。第1電極14は第1層目
のポリシリコンからなり、第2電極16は第2層目のポ
リシリコンからなる。第1電極14の一方端部は、水平
レジスタの第1水平転送電極11の端部に対し誘電膜1
3を介在させた状態で重ねられている。第1電極14の
表面に誘電膜15が形成され、第2電極16の一方端部
は、第1電極14の他方端部に対し誘電膜15を介在さ
せた状態で重ねられている。
手段として、水平出力ゲート部(HOG部)が水平レジ
スタと出力部との間に設けられている。本実施形態にお
けるHOG部の水平転送ゲートHOGは、互いに絶縁分
離された2つの電極、すなわち第1電極14と第2電極
16とにより構成されている。第1電極14は第1層目
のポリシリコンからなり、第2電極16は第2層目のポ
リシリコンからなる。第1電極14の一方端部は、水平
レジスタの第1水平転送電極11の端部に対し誘電膜1
3を介在させた状態で重ねられている。第1電極14の
表面に誘電膜15が形成され、第2電極16の一方端部
は、第1電極14の他方端部に対し誘電膜15を介在さ
せた状態で重ねられている。
【0018】第1電極14直下の転送チャネル領域3の
表面部分に第1不純物領域5が形成され、第2電極16
直下の転送チャネル領域3の表面部分に第2不純物領域
6が形成されている。出力部で電荷量の検出時またはリ
セット時には、水平出力クロックφHOGが第1,第2
電極14,16に印加されない。このとき、図2(B)
に破線で示すようにHOG部の電位障壁が高く、次の画
素に対応した信号電荷は水平レジスタ端に溜まってい
る。出力部でリセット動作が終了すると、水平出力クロ
ックφHOGが第1,第2電極14,16に印加され、
図2(B)に実線で示すように、HOG部の電位障壁の
高さが下げられる。このとき本実施形態では、第1,第
2不純物領域5,6の存在により、転送チャネル領域3
にポテンシャル差が生じる。すなわち、第2電極16側
のポテンシャルが第1電極14側より高くなる。その結
果、HOG部の転送方向の両端部のみならずHOG部の
途中で電界が発生し、電荷が転送方向に移動しやすくな
り、スムーズにフローティングディフュージョンFDに
移送される。したがって、このHOG部での電荷残しが
防止あるいは低減され、電荷転送効率が向上する。
表面部分に第1不純物領域5が形成され、第2電極16
直下の転送チャネル領域3の表面部分に第2不純物領域
6が形成されている。出力部で電荷量の検出時またはリ
セット時には、水平出力クロックφHOGが第1,第2
電極14,16に印加されない。このとき、図2(B)
に破線で示すようにHOG部の電位障壁が高く、次の画
素に対応した信号電荷は水平レジスタ端に溜まってい
る。出力部でリセット動作が終了すると、水平出力クロ
ックφHOGが第1,第2電極14,16に印加され、
図2(B)に実線で示すように、HOG部の電位障壁の
高さが下げられる。このとき本実施形態では、第1,第
2不純物領域5,6の存在により、転送チャネル領域3
にポテンシャル差が生じる。すなわち、第2電極16側
のポテンシャルが第1電極14側より高くなる。その結
果、HOG部の転送方向の両端部のみならずHOG部の
途中で電界が発生し、電荷が転送方向に移動しやすくな
り、スムーズにフローティングディフュージョンFDに
移送される。したがって、このHOG部での電荷残しが
防止あるいは低減され、電荷転送効率が向上する。
【0019】つぎに、図2(A)のHOG部の形成方法
を、図3〜図7を用いて説明する。p型ウエル2および
転送チャネル領域3が形成された半導体基板1を用意
し、図3に示すように、転送チャネル領域3の表面に酸
化珪素などの誘電膜10を形成する。続いて、水平レジ
スタの第1水平転送電極11の形成を行い、必要に応じ
て水平転送レジスタ内の転送チャネル領域3にp型不純
物領域4を形成する。
を、図3〜図7を用いて説明する。p型ウエル2および
転送チャネル領域3が形成された半導体基板1を用意
し、図3に示すように、転送チャネル領域3の表面に酸
化珪素などの誘電膜10を形成する。続いて、水平レジ
スタの第1水平転送電極11の形成を行い、必要に応じ
て水平転送レジスタ内の転送チャネル領域3にp型不純
物領域4を形成する。
【0020】図4に示すように、この水平レジスタ端の
第1水平転送電極11をマスクとしてドナーイオンを注
入し、HOG部における転送チャネル領域3内の表面側
に第1不純物領域5を形成する。
第1水平転送電極11をマスクとしてドナーイオンを注
入し、HOG部における転送チャネル領域3内の表面側
に第1不純物領域5を形成する。
【0021】図5に示すように、第1水平転送電極11
の表面を熱酸化して誘電膜13を形成する。導電性の第
2ポリシリコンをCVDにより堆積し、パターンニング
する。これにより、第1電極14が、第1水平転送電極
11の一方端部における誘電膜13上に一部重なるパタ
ーンにて形成される。
の表面を熱酸化して誘電膜13を形成する。導電性の第
2ポリシリコンをCVDにより堆積し、パターンニング
する。これにより、第1電極14が、第1水平転送電極
11の一方端部における誘電膜13上に一部重なるパタ
ーンにて形成される。
【0022】図6に示すように、第1および第2ポリシ
リコン(第1水平転送電極11および第1電極14)を
マスクとしてドナーイオンを注入する。第1電極14よ
り出力部側の転送チャネル領域部分のドナー濃度が高ま
り、これにより第2不純物領域6が第1不純物領域5の
出力部側に接して形成される。
リコン(第1水平転送電極11および第1電極14)を
マスクとしてドナーイオンを注入する。第1電極14よ
り出力部側の転送チャネル領域部分のドナー濃度が高ま
り、これにより第2不純物領域6が第1不純物領域5の
出力部側に接して形成される。
【0023】その後、図7に示すように、第1電極14
の表面を熱酸化して誘電膜15を形成する。導電性の第
3ポリシリコンをCVDにより堆積し、パターンニング
する。これにより、第2電極16が、第1電極14の一
方端部における誘電膜15上に一部重なるパターンにて
形成される。これにて、HOG部の形成が終了する。
の表面を熱酸化して誘電膜15を形成する。導電性の第
3ポリシリコンをCVDにより堆積し、パターンニング
する。これにより、第2電極16が、第1電極14の一
方端部における誘電膜15上に一部重なるパターンにて
形成される。これにて、HOG部の形成が終了する。
【0024】このHOG部の形成方法では、互いに絶縁
分離された第1水平転送電極11および第1および第2
電極14,16を形成する過程で、既に形成された電極
をマスクとして第1,第2不純物領域5,6を形成す
る。したがって、第1,第2不純物領域5,6を選択的
に形成するためのマスク層の形成が不要であり、工程数
の増加が少ない。また、第1,第2電極14,16に対
して第1,第2不純物領域5,6が自己整合的に形成さ
れるため、転送効率を下げるようなポテンシャルディッ
プが発生しない。
分離された第1水平転送電極11および第1および第2
電極14,16を形成する過程で、既に形成された電極
をマスクとして第1,第2不純物領域5,6を形成す
る。したがって、第1,第2不純物領域5,6を選択的
に形成するためのマスク層の形成が不要であり、工程数
の増加が少ない。また、第1,第2電極14,16に対
して第1,第2不純物領域5,6が自己整合的に形成さ
れるため、転送効率を下げるようなポテンシャルディッ
プが発生しない。
【0025】第2実施形態 図8(A)に、第2実施形態に係るHOG部の構造を示
す。このHOG部における転送チャネル領域3には、第
1実施形態における第1,第2不純物領域5,6が形成
されていない。その代わり、第1,第2電極14,16
に異なる電圧のクロックφHOG1,φHOG2が印加
される。第2電極16に印加される水平出力クロックφ
HOG2は、第1電極14に印加される水平出力クロッ
クφHOG1より電圧値が大きい。このため、図8
(B)に示すように、第1実施形態と同様に、転送チャ
ネル領域3内のポテンシャル分布が出力部側で階段状に
高くなり、その分、転送効率が向上する。なお、他の構
成は図1に示す第1実施形態と同様である。
す。このHOG部における転送チャネル領域3には、第
1実施形態における第1,第2不純物領域5,6が形成
されていない。その代わり、第1,第2電極14,16
に異なる電圧のクロックφHOG1,φHOG2が印加
される。第2電極16に印加される水平出力クロックφ
HOG2は、第1電極14に印加される水平出力クロッ
クφHOG1より電圧値が大きい。このため、図8
(B)に示すように、第1実施形態と同様に、転送チャ
ネル領域3内のポテンシャル分布が出力部側で階段状に
高くなり、その分、転送効率が向上する。なお、他の構
成は図1に示す第1実施形態と同様である。
【0026】第3実施形態 図9(A)に、第3実施形態に係るHOG部の構造を示
す。このHOG部における転送チャネル領域3には、第
1実施形態と同様、第1,第2不純物領域5,6が形成
されている。その一方、水平出力ゲートHOGは、第1
実施形態のように2つに分離されておらず、第2ポリシ
リコンからなる単一の電極である。第1実施形態ではポ
リシリコン電極をイオン注入マスクとして用いたが、本
実施形態ではイオン注入マスクを、たとえばレジストな
どで形成してイオン注入を行うことを2度繰り返して第
1,第2不純物領域5,6を形成し、その後、水平出力
ゲートHOGを形成する必要がある。第1実施形態では
第1,第2電極14,16を短絡して用いていたので、
本実施形態のように単層電極としても作用効果は同じで
ある。すなわち、図9(B)に示すように、第1実施形
態と同様に、転送チャネル領域3内のポテンシャル分布
が出力部側で階段状に高くなり、その分、転送効率が向
上する。なお、他の構成は図1に示す第1実施形態と同
様である。
す。このHOG部における転送チャネル領域3には、第
1実施形態と同様、第1,第2不純物領域5,6が形成
されている。その一方、水平出力ゲートHOGは、第1
実施形態のように2つに分離されておらず、第2ポリシ
リコンからなる単一の電極である。第1実施形態ではポ
リシリコン電極をイオン注入マスクとして用いたが、本
実施形態ではイオン注入マスクを、たとえばレジストな
どで形成してイオン注入を行うことを2度繰り返して第
1,第2不純物領域5,6を形成し、その後、水平出力
ゲートHOGを形成する必要がある。第1実施形態では
第1,第2電極14,16を短絡して用いていたので、
本実施形態のように単層電極としても作用効果は同じで
ある。すなわち、図9(B)に示すように、第1実施形
態と同様に、転送チャネル領域3内のポテンシャル分布
が出力部側で階段状に高くなり、その分、転送効率が向
上する。なお、他の構成は図1に示す第1実施形態と同
様である。
【0027】第4実施形態 図10(A)に、第4実施形態に係るHOG部の構造を
示す。このHOG部における転送チャネル領域3には、
水平レジスタ側位置にp型の第3不純物領域7のみ形成
されている。出力部側に第1ポリシリコンからなる第2
電極16が形成され、第2電極表面に誘電膜13が形成
されている。この第2電極16の端部における誘電膜1
3上と、第1水平転送電極11の端部における誘電膜1
3上に、両端部を重ねて第1電極14が形成されてい
る。第1電極14は第2ポリシリコンからなり、第1電
極14下方に第3不純物領域7が位置している。図10
(B)に示すように、第3不純物領域7の存在により、
第1実施形態と同様に転送チャネル領域3内のポテンシ
ャル分布が出力部側で階段状に高くなり、その分、転送
効率が向上する。また、このHOG部は水平レジスタと
基本構成が同じであり、その製造において何ら追加の工
程が不要で、そのため他の実施形態より製造コストを低
くできるという利点がある。なお、他の構成は図1に示
す第1実施形態と同様である。
示す。このHOG部における転送チャネル領域3には、
水平レジスタ側位置にp型の第3不純物領域7のみ形成
されている。出力部側に第1ポリシリコンからなる第2
電極16が形成され、第2電極表面に誘電膜13が形成
されている。この第2電極16の端部における誘電膜1
3上と、第1水平転送電極11の端部における誘電膜1
3上に、両端部を重ねて第1電極14が形成されてい
る。第1電極14は第2ポリシリコンからなり、第1電
極14下方に第3不純物領域7が位置している。図10
(B)に示すように、第3不純物領域7の存在により、
第1実施形態と同様に転送チャネル領域3内のポテンシ
ャル分布が出力部側で階段状に高くなり、その分、転送
効率が向上する。また、このHOG部は水平レジスタと
基本構成が同じであり、その製造において何ら追加の工
程が不要で、そのため他の実施形態より製造コストを低
くできるという利点がある。なお、他の構成は図1に示
す第1実施形態と同様である。
【0028】上述した第1〜第4実施形態において、本
発明の技術的思想の範囲内で種々の改変が可能である。
たとえば、出力部はフローティングディフュージョン型
としたが、フローティングゲート型であってもよい。ま
た、水平レジスタの構造は図1に限定されない。また、
n型の第1,第2不純物領域5,6は、転送チャネル領
域3内の表面部分のみでなく、転送チャネル領域3を貫
いて形成してもよい。
発明の技術的思想の範囲内で種々の改変が可能である。
たとえば、出力部はフローティングディフュージョン型
としたが、フローティングゲート型であってもよい。ま
た、水平レジスタの構造は図1に限定されない。また、
n型の第1,第2不純物領域5,6は、転送チャネル領
域3内の表面部分のみでなく、転送チャネル領域3を貫
いて形成してもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、転
送チャネル内に転送方向で電界が生じ、この電界によっ
て信号電荷が出力部側に容易に移動するため、信号電荷
を転送する際に電荷の残しが防止あるいは低減され転送
効率が向上する。
送チャネル内に転送方向で電界が生じ、この電界によっ
て信号電荷が出力部側に容易に移動するため、信号電荷
を転送する際に電荷の残しが防止あるいは低減され転送
効率が向上する。
【0030】本発明に係る固体撮像装置の製造方法によ
れば、出力ゲート電極を複数設け、かつ、各電極に対応
して第1,第2不純物領域を形成する場合、追加工程が
少なくコスト増を抑制できる。また、不純物領域と電極
間の位置ずれがないため転送チャネルにポテンシャルデ
ィップが発生せず、ポテンシャルディップによる転送効
率の低下が生じない。
れば、出力ゲート電極を複数設け、かつ、各電極に対応
して第1,第2不純物領域を形成する場合、追加工程が
少なくコスト増を抑制できる。また、不純物領域と電極
間の位置ずれがないため転送チャネルにポテンシャルデ
ィップが発生せず、ポテンシャルディップによる転送効
率の低下が生じない。
【図1】第1実施形態に係るCCDの水平レジスタ、出
力ゲート部および出力部の断面図である。
力ゲート部および出力部の断面図である。
【図2】(A)は第1実施形態に係るCCDにおいて、
図1の要部を拡大した断面図である。(B)は(A)に
対応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態
でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
図1の要部を拡大した断面図である。(B)は(A)に
対応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態
でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
【図3】第1実施形態のCCDの製造において、第1水
平転送電極形成後の断面図である。
平転送電極形成後の断面図である。
【図4】第1実施形態のCCDの製造において、第1不
純物領域形成のためのイオン注入時の断面図である。
純物領域形成のためのイオン注入時の断面図である。
【図5】第1実施形態のCCDの製造において、第1電
極形成後の断面図である。
極形成後の断面図である。
【図6】第1実施形態のCCDの製造において、第2不
純物領域形成のためのイオン注入時の断面図である。
純物領域形成のためのイオン注入時の断面図である。
【図7】第1実施形態のCCDの製造において、第2電
極形成後の断面図である。
極形成後の断面図である。
【図8】(A)は第2実施形態に係るCCDにおいてH
OG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に対
応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態で
のチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
OG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に対
応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態で
のチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
【図9】(A)は第3実施形態に係るCCDにおいてH
OG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に対
応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態で
のチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
OG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に対
応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態で
のチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
【図10】(A)は第4実施形態に係るCCDにおいて
HOG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に
対応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態
でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
HOG部の構造を示す断面図である。(B)は(A)に
対応した断面において、水平出力ゲートがオンした状態
でのチャネル領域のポテンシャル分布を示す図である。
【図11】(A)は従来のHOG部の構造を示す断面図
である。(B)は(A)に対応した断面において、水平
出力ゲートがオンした状態でのチャネル領域のポテンシ
ャル分布を示す図である。
である。(B)は(A)に対応した断面において、水平
出力ゲートがオンした状態でのチャネル領域のポテンシ
ャル分布を示す図である。
1…半導体基板、2…p型ウエル、3…転送チャネル領
域、4…p型不純物領域、5…第1不純物領域、6…第
2不純物領域、7…第3不純物領域、10,13,15
…誘電膜、11…第1水平転送電極、12…第2水平転
送電極、14…第1電極、16…第2電極、20…バッ
ファアンプ、HOG…水平出力ゲート、FD…フローテ
ィングディフュージョン、RD…リセットディフュージ
ョン、RG…リセットゲート、φH1,φH2…水平転
送クロック、φHOG,φHOG1,φHOG2…水平
出力クロック、φRG…リセットクロック、ψ…ポテン
シャル。
域、4…p型不純物領域、5…第1不純物領域、6…第
2不純物領域、7…第3不純物領域、10,13,15
…誘電膜、11…第1水平転送電極、12…第2水平転
送電極、14…第1電極、16…第2電極、20…バッ
ファアンプ、HOG…水平出力ゲート、FD…フローテ
ィングディフュージョン、RD…リセットディフュージ
ョン、RG…リセットゲート、φH1,φH2…水平転
送クロック、φHOG,φHOG1,φHOG2…水平
出力クロック、φRG…リセットクロック、ψ…ポテン
シャル。
Claims (10)
- 【請求項1】撮像により生成された信号電荷を転送する
転送部と、 上記信号電荷を検出し増幅して外部に出力する出力部
と、 上記転送部からの信号電荷を上記出力部に受け渡す出力
ゲート部とを有した固体撮像装置であって、 上記出力ゲート部は、半導体からなる上記信号電荷の転
送チャネル領域と、 上記転送チャネル領域内に電位差を設ける手段とを有し
た固体撮像装置。 - 【請求項2】上記出力ゲート部は、上記転送チャネル領
域と、 上記転送チャネル領域上の誘電膜と、 上記誘電膜上の出力ゲート電極とを有し、 上記出力ゲート電極は、上記転送部側の第1電極と、 上記第1電極の上記出力部側に位置し第1電極と絶縁分
離された第2電極とを含む請求項1記載の固体撮像装
置。 - 【請求項3】上記第2電極が、誘電膜を挟んで上記第1
電極上に一部重ねられた請求項2記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】上記出力ゲート部は、上記転送チャネル領
域と、 上記転送チャネル領域上の誘電膜と、 上記誘電膜上の出力ゲート電極とを有し、 上記出力ゲート電極の下方に、上記転送チャネル領域に
転送方向で電位差をつける不純物領域を有した請求項1
記載の固体撮像装置。 - 【請求項5】上記出力ゲート電極の下方に、上記転送部
側の第1不純物領域と、 上記第1不純物領域の上記出力部側に隣接し、上記転送
チャネル領域のポテンシャルを上記第1不純物領域側よ
り高くする不純物濃度分布の第2不純物領域とを有した
請求項4記載の固体撮像装置。 - 【請求項6】上記出力ゲート電極は、上記第1不純物領
域の上方に配置した第1電極と、 上記第2不純物領域の上方に配置した第2電極とを含む
請求項4記載の固体撮像装置。 - 【請求項7】上記第2電極が、誘電膜を挟んで上記第1
電極上に一部重ねられた請求項6記載の固体撮像装置。 - 【請求項8】撮像により生成され転送部内を転送されて
きた信号電荷を出力部に出力する出力ゲート部を有した
固体撮像装置の製造方法であって、 上記出力ゲート部の形成時に以下の諸工程、すなわち、 不純物をドープして第1不純物領域を半導体からなる転
送チャネル領域内に形成し、 上記転送チャネル領域上に第1誘電膜を形成し、 上記第1誘電膜の転送部側部分上に第1電極を形成し、 上記第1電極をマスクとしたイオン注入により上記転送
チャネル領域の一部分に不純物をドープして上記第1不
純物領域と異なるポテンシャルの第2不純物領域を形成
し、 少なくとも上記第1電極の表面に第2誘電膜を形成し、 上記第2不純物領域の上方に第2電極を形成する各工程
を含む固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項9】上記転送チャネル領域の上記第2不純物領
域側のポテンシャルが上記第1不純物領域側のポテンシ
ャルより高くなる条件で、上記第1電極をマスクとした
イオン注入を行う請求項8記載の固体撮像装置の製造方
法。 - 【請求項10】上記第2誘電膜を挟んで上記第1電極と
一部重なるように上記第2電極を形成する請求項8記載
の固体撮像装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000356057A JP2002158346A (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000356057A JP2002158346A (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002158346A true JP2002158346A (ja) | 2002-05-31 |
Family
ID=18828365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000356057A Pending JP2002158346A (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002158346A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11362129B2 (en) | 2019-02-27 | 2022-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state imaging device |
-
2000
- 2000-11-22 JP JP2000356057A patent/JP2002158346A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11362129B2 (en) | 2019-02-27 | 2022-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state imaging device |
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