JP2002373979A - 固体ラインセンサー - Google Patents
固体ラインセンサーInfo
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Abstract
画素ピッチが狭くなっても、ST領域の飽和出力電荷量
を十分に確保する。 【解決手段】CCDラインセンサーにおいて、電荷排出
制御領域は、不純物濃度が異なる複数の領域(171,172)
からなり、この各領域に対応して隣接するように複数の
オーバーフロードレイン領域(181,182) を基板面内の縦
方向に隣接して設ける。
Description
成される固体ラインセンサーに係り、特にライン状に配
列された各フォトセンサーから読み出された信号電荷を
蓄積するための電荷蓄積領域のオーバーフローを横方向
に排出する横型オーバーフロードレイン構造に関するも
ので、例えば水平転送レジスタとしてCCD(電荷結合
デバイス)を用いたCCDラインセンサーに使用される
ものである。
レイアウトを示す。
を行う多数のフォトセンサー(画素)51がライン状に配
列されており、各フォトセンサー51の信号電荷は電荷蓄
積(ST)領域52に読み出され、さらに電荷転送制御領
域53を介して水平転送用のCCDレジスタ54へ転送され
る。この場合、フォトセンサー51、ST領域52、電荷転
送制御領域53は、チップ面内で垂直方向に配列されてい
る。そして、前記ST領域52の横方向(水平方向)の側
方には、横型オーバーフロードレイン(OFD)構造が
設けられている。
方向一端側(CCDレジスタ54の延長方向一端側)に
は、エスカレータレジスタ55および電荷検出部(電荷/
電圧変換部)56が設けられている。上記エスカレータレ
ジスタ55は、電荷転送方向において蓄積電荷の基準電位
を段階的に持ち上げるように構成されている。
レイアウトを示す平面図である。
構造を示す断面図である。
52の横側に、ST領域52の電荷のオーバーフロー分の排
出を制御するためのオーバーフローバリアーとなる電荷
排出制御(ICG)領域57がおよびOFD領域58が設け
られている。この場合、OFD領域58は、通常は、図5
に示したように、フォトセンサー51、ST領域52、電荷
転送制御領域53の配列における2列単位で列間に1個設
けられ、隣り合う2列単位で共通に使用される。
体基板71の表層部に、N型半導体領域からなるST領域
52が選択的に設けられており、上記N型半導体領域の表
層部に、P型半導体領域からなるICG領域57が選択的
に設けられている。上記ICG領域57に隣接するように
基板表層部に不純物濃度が高いN+ 型半導体領域からな
るOFD領域58が選択的に設けられている。このOFD
領域58の大きさは、要求される電荷排出能力に応じて決
められる。
に応じてST領域52の電位を決定するための電極(例え
ば第1層多結晶シリコンが用いられてなる)52a が絶縁
膜(図示せず)を介して設けられている。ICG領域57
上の基板表面上には、印加電圧によりICG領域57の電
位を決定するための電極(例えば第2層多結晶シリコン
が用いられてなる)57a が絶縁膜(図示せず)を介して
設けられている。この場合、ICG領域57上の電極57a
の一端部は、ST領域52の電極52a の一端部に対して絶
縁膜(図示せず)を介してオーバーラップする状態で設
けられている。
ム電極がコンタクトしたコンタクト領域であり、このO
FD領域58上の電極58a に印加される電圧によりOFD
領域58の電位が決定される。
域52、ICG領域57、OFD領域58の電位分布(ポテン
シャル井戸の深さ関係)の一例を示す。ここで、Baは
ST領域52の電位とICG領域57の電位との差を示す。
素ピッチが狭くなるにつれ、ICG領域52の電位がOF
D領域58の電位による影響を受け易くなり、ショートチ
ャネル効果により、図7(A2)中に点線で示すように
ICG領域57の電位がOFD領域58の電位により引き寄
せられる(ICG領域57のポテンシャル井戸が深くな
る)ように変化する。
位がOFD領域58の電位により引き寄せられると、ST
領域52の電位とICG領域57の電位との差Ba´が小さ
くなり、ST領域52の容積、ひいては電荷蓄積容量が小
さくなってしまう。これにより、ST領域52の飽和出力
電荷量、ひいては図5中の電荷検出部(電荷/電圧変換
部)56の飽和出力電圧が小さくなってしまう。
横型OFD構造を有する固体ラインセンサーは、画素ピ
ッチが狭くなるにつれ、ICG領域の電位がOFD領域
の電位により影響を受け易くなり、ST領域の電位とI
CG領域の電位との差が小さくなり、ST領域の容積、
ひいては電荷蓄積容量が小さくなってしまう。これによ
り、ST領域の飽和出力電荷量が小さくなってしまうと
いう問題があった。
たもので、横型OFD構造を有する固体ラインセンサー
の画素ピッチが狭くなっても、ST領域の電位がOFD
領域の電位により影響を受け難くなり、ST領域の飽和
出力電荷量を十分に確保し得る固体ラインセンサーを提
供することを目的とする。
サーは、半導体基板上にライン状に配列された複数のフ
ォトセンサーと、前記複数のフォトセンサーに対応して
基板面内の縦方向に設けられ、各フォトセンサーの信号
電荷が読み出される複数の電荷蓄積領域と、前記各電荷
蓄積領域の蓄積電荷がそれぞれ電荷転送制御領域を介し
て転送される水平転送レジスタと、前記複数の電荷蓄積
領域に対応して基板面内の横方向に設けられ、各電荷蓄
積領域の電荷のオーバーフロー分の排出を制御するため
の電荷排出制御領域と、前記電荷排出制御領域の横方向
に設けられたオーバーフロードレイン領域とを具備し、
前記電荷蓄積領域は、前記半導体基板の表層部に選択的
に設けられた第1導電型の半導体領域からなり、前記電
荷排出制御領域は、前記電荷蓄積領域の表層部に選択的
に設けられた第2導電型の半導体領域からなり、前記オ
ーバーフロードレイン領域は、前記電荷排出制御領域お
よび前記電荷蓄積領域に隣接するように前記半導体基板
の表層部に選択的に設けられた不純物濃度が高い第1導
電型の半導体領域からなる固体ラインセンサーであっ
て、前記電荷排出制御領域は、第1の電荷排出制御領域
と、前記第1の電荷排出制御領域に対して基板面内の縦
方向に隣接して設けられ、第1の電荷排出制御領域より
も不純物濃度が高い第2の電荷排出制御領域を有し、前
記オーバーフロードレイン領域は、前記第1の電荷排出
制御領域に隣接するように設けられた第1のオーバーフ
ロードレイン領域と、前記第1のオーバーフロードレイ
ン領域に対して基板面内の縦方向に連なるとともに前記
第2の電荷排出制御領域に隣接するように設けられた第
2のオーバーフロードレイン領域を有することを特徴と
する。
施の形態を詳細に説明する。
Dラインセンサーは、図5を参照して前述したようなレ
イアウトを有するように半導体チップ上に形成される。
即ち、このCCDラインセンサーは、半導体基板上にラ
イン状に配列された複数のフォトセンサー(画素)51
と、この複数のフォトセンサー51に対応して基板面内の
縦方向に設けられ、各フォトセンサー51の信号電荷が読
み出される複数のST領域52と、この各ST領域52の蓄
積電荷がそれぞれ電荷転送制御領域53を介して転送され
る水平転送レジスタ(例えばCCDレジスタ54)と、こ
のCCDレジスタ54の電荷転送方向一端側に設けられた
エスカレータレジスタ55および電荷検出部(電荷/電圧
変換部)56と、前記複数のST積領域52に対応して基板
面内の横方向に設けられ、ST領域52の電荷のオーバー
フロー分の排出を制御するためのICG領域と、このI
CG領域の横方向に設けられたOFD領域とを具備す
る。
ンセンサーにおける横型OFD構造のレイアウトの一例
を示す平面図である。
領域52の横側にICG領域(171,172) およびOFD領域
(181,182) が設けられている。この場合、OFD領域(1
81,182) は、例えば図5に示したように、フォトセンサ
ー51、ST領域52、電荷転送制御領域53の配列における
2列単位で列間に1個設けられ、隣り合う2列単位で共
通に使用される。
度を有する第1のICG領域171 と、この第1のICG
領域171 に対して基板面内の縦方向に隣接して設けら
れ、第1のICG領域171 よりも不純物濃度が高い(本
例ではP+ )第2のICG領域172 を有する。
濃度は、第1のICG領域171 の不純物濃度の2〜3倍
である。本例では、第2のICG領域172 は、第1のI
CG領域171 と同時にP型不純物イオンが注入された
後、さらにP型不純物イオンが注入されることにより形
成されている。上記2回のイオン注入は、CCDライン
センサーの他の領域(例えばCCDレジスタ54およびエ
スカレータレジスタ55)を形成する際の2回のイオン注
入と同時に行われることにより、工程数の増加をまねか
ない。
域171 に隣接するように設けられたN+ 型の半導体領域
からなる第1のOFD領域181 と、この第1のOFD領
域181 に対して基板面内の縦方向に連なるとともに第2
のICG領域172 に隣接するように設けられたN+ 型の
半導体領域からなる第2のOFD領域182 を有する。本
例では、第1のOFD領域181 は、第1のICG領域17
1 の縦方向の全長領域および第2のICG領域172 の縦
方向の一部の領域に隣接するように、パターンが形成さ
れている。
に応じてST領域52の電位を決定するための電極(例え
ば第1層多結晶シリコンが用いられてなる)52a が絶縁
膜(図示せず)を介して設けられている。ICG領域(1
71,172) 上の基板表面上には、印加電圧によりICG領
域(171,172) の電位を決定するための電極(例えば第2
層多結晶シリコンが用いられてなる)17a が絶縁膜(図
示せず)を介して設けられている。この場合、ICG領
域(171,172) 上の電極17a の一端部は、ST領域52の電
極52a の一端部に対して絶縁膜(図示せず)を介してオ
ーバーラップする状態で設けられている。18a はOFD
領域182 上に例えばアルミニウム電極がコンタクトした
コンタクト領域であり、このOFD領域182 上の電極に
印加される電圧によりOFD領域(181,182) の電位が決
定される。
狭くなるにつれ、ST領域52、ICG領域(171,172) 、
OFD領域(181,182) の横方向の配列距離を短縮するた
めに、次のように設定することが望ましい。
力狭い幅(例えばイオン注入プロセスで決まる最小寸
法)で形成されている。また、第2のOFD領域182
は、要求される電荷排出能力を確保するために第1のO
FD領域181 よりも基板面内の横幅が広くなるが、第2
のOFD領域182 の縦方向に沿う一端は、第1のOFD
領域181 の縦方向に沿う一端よりもST領域52に接近す
るように形成されている。
沿う一端とST領域52との距離は、第2のOFD領域18
2 の縦方向に沿う一端とST領域52との距離よりも遠
く、換言すれば、ST領域52と第1のOFD領域181 と
の間の第1のICG領域171 の横幅は、ST領域52と第
2のOFD領域182 との間の第2のICG領域172 の横
幅よりも広い。
A−A線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
B−B線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
C−C線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
導体領域からなるST領域52が選択的に設けられてお
り、このST領域52の表層部の一部にP型半導体領域か
らなる第1のICG領域171 およびP+ 型半導体領域か
らなる第2のICG領域172 が基板面内の縦方向に隣接
して設けられている。
G領域171 、第2のICG領域172の縦方向の一部およ
びST領域52に隣接するようにN+ 型の半導体領域から
なる第1のOFD領域181 が設けられている。さらに、
第2のICG領域172 の縦方向の残部およびST領域52
に隣接するようにN+ 型半導体領域からなる第2のOF
D領域182 が設けられている。
は、前記したように第1のICG領域171 および第2の
ICG領域172 に同じ電圧が印加されても、P+ 型半導
体領域からなる第2のICG領域172 のポテンシャル井
戸は、P型半導体領域からなる第1のICG領域171 の
ポテンシャル井戸よりも浅く形成される。
T領域52と第1のOFD領域181 との間の第1のICG
領域171 は、ポテンシャル井戸が深くても、横幅が広い
ので、第1のOFD領域181 の電位の影響を受け難い。
また、図2(B2)に示すように、ST領域52と第1の
OFD領域181 との間の第2のICG領域172 は、ポテ
ンシャル井戸が浅くて、横幅が広いので、第1のOFD
領域181 の電位の影響を受け難い。また、図2(A2)
に示すように、ST領域52と第2のOFD領域182 との
間の第2のICG領域172 は、ポテンシャル井戸が浅い
ので、横幅が狭くても、第2のOFD領域182 の電位の
影響を受け難い。
て第1のICG領域171 および第1のOFD領域181 を
経由して第2のOFD領域182 に排出されるようにな
る。
ンセンサーによれば、画素ピッチが狭くなるにつれ、S
T領域52、ICG領域(171,172) 、OFD領域(181,18
2) の横方向の配列距離を短縮しても、OFD領域182
の電位がST領域52の電位に及ぼす影響を避け、ショー
トチャネル効果によるST領域52の電位の変動を避ける
ことができる。
と第2のOFD領域182 とは同じ不純物濃度を有するN
+ 型半導体からなるものとして説明したが、第1のOF
D領域181 と第2のOFD領域182 の不純物濃度を異な
らせることにより、第1のOFD領域181 から第2のO
FD領域182 への電荷の排出を促進するようにしてもよ
い。
Dラインセンサーでは、第1のOFD領域181 が第1の
ICG領域171 の縦方向の全長領域および第2のICG
領域172 の縦方向の一部の領域に隣接するように設けら
れている例を示した。この場合、第1のOFD領域181
の不純物濃度が第2のICG領域172 の不純物により影
響を受けるおそれがあるが、これを避けるために、第1
のOFD領域181 が第1のICG領域171には隣接する
が第2のICG領域172 には隣接しないように形成する
例として、第2の実施形態を説明する。
ンセンサーにおける横型OFD構造のレイアウトの一例
を示す平面図である。
た第1の実施形態に係るCCDラインセンサーのレイア
ウトと比べて、例えば第2のICG172 を形成する際、
第1のOFD領域181 を避けるようにイオン注入(例え
ば2回目のイオン注入)のパターンを形成することによ
り、第1のOFD領域181 が第1のICG領域171 には
隣接するが第2のICG領域172 には隣接しないように
形成されている。これにより、第1のOFD領域181 の
不純物濃度が第2のICG領域172 の不純物により影響
を受けるおそれがなくなる。
A−A線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
B−B線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
C−C線に沿う断面構造およびST領域、ICG領域、
OFD領域の電位分布の一例を示す。
ーの動作は、前述した第1の実施形態のCCDラインセ
ンサーの動作と基本的に同様であるので、その説明を省
略する。
サーによれば、横型OFD構造を有する固体ラインセン
サーの画素ピッチが狭くなっても、ST領域の電位がO
FD領域の電位により影響を受け難くなり、ST領域の
飽和出力電荷量を十分に確保することができる。
ンサーにおける横型OFD構造のレイアウトの一例を示
す平面図。
断面構造およびST領域、ICG領域、OFD領域の電
位分布の一例を示す図。
ンサーにおける横型OFD構造のレイアウトの一例を示
す平面図。
断面構造およびST領域、ICG領域、OFD領域の電
位分布の一例を示す図。
す平面図。
示す平面図。
域、ICG領域、OFD領域の電位分布の一例および電
位分布が変化した一例を示す図。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板上にライン状に配列された複
数のフォトセンサーと、 前記複数のフォトセンサーに対応して基板面内の縦方向
に設けられ、各フォトセンサーの信号電荷が読み出され
る複数の電荷蓄積領域と、 前記各電荷蓄積領域の蓄積電荷がそれぞれ電荷転送制御
領域を介して転送される水平転送レジスタと、 前記複数の電荷蓄積領域に対応して基板面内の横方向に
設けられ、各電荷蓄積領域の電荷のオーバーフロー分の
排出を制御するための電荷排出制御領域と、 前記電荷排出制御領域の横方向に設けられたオーバーフ
ロードレイン領域とを具備し、前記電荷蓄積領域は、前
記半導体基板の表層部に選択的に設けられた第1導電型
の半導体領域からなり、前記電荷排出制御領域は、前記
電荷蓄積領域の表層部に選択的に設けられた第2導電型
の半導体領域からなり、前記オーバーフロードレイン領
域は、前記電荷排出制御領域および前記電荷蓄積領域に
隣接するように前記半導体基板の表層部に選択的に設け
られた不純物濃度が高い第1導電型の半導体領域からな
る固体ラインセンサーであって、 前記電荷排出制御領域は、第1の電荷排出制御領域と、
前記第1の電荷排出制御領域に対して基板面内の縦方向
に隣接して設けられ、第1の電荷排出制御領域よりも不
純物濃度が高い第2の電荷排出制御領域を有し、 前記オーバーフロードレイン領域は、前記第1の電荷排
出制御領域に隣接するように設けられた第1のオーバー
フロードレイン領域と、前記第1のオーバーフロードレ
イン領域に対して基板面内の縦方向に連なるとともに前
記第2の電荷排出制御領域に隣接するように設けられた
第2のオーバーフロードレイン領域を有することを特徴
とする固体ラインセンサー。 - 【請求項2】 前記第2の電荷排出制御領域の不純物濃
度は、前記第1の電荷排出制御領域の不純物濃度の2〜
3倍であることを特徴とする請求項1記載の固体ライン
センサー。 - 【請求項3】 前記第2のオーバーフロードレイン領域
は、第1のオーバーフロードレイン領域よりも基板面内
の横幅が広く、前記第2のオーバーフロードレイン領域
の縦方向に沿う一端は、前記第1のオーバーフロードレ
イン領域の縦方向に沿う一端よりも前記電荷蓄積領域に
接近していることを特徴とする請求項1または2記載の
固体ラインセンサー。 - 【請求項4】 前記第1のオーバーフロードレイン領域
の横幅は、イオン注入プロセスで決まる最小寸法を有す
ることを特徴とする請求項3記載の固体ラインセンサ
ー。 - 【請求項5】 前記第1のオーバーフロードレイン領域
は、前記第1の電荷排出制御領域の縦方向の全長領域お
よび第2の電荷排出制御領域の縦方向の一部の領域に隣
接するようにパターンが形成されていることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体ラインセ
ンサー。 - 【請求項6】 前記第1のオーバーフロードレイン領域
は、前記第1の電荷排出制御領域には隣接するが第2の
電荷排出制御領域には隣接しないようにパターンが形成
されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
1項に記載の固体ラインセンサー。 - 【請求項7】 前記第1のオーバーフロードレイン領域
と前記第2のオーバーフロードレイン領域は、不純物濃
度が互いに異なることを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれか1項に記載の固体ラインセンサー。 - 【請求項8】 前記第2の電荷排出制御領域は、前記第
1の電荷排出制御領域と同時に不純物イオンが注入され
た後、さらに不純物イオンが注入されることにより形成
されていることを特徴とする請求項1または2記載の固
体ラインセンサー。 - 【請求項9】 前記第1の電荷排出制御領域および前記
第2の電荷排出制御領域を形成するためのイオン注入
は、固体ラインセンサーの他の領域を形成する際のイオ
ン注入と同時に行われていることを特徴とする請求項8
記載の固体ラインセンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001181787A JP3878437B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 固体ラインセンサー |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001181787A JP3878437B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 固体ラインセンサー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002373979A true JP2002373979A (ja) | 2002-12-26 |
JP3878437B2 JP3878437B2 (ja) | 2007-02-07 |
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ID=19021999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3878437B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016035494A1 (ja) * | 2014-09-01 | 2016-03-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
JP2019117949A (ja) * | 2019-04-08 | 2019-07-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
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2001
- 2001-06-15 JP JP2001181787A patent/JP3878437B2/ja not_active Expired - Fee Related
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WO2016035494A1 (ja) * | 2014-09-01 | 2016-03-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
JP2016051852A (ja) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
US10483302B2 (en) | 2014-09-01 | 2019-11-19 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state imaging device |
JP2019117949A (ja) * | 2019-04-08 | 2019-07-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
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