JP2780285B2 - 電荷転送固体撮像素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電荷転送固体撮像素子に関し、特に単位画素
構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、電荷転送固体撮像素子においては、信号電荷の
転送が完全に行なわれるようにレイアウト設計されてい
る。たとえばCCD垂直シフトレジスタ（以後VCCDとす
る）において、転送ゲート電極が２層構造になっている
場合は、上層と下層のゲート電極を互に重なり合せてギ
ャップを生じさせないことのみならず、垂直方向に隣接
するフォトダイオードとフォトダイオードの分離領域の
チャネルストッパ（以後フォトダイオード分離のチャル
ストッパとする）上でVCCDとVCCD間の同層のゲート電極
間を繋ぎ、転送効率の低下を防いできた。しかし近年パ
ターンの微細化の進行するなかにあっても、ゲート電極
形成時の露光，エッチング，酸化等によるゲート電極自
身のほそり等が生じても転送効率不良による歩留りの低
下がないようにフォトダイオード分離のチャネルストッ
パ上の上下２層のゲート電極の連結部は断線を生じない
程度の幅として1.0〜3.5μｍを持つ必要があった。すな
わち第３図のパターンレイアウト図およびそのＹ−Ｙ′
線相当部で切断した半導体チップの断面図（第４図）で
示すように、従来の電荷転送固体撮像素子は、列方向に
配置された複数の光電変換領域（フォトダイオード20
1）、フォトダイオード201毎に設けられたトランスファ
領域211及びトランスファ領域211を介してフォトダイオ
ード201からの信号電荷をそれぞれ受け取って転送するV
CCD202からなる画素列を複数個並列配置し、VCCD202が
各フォトダイオードにつきそれぞれ第１のゲート電極
（下層ゲート電極205）及び第２のゲート電極（上層ゲ
ート電極206）を有し、各画素列の対応する第１のゲー
ト電極及び第２のゲート電極をそれぞれ行方向にフォト
ダイオード分離のチャネルストッパ204上で第１の連結
部（下層ゲート電極の連結部207）及び第２の連結部
（上層ゲート電極の連結部208）で接続されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の電荷転送固体撮像素子の単位画素にお
いて、上層ゲート電極と下層ゲート電極は転送効率を劣
化させないために第３図に示すようにVCCD202上と、フ
ォトダイオード分離のチャネルストッパ上でオーバーラ
ップしている。この為上層ゲート電極の連結部208は下
層ゲート電極とのゲート間容量とシリコン基板（209）
上の酸化シリコン膜212を介してのゲート容量を持って
いる。また下層ゲート電極の連結部207は上層ゲート電
極の連結部208とのゲート間容量とシリコン基板上の酸
化膜を介してのゲート容量を持っている。

固体撮像素子は高密度化に伴って転送段数が増加し、
高速な転送が要求される。この為転送効率が劣化せず、
また駆動系消費電力の負担を軽減させる為にはゲート容
量の少い法が好ましい。

しかし従来の単位画素のゲート電極はゲート間容量と
シリコン基板上の酸化膜を介してのゲート容量を合せ持
っており、かつ重なりの部分や連結部分は１μｍ以下に
小さくできないため駆動系の消費電力の負担の増加を伴
うという欠点があった。

本発明の目的はゲート間容量の小さな電荷転送固体撮
像素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電荷転送固体撮像素子は、列方向に配置され
た複数の光電交換領域、前記光電変換領域毎に設けられ
たトランスファ領域及び前記トランスファ領域を介して
前記光電変換領域からの信号電荷をそれぞれ受け取って
転送するCCD垂直シフトレジスタからなる画素列を複数
個並列配置し、前記CCD垂直シフトレジスタが各光電変
換領域につきそれぞれ第１のゲート電極及び第２のゲー
ト電極を有し、各前記画素列の対応する第１のゲート電
極及び第２のゲート電極をそれぞれ行方向に第１の連結
部及び第２の連結部で接続されてなる電荷転送固体撮像
素子において、前記第１の連結部が光電変換領域上に透
明絶縁膜を介して設けられた多結晶シリコン膜でなり、
前記第２の連結部が隣接する光電変換領域を相互に分離
するチャネルストッパ上に絶縁膜を介して設けられた導
電膜でなるというものである。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すパターンレイアウト
図、第２図は第１図のＹ−Ｙ′線相当部で切断した半導
体チップの断面図である。

この実施例は、列方向に配置された複数の光電変換領
域（フォトダイオード101）、フォトダイオード101毎に
設けられたトランスファ領域111及びトランスファ領域1
11を介してフォトダイオード101からの信号電荷をそれ
ぞれ受け取って転送するCCD垂直シフトレジスタ102から
なる画素列を複数個並列配置し、CCD垂直シフトレジス
タ102が各フォトダイオード101につきそれぞれ第１のゲ
ート電極及び第２のゲート電極を有し、各前述の画素列
の対応する第１のゲート電極及び第２のゲート電極をそ
れぞれ行方向に第１の連結部および第２の連結部で接続
されてなる電荷転送固体撮像素子において、前述の第１
の連結部がフォトダイオード101上に透明絶縁膜を介し
て設けられた第１層目の多結晶シリコン膜でなり、前述
の第２の連結部が隣接するフォトダイオード101を相互
に分離するチャネルストッパ104上に絶縁膜を介して設
けられた第２層目の多結晶シリコン膜でなるというもの
である。各画素列の第１のゲート電極も第１層目の多結
晶シリコン膜でなり第１の連結部で行方向に連続されて
下層ゲート電極105を構成している。同様に、各画素列
の第２のゲート電極も第２層目の多結晶シリコン膜でな
り第２の連結部で行方向に接続されて上層ゲート電極10
6を構成している。

単位画素の構成はフォトガイオード101（光電変換領
域）,2層の多結晶シリコンゲート電極ｐウェル110上に
設けてなるCCD垂直シフトレジスタ102を有している。す
なわち、第１層目の多結晶シリコン膜からなる下層ゲー
ト電極105はCCD垂直シフトレジスタ102のバリアゲート
としての役割を担っている。第１層目の多結晶シリコン
膜からなる下層ゲート電極105の、隣接する他のCCD垂直
シフトレジスタとの連結部（以後下層ゲート電極の連結
部とする）107はフォトダイオード上にあり、フォトダ
イオード101を上下２つの領域に分離している。上層ゲ
ート電極106は一部領域をトランスファゲート（111）と
して有しCCD垂直シフトレジスタ102のストレージゲート
としての役割を担っている。上層ゲート電極106の、隣
接する他のCCD垂直シフトレジスタとの連結部（以後上
層ゲート電極の連結部とする）108はフォトダイオード
分離のチャネルストッパ104上にある。この様にレイア
ウトされているので、下層ゲート電極の連結部107と上
層ゲート電極の連結部とはフォトダイオード上，および
フォトダイオード分離のチャネルストッパ上で重なり合
うことはない。第２図から判るように従来と異なり下層
ゲート電極の連結部107の容量は上部を覆っていた上層
ゲート電極の連結部108がなくなり、フォトダイオード
の酸化シリコン膜112との容量だけになり約1/5程度減少
する。

したがってフォトダイオード分離のチャネルストッパ
上にあった上層ゲート電極と下層ゲート電極のオーバラ
ップ容量分がなくなり、ゲート電極容量が軽減されて駆
動回路系の消費電力が節約できる。

なお、下層ゲート電極の連結部107は多結晶シリコン
膜からなっているので、厚さを0.2μｍ前後にすれば、
可視域における十分な透明度とゲート電極としての導電
性の両方を満足させることができる。

第５図は本発明の一実施例の変形を示すパターンレイ
アウト図、第６図は第５図のＹ−Ｙ′線相当部で切断し
た半導体チップの断面図である。

単位画素の構成はフォトダイオード301,2層の多結晶
シリコンゲート電極よりなるCCD垂直シフトレジスタ102
を有している。すなわち第１層目の多結晶シリコン膜か
らなる下層ゲート電極305は一部領域をトランスファゲ
ート（311）として形成されCCD垂直シフトレジスタ302
のストレージゲートとしての役割を担っている。下層ゲ
ート電極の連結部307はフォトダイオード分離のチャネ
ルストッパ304上にある。第２層目の多結晶シリコン膜
からなる上層ゲート電極306はCCD垂直シフトレジスタ30
2のバリアゲートとしての役割を担っている。上層ゲー
ト電極の連結部308はフォトダイオード上にあり、フォ
トダイオード301を上下２つの領域に分離している。こ
の様にレイアウトされているので、下層ゲート電極の連
結部307と上層ゲート電極の連結部308とはフォトダイオ
ード上で重なり合うことはない。下層ゲート電極の連結
部307の容量は上部を覆っていた上層ゲート電極の連結
部がなくなり、フォトダイオード分離のチャネルストッ
パの酸化シリコン膜との容量だけになり約1/5程度減少
する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明はCCD垂直シフトレジスタ
のゲート電極の一つを多結晶シリコン膜で構成し、隣接
する他のCCD垂直シフトレジスタのゲート電極との連結
部をフォトダイオード上に、もう一方のゲート電極の連
結部をフォトダイオード分離のチャネルストッパ上に設
けることにより複数のゲート電極の連結部同士の重なり
をなくしてゲート容量を低減し、電荷転送固体撮像素子
の駆動回路系の消費電力を軽減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の単位画素を示すパターンレ
イアウト図、第２図は第１図のＹ−Ｙ′線相当部で切断
した半導体チップの断面図、第３図は従来例の単位画素
を示すパターンレイアウト図、第４図は第３図のＹ−
Ｙ′線相当部で切断した半導体チップの断面図、第５図
は一実施例の変形の単位画素を示すパターンレイアウト
図、第６図は第５図のＹ−Ｙ′線相当部で切断した半導
体チップの断面図である。 101,201,301……フォトダイオード（光電変形領域）、1
02,202,302……VCCD（CCD垂直シフトレジスタ）、103,2
03,303……チャネルストッパ、104,204,304……フォト
ダイオード分離のチャネルストッパ、105,205,305……
下層ゲート電極、106,206,306……上層ゲート電極、10
7,207,307……下層ゲート電極の連結部、108,208,308…
…上層ゲート電極の連結部、109,209,309……Ｎ型半導
体基板、110,210,310……ｐウェル、111,211,311……ト
ランスファ領域、112,212,312……酸化シリコン膜。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列方向に配置された複数の光電変換領域、
   前記光電変換領域毎に設けられたトランスファ領域及び
   前記トランスファ領域を介して前記光電変換領域からの
   信号電荷をそれぞれ受け取って転送するCCD垂直シフト
   レジスタからなる画素列を複数個並列配置し、前記CCD
   垂直シフトレジスタが各光電変換領域につきそれぞれ第
   １のゲート電極及び第２のゲート電極を有し、各前記画
   素列の対応する第１のゲート電極及び第２のゲート電極
   をそれぞれ行方向に第１の連結部および第２の連結部で
   接続されてなる電荷転送固体撮像素子において、前記第
   １の連結部が光電変換領域上に透明絶縁膜を介して設け
   られた多結晶シリコン膜でなり、前記第２の連結部が隣
   接する光電変換領域を相互に分離するチャネルストッパ
   上に絶縁膜を介して設けられた導電膜でなることを特徴
   とする電荷転送固体撮像素子。
2. 【請求項２】第１のゲート電極が多結晶シリコン膜でな
   る請求項１記載の電荷転送固体撮像素子。
3. 【請求項３】第１のゲート電極および第１の連結部の導
   電膜が第１層目の多結晶シリコン膜でなり、第２のゲー
   ト電極および第２の連結部が第２層目の多結晶シリコン
   膜でなる請求項２記載の電荷転送固体撮像素子。