JP2853779B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2853779B2 JP2853779B2 JP3039997A JP3999791A JP2853779B2 JP 2853779 B2 JP2853779 B2 JP 2853779B2 JP 3039997 A JP3039997 A JP 3039997A JP 3999791 A JP3999791 A JP 3999791A JP 2853779 B2 JP2853779 B2 JP 2853779B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等に利用
される固体撮像装置に関する。
される固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電荷結合素子（ＣＣＤ）に代表される電
荷転送素子を用いた固体撮像装置はその低雑音特性等の
優位性により近年その実用化が著しい。
荷転送素子を用いた固体撮像装置はその低雑音特性等の
優位性により近年その実用化が著しい。
【０００３】以下、図面を参照しながら従来の固体撮像
装置の構造について説明する。図５に従来の固体撮像装
置の構成を示す。同図はいわゆるインタライン転送方式
ＣＣＤの要部を示したものである。１は光電変換素子、
２は電荷転送手段である垂直ＣＣＤの一部を構成する転
送チャンネル、３，４は光電変換素子１と電荷転送手段
の一部を形成する転送チャンネル２との分離部、５，
６，７，８は電荷転送手段の一部を構成する転送電極
で、５，７は下層側転送電極、６，８は上層側転送電極
である。矢印９で示すように分離部４と転送電極５が重
なった領域が電荷読み出し手段９ａであり、光電変換素
子１で発生した電荷はその電荷読み出し手段９ａを経て
転送チャンネル２に読み出される。
装置の構造について説明する。図５に従来の固体撮像装
置の構成を示す。同図はいわゆるインタライン転送方式
ＣＣＤの要部を示したものである。１は光電変換素子、
２は電荷転送手段である垂直ＣＣＤの一部を構成する転
送チャンネル、３，４は光電変換素子１と電荷転送手段
の一部を形成する転送チャンネル２との分離部、５，
６，７，８は電荷転送手段の一部を構成する転送電極
で、５，７は下層側転送電極、６，８は上層側転送電極
である。矢印９で示すように分離部４と転送電極５が重
なった領域が電荷読み出し手段９ａであり、光電変換素
子１で発生した電荷はその電荷読み出し手段９ａを経て
転送チャンネル２に読み出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の固体
撮像装置では、以下のような課題を有していた。
撮像装置では、以下のような課題を有していた。
【０００５】分離部４は通常の垂直転送期間に印加され
る電圧では光電変換素子１と転送チャンネル２とを電気
的に完全に分離しなければならない。一方電荷読み出し
電圧印加時には光電変換素子１内の電荷を残すことなく
完全に転送チャンネル２に読み出さなければならない。
光電変換素子１と転送チャンネル２は一般にｎ型であ
り、分離部４はｐ型である。そしてこの両方を満たすた
めには、光電変換素子１と転送チャンネル２との間の分
離部４には濃度と幅に適当な関係が必要である。すなわ
ち幅が狭いと高い濃度が必要であり、濃度が低いと広い
幅が必要である。しかし高濃度にすると、分離部４の幅
は狭くしなければならず、少しの変動に対しても敏感に
影響を受けるため幅の管理が容易ではなくなる。また高
濃度にすると熱履歴により分離部４の幅が広がり、転送
チャンネル２や光電変換素子１の領域を侵食してしまう
ことにより、固体撮像装置の感度や飽和等の素子特性が
低下する。一方低濃度にすると大きな幅が必要になる。
これらはいずれも素子の小型化や多画素化による画素寸
法の縮小化が進むほど影響が大きくなり、画素の縮小化
に大きな影響を与えている。
る電圧では光電変換素子１と転送チャンネル２とを電気
的に完全に分離しなければならない。一方電荷読み出し
電圧印加時には光電変換素子１内の電荷を残すことなく
完全に転送チャンネル２に読み出さなければならない。
光電変換素子１と転送チャンネル２は一般にｎ型であ
り、分離部４はｐ型である。そしてこの両方を満たすた
めには、光電変換素子１と転送チャンネル２との間の分
離部４には濃度と幅に適当な関係が必要である。すなわ
ち幅が狭いと高い濃度が必要であり、濃度が低いと広い
幅が必要である。しかし高濃度にすると、分離部４の幅
は狭くしなければならず、少しの変動に対しても敏感に
影響を受けるため幅の管理が容易ではなくなる。また高
濃度にすると熱履歴により分離部４の幅が広がり、転送
チャンネル２や光電変換素子１の領域を侵食してしまう
ことにより、固体撮像装置の感度や飽和等の素子特性が
低下する。一方低濃度にすると大きな幅が必要になる。
これらはいずれも素子の小型化や多画素化による画素寸
法の縮小化が進むほど影響が大きくなり、画素の縮小化
に大きな影響を与えている。
【０００６】また微細画素の固体撮像装置における感度
を改善する手段として、画素ごとに素子上に直接微細レ
ンズを形成するオンチップレンズ法が最近よく用いられ
ているが、このときの集光効果は光電変換素子１の面積
が同じでもその形状が細長い長方形よりも正方形に近い
方が高くなる。ところが、最近の高解像度固体撮像装置
（水平画素数が多い）では、画素の水平寸法が小さくな
るため、光電変換素子の水平寸法が小さくなり、その形
状は縦長になり、オンチップレンズの効果が得られ難く
なっている。
を改善する手段として、画素ごとに素子上に直接微細レ
ンズを形成するオンチップレンズ法が最近よく用いられ
ているが、このときの集光効果は光電変換素子１の面積
が同じでもその形状が細長い長方形よりも正方形に近い
方が高くなる。ところが、最近の高解像度固体撮像装置
（水平画素数が多い）では、画素の水平寸法が小さくな
るため、光電変換素子の水平寸法が小さくなり、その形
状は縦長になり、オンチップレンズの効果が得られ難く
なっている。
【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するための
もので、画素寸法を縮小した固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
もので、画素寸法を縮小した固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の固体撮像装置は、行列状に複数の光電変換素
子が半導体基板上に形成され、光電変換素子から信号電
荷を読み出し転送する複数列の電荷転送手段が形成さ
れ、光電変換素子と行方向に隣接する電荷転送手段との
間には分離領域が形成され、列方向に隣接する光電変換
素子間の素子間領域には、該素子間領域に隣接する光電
変換素子のうちの一方からの信号電荷を読み出して電荷
転送手段に転送する電荷読み出し手段が設けられた構成
を有している。
に本発明の固体撮像装置は、行列状に複数の光電変換素
子が半導体基板上に形成され、光電変換素子から信号電
荷を読み出し転送する複数列の電荷転送手段が形成さ
れ、光電変換素子と行方向に隣接する電荷転送手段との
間には分離領域が形成され、列方向に隣接する光電変換
素子間の素子間領域には、該素子間領域に隣接する光電
変換素子のうちの一方からの信号電荷を読み出して電荷
転送手段に転送する電荷読み出し手段が設けられた構成
を有している。
【０００９】
【作用】この構成によって、電荷読み出し手段の距離が
充分に取れるようになるため画素寸法の縮小化が容易に
実現できる。
充分に取れるようになるため画素寸法の縮小化が容易に
実現できる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００１１】図１に本発明の第１の実施例である固体撮
像装置の構成を示す。図５に示す従来構造と異なるのは
電荷読み出し手段１０ａが転送チャンネル２側ではなく
光電変換素子１の垂直分離部に設けられていることであ
る。信号電荷は矢印１０で示すように垂直分離部を経て
読み出される。この構造によれば、分離部１１は読み出
し機能を必要としないので、従来例で述べた電荷読み出
し手段の条件を満たす必要がなく、したがって低濃度で
狭い幅でもよく、画素縮小化が容易となる。
像装置の構成を示す。図５に示す従来構造と異なるのは
電荷読み出し手段１０ａが転送チャンネル２側ではなく
光電変換素子１の垂直分離部に設けられていることであ
る。信号電荷は矢印１０で示すように垂直分離部を経て
読み出される。この構造によれば、分離部１１は読み出
し機能を必要としないので、従来例で述べた電荷読み出
し手段の条件を満たす必要がなく、したがって低濃度で
狭い幅でもよく、画素縮小化が容易となる。
【００１２】また同じ画素寸法でも光電変換素子１の開
口部の幅が大きく取れるようになり、感度を向上させる
ことができる。また光電変換素子１の開口部の形状を正
方形に近づけることができるので、オンチップレンズの
集光効果を向上させ、感度を向上させることができる。
口部の幅が大きく取れるようになり、感度を向上させる
ことができる。また光電変換素子１の開口部の形状を正
方形に近づけることができるので、オンチップレンズの
集光効果を向上させ、感度を向上させることができる。
【００１３】またＣＣＤ型固体撮像装置は、図１（ｂ）
に示す図１（ａ）をＡ1−Ａ2線で切断した断面図のよう
に、ｎ型基板１５の上に形成された低濃度のｐ-層１６
内に素子が形成されるのが一般的である。この場合転送
チャンネル２はやや濃度の高いｐ層１７内に形成され
る。しかし転送チャンネル２の隙間の中央付近の領域ｐ
-層１８は濃度が低いので下層側の電極１９に電圧を印
加すると領域ｐ-層１８の表面電位も容易に高くなり、
かつ空乏層も深部に広がりやすいため、光電変換素子１
からの電荷も低電圧で読み出せるようになる。なお、２
０は上層側の電極である。
に示す図１（ａ）をＡ1−Ａ2線で切断した断面図のよう
に、ｎ型基板１５の上に形成された低濃度のｐ-層１６
内に素子が形成されるのが一般的である。この場合転送
チャンネル２はやや濃度の高いｐ層１７内に形成され
る。しかし転送チャンネル２の隙間の中央付近の領域ｐ
-層１８は濃度が低いので下層側の電極１９に電圧を印
加すると領域ｐ-層１８の表面電位も容易に高くなり、
かつ空乏層も深部に広がりやすいため、光電変換素子１
からの電荷も低電圧で読み出せるようになる。なお、２
０は上層側の電極である。
【００１４】この構造を実現するには、転送チャンネル
２の転送電極と、電荷読み出し手段１０ａの電極として
用いる隣合う転送チャンネル２の上の転送電極間を接続
する部分を同一材料によって同時に形成する製造方法に
より実現できる。
２の転送電極と、電荷読み出し手段１０ａの電極として
用いる隣合う転送チャンネル２の上の転送電極間を接続
する部分を同一材料によって同時に形成する製造方法に
より実現できる。
【００１５】次に図２を用いて本発明の第２の実施例を
説明する。図１に示す第１の実施例では転送電極５に読
み出し電圧を印加することによって奇数行目の光電変換
素子１の電荷を読み出し、転送電極７に読み出し電圧を
印加することによって偶数行目の光電変換素子１′の電
荷を読み出す。その後必要に応じて電荷転送手段内で混
合するように転送電極５，６，７，８に電圧を印加す
る。これに対し図２に示す第２の実施例では転送電極５
に読み出し電圧を印加することによって奇数行目の光電
変換素子１と偶数行目の光電変換素子１′の電荷を同時
に混合して矢印３０，３１の方向へ読み出し、転送電極
７に読み出し電圧を印加することによって混合する相手
を変えて偶数行目の光電変換素子１′と奇数行目の光電
変換素子１′の電荷を矢印３２，３３の方向へ読み出
す。これによって簡単な読み出し電圧と短い時間で読み
出し動作を完了することができる。
説明する。図１に示す第１の実施例では転送電極５に読
み出し電圧を印加することによって奇数行目の光電変換
素子１の電荷を読み出し、転送電極７に読み出し電圧を
印加することによって偶数行目の光電変換素子１′の電
荷を読み出す。その後必要に応じて電荷転送手段内で混
合するように転送電極５，６，７，８に電圧を印加す
る。これに対し図２に示す第２の実施例では転送電極５
に読み出し電圧を印加することによって奇数行目の光電
変換素子１と偶数行目の光電変換素子１′の電荷を同時
に混合して矢印３０，３１の方向へ読み出し、転送電極
７に読み出し電圧を印加することによって混合する相手
を変えて偶数行目の光電変換素子１′と奇数行目の光電
変換素子１′の電荷を矢印３２，３３の方向へ読み出
す。これによって簡単な読み出し電圧と短い時間で読み
出し動作を完了することができる。
【００１６】次に第１，第２の実施例の動作を実現する
ための素子構造について図３（ａ），（ｂ）を参照しな
がら説明する。
ための素子構造について図３（ａ），（ｂ）を参照しな
がら説明する。
【００１７】図３（ａ）は第１の実施例の動作を実現す
るための素子構造を示すもので、図１（ａ）をＢ1−Ｂ2
線で切断した断面図である。５は下層の転送電極、８は
上層の転送電極、ｎ-層４０は奇数行目の光電変換素子
を形成する不純物層、同じくｎ-層４０′は偶数行目の
光電変換素子を形成する不純物層、ｐ+層４１，４１′
はｎ-層４０，４０′の上に形成された暗電流低減のた
めの不純物層、４３は二酸化シリコン等の絶縁層であ
る。図３（ａ）に示すように、ｎ-層４０は転送電極５
の端の直下よりも外側にあるが、ｎ-層４０′は転送電
極５の端の直下またはその一部にまで入り込んでいるた
め、同一電圧に対してｎ-層４０′の電荷は容易に読み
出されるが、ｎ-層４０の電荷は読み出されないことに
なる。このような構造は転送電極５を形成した後、自己
整合法によりｎ-層４０′を形成し、ｎ-層４０は転送電
極５と離して形成する方法により実現できる。
るための素子構造を示すもので、図１（ａ）をＢ1−Ｂ2
線で切断した断面図である。５は下層の転送電極、８は
上層の転送電極、ｎ-層４０は奇数行目の光電変換素子
を形成する不純物層、同じくｎ-層４０′は偶数行目の
光電変換素子を形成する不純物層、ｐ+層４１，４１′
はｎ-層４０，４０′の上に形成された暗電流低減のた
めの不純物層、４３は二酸化シリコン等の絶縁層であ
る。図３（ａ）に示すように、ｎ-層４０は転送電極５
の端の直下よりも外側にあるが、ｎ-層４０′は転送電
極５の端の直下またはその一部にまで入り込んでいるた
め、同一電圧に対してｎ-層４０′の電荷は容易に読み
出されるが、ｎ-層４０の電荷は読み出されないことに
なる。このような構造は転送電極５を形成した後、自己
整合法によりｎ-層４０′を形成し、ｎ-層４０は転送電
極５と離して形成する方法により実現できる。
【００１８】次に第２の実施例について説明する。図３
（ｂ）は第２の実施例の動作を実現するための素子構造
を示すもので、図２をＣ1−Ｃ2線で切断した断面図であ
る。第２の実施例ではｎ-層４０および４０′はともに
転送電極５の直下またはその一部にまで入り込んでいる
ため、転送電極５に印加される電圧によって容易にｎ -
層４０および４０′の電荷を読み出すことができる。ま
たこのような構造は転送電極５を形成した後、自己整合
法によって同時にｎ-層４０および４０′を形成する製
造法により実現できる。
（ｂ）は第２の実施例の動作を実現するための素子構造
を示すもので、図２をＣ1−Ｃ2線で切断した断面図であ
る。第２の実施例ではｎ-層４０および４０′はともに
転送電極５の直下またはその一部にまで入り込んでいる
ため、転送電極５に印加される電圧によって容易にｎ -
層４０および４０′の電荷を読み出すことができる。ま
たこのような構造は転送電極５を形成した後、自己整合
法によって同時にｎ-層４０および４０′を形成する製
造法により実現できる。
【００１９】図３（ｂ）に示す第２の実施例のように１
個の光電変換素子に複数個の電荷読み出し手段が形成さ
れた場合、どの電荷読み出し手段で信号電荷を読み出し
ても読み出された直後の光電変換素子の電位状態が等し
くなければいわゆる固定パターン雑音になる。したがっ
て読み出された直後は光電変換素子は完全に空乏化して
いることが必要である。次に第２の実施例における印加
クロックの一例を図４を参照しながら説明する。
個の光電変換素子に複数個の電荷読み出し手段が形成さ
れた場合、どの電荷読み出し手段で信号電荷を読み出し
ても読み出された直後の光電変換素子の電位状態が等し
くなければいわゆる固定パターン雑音になる。したがっ
て読み出された直後は光電変換素子は完全に空乏化して
いることが必要である。次に第２の実施例における印加
クロックの一例を図４を参照しながら説明する。
【００２０】図４でクロック５１，５２，５３，５４は
それぞれ転送電極５，８，７，６に印加するクロックで
ある。期間Ｔ1６０がＡフィールド期間、期間Ｔ2６１が
Ｂフィールド期間、期間Ｔ3６２がＡフィールド期間の
垂直帰線期間、期間Ｔ3６３がＢフィールド期間の垂直
帰線期間、期間Ｔ4６４は奇数行目の光電変換素子１か
ら電荷を読み出すためのパルスが転送電極５に印加され
る期間、期間Ｔ5６５は偶数行目の光電変換素子１′か
ら電荷を読み出すためのパルスが転送電極７に印加され
る期間である。また５５で示すクロックは電荷転送手段
中を転送するためにクロックが印加される期間であり、
クロック５１，５２，５３，５４がこの期間で同一のク
ロックということではない。このようなクロックを用い
ることによって１個のパルスのみの印加で２個の光電変
換素子の信号を読み出すことができる。
それぞれ転送電極５，８，７，６に印加するクロックで
ある。期間Ｔ1６０がＡフィールド期間、期間Ｔ2６１が
Ｂフィールド期間、期間Ｔ3６２がＡフィールド期間の
垂直帰線期間、期間Ｔ3６３がＢフィールド期間の垂直
帰線期間、期間Ｔ4６４は奇数行目の光電変換素子１か
ら電荷を読み出すためのパルスが転送電極５に印加され
る期間、期間Ｔ5６５は偶数行目の光電変換素子１′か
ら電荷を読み出すためのパルスが転送電極７に印加され
る期間である。また５５で示すクロックは電荷転送手段
中を転送するためにクロックが印加される期間であり、
クロック５１，５２，５３，５４がこの期間で同一のク
ロックということではない。このようなクロックを用い
ることによって１個のパルスのみの印加で２個の光電変
換素子の信号を読み出すことができる。
【００２１】なお、以上は、ｎ型基板内に形成されたｐ
型層に光電変換素子を設けた例について説明したが、ｐ
型基板に光電変換素子を設けた場合も同様の効果がある
ことはいうまでもない。また導電型の極性を逆にして印
加電圧の極性を逆にしても同様の効果があることももち
ろんである。またここでは二次元ＣＣＤ型固体撮像素子
で説明したが、いわゆる一次元ＣＣＤ固体撮像素子でも
同様の効果があることは明らかである。
型層に光電変換素子を設けた例について説明したが、ｐ
型基板に光電変換素子を設けた場合も同様の効果がある
ことはいうまでもない。また導電型の極性を逆にして印
加電圧の極性を逆にしても同様の効果があることももち
ろんである。またここでは二次元ＣＣＤ型固体撮像素子
で説明したが、いわゆる一次元ＣＣＤ固体撮像素子でも
同様の効果があることは明らかである。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明は、隣接した光電変
換素子の間の電荷転送手段が設けられていない側部に光
電変換素子からの電荷読み出し手段を設けることによっ
て、光電変換素子の面積を増し、オンチップレンズの集
光効果を向上させることができ、かつ素子の小型化を実
現できる固体撮像装置を実現できるものである。
換素子の間の電荷転送手段が設けられていない側部に光
電変換素子からの電荷読み出し手段を設けることによっ
て、光電変換素子の面積を増し、オンチップレンズの集
光効果を向上させることができ、かつ素子の小型化を実
現できる固体撮像装置を実現できるものである。
【００２３】特に、いわゆるフレーム転送型ＣＣＤ撮像
装置では、電荷転送部が光電変換部を兼ねており、電荷
転送部からの暗電流のばらつきがそのまま固定パターン
雑音となり、その再生画質を著しく劣化させる。このた
め本発明による暗電流発生の非常に小さい固体撮像装置
を用いることはその画質改善効果が非常に大きい。
装置では、電荷転送部が光電変換部を兼ねており、電荷
転送部からの暗電流のばらつきがそのまま固定パターン
雑音となり、その再生画質を著しく劣化させる。このた
め本発明による暗電流発生の非常に小さい固体撮像装置
を用いることはその画質改善効果が非常に大きい。
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例における固体撮
像装置の構成図 （ｂ）は図１（ａ）をＡ1−Ａ2線で切断した断面図
像装置の構成図 （ｂ）は図１（ａ）をＡ1−Ａ2線で切断した断面図
【図２】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
構成図
構成図
【図３】（ａ）は図１（ａ）をＢ1−Ｂ2線で切断した断
面図 （ｂ）は図２をＣ1−Ｃ2線で切断した断面図
面図 （ｂ）は図２をＣ1−Ｃ2線で切断した断面図
【図４】本発明の第２の実施例における印加クロック図
【図５】従来の固体撮像装置の構成図
１ 光電変換素子 ２ 転送チャンネル（電荷転送手段） ３ 分離部 １０ａ 電荷読み出し手段 １１ 分離部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−152159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−142683（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に、行列状に複数の光電変
換素子が形成され、前記光電変換素子から信号電荷を読
み出し転送する複数列の電荷転送手段が形成され、前記
光電変換素子と行方向に隣接する前記電荷転送手段との
間には分離領域が形成され、列方向に隣接する前記光電
変換素子の間の素子間領域には、該素子間領域に隣接す
る前記光電変換素子のうちの一方からの信号電荷を読み
出して前記電荷転送手段に転送する電荷読み出し手段が
設けられたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 電荷転送手段の転送電極が複数の層から
なる電極群で形成されており、前記電極群のうちの最下
層の転送電極が前記素子間領域に延在されて形成されて
前記読み出し手段の信号電荷を読み出す電極を兼ねてい
ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039997A JP2853779B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039997A JP2853779B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04278584A JPH04278584A (ja) | 1992-10-05 |
| JP2853779B2 true JP2853779B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=12568572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3039997A Expired - Fee Related JP2853779B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2853779B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE0401158L (sv) * | 2004-05-05 | 2005-03-22 | Isaberg Rapid Ab | Häftapparat |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP3039997A patent/JP2853779B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04278584A (ja) | 1992-10-05 |
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