JP3270254B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3270254B2
JP3270254B2 JP22123694A JP22123694A JP3270254B2 JP 3270254 B2 JP3270254 B2 JP 3270254B2 JP 22123694 A JP22123694 A JP 22123694A JP 22123694 A JP22123694 A JP 22123694A JP 3270254 B2 JP3270254 B2 JP 3270254B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送素子(CC
D)を用いた固体撮像装置に係わり、特にCCD転送電
極構造の改良をはかった固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a charge transfer device (CC).
The present invention relates to a solid-state imaging device using D), and more particularly to a solid-state imaging device in which a CCD transfer electrode structure is improved.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像装置は、ビデオカメラや電子ス
チルカメラ等において撮像素子として用いられているデ
バイスである。このデバイスは、入力した光を信号電荷
に変換して光電変換蓄積部に蓄積し、CCD等で転送し
て出力するものである。
2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device is a device used as an image pickup device in a video camera, an electronic still camera or the like. This device converts input light into a signal charge, stores the signal charge in a photoelectric conversion storage unit, and transfers and outputs the signal charge using a CCD or the like.

【0003】近年、カメラの小型化及びコストダウンの
ために、固体撮像装置の低消費電力化、チップサイズの
縮小が求められている。低消費電力化のためには、CC
D転送電極間の容量の低減、即ち電極間ギャップを大き
くする必要がある。
In recent years, in order to reduce the size and cost of cameras, it has been required to reduce the power consumption and the chip size of solid-state imaging devices. To reduce power consumption, CC
It is necessary to reduce the capacitance between the D transfer electrodes, that is, increase the gap between the electrodes.

【0004】ところで、従来の技術では垂直転送CCD
電極と水平転送CCD電極の両方を、例えば二層ポリシ
リコンのオーバーラップ構造とし、同一の工程で形成し
ていた。このため、垂直転送CCDの転送電極間ギャッ
プと水平転送CCDの転送電極間ギャップが等しい構造
になっていた。
In the prior art, a vertical transfer CCD is used.
Both the electrode and the horizontal transfer CCD electrode have an overlapping structure of, for example, two-layer polysilicon, and are formed in the same process. Therefore, the gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD and the gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD are equal.

【0005】図8は、従来の固体撮像装置の転送電極配
置例を示す平面図であり、81は第1層ポリシリコン電
極、82は第2層ポリシリコン電極を示している。φV
が印加される垂直転送CCD及びφHが印加される水平
転送CCDの転送電極は、共に二層オーバーラップポリ
シリコン電極で構成されている。従来、垂直及び水平の
両転送電極に二層オーバーラップポリシリコン電極構造
を用いてきた理由は、CCDの転送効率を上げるためで
あった。転送電極のギャップを決めるのは、第1層ポリ
シリコンと第2層ポリシリコンの間の層間絶縁膜であ
り、通常はリソグラフィの限界によって決まる最小寸法
よりも小さい。そして従来例の構造では、垂直転送CC
Dの転送電極間ギャップSと水平転送CCDの転送電極
間ギャップRが等しくなる。
FIG. 8 is a plan view showing an example of the arrangement of transfer electrodes in a conventional solid-state image pickup device. Reference numeral 81 denotes a first-layer polysilicon electrode, and reference numeral 82 denotes a second-layer polysilicon electrode. φV
The transfer electrodes of the vertical transfer CCD to which .phi. Is applied and the horizontal transfer CCD to which .phi.H is applied are both constituted by two-layer overlapping polysilicon electrodes. Conventionally, the reason why the double-layer overlapped polysilicon electrode structure is used for both the vertical and horizontal transfer electrodes is to increase the transfer efficiency of the CCD. The gap between the transfer electrodes is determined by the interlayer insulating film between the first polysilicon layer and the second polysilicon layer, and is usually smaller than the minimum dimension determined by the limit of lithography. In the conventional structure, the vertical transfer CC
The gap S between the transfer electrodes of D becomes equal to the gap R between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD.

【0006】一般に、CCD型固体撮像装置の消費電力
は駆動周波数の高い水平CCDの消費電力が大きな割合
を占めるが、水平CCDの消費電力を小さくするため
に、転送電極間ギャップを大きくして電極間容量を小さ
くすると、垂直CCDの転送能力が劣化して多量の信号
電荷を取り残し無く転送することが困難になるという問
題点があった。
In general, the power consumption of a CCD type solid-state imaging device is occupied by a large percentage of the power consumption of a horizontal CCD having a high driving frequency. When the inter-capacity is reduced, there is a problem that the transfer capability of the vertical CCD deteriorates and it becomes difficult to transfer a large amount of signal charges without being left behind.

【0007】転送電極間ギャップを大きくすると、多量
の電荷を転送した場合の転送効率が悪くなる説明を図9
を用いて説明する。図9では4相駆動の場合について説
明しているが、3相以上のCCDについて全て成り立
つ。この場合、φV2をハイレベルからローレベルに変
化させることによって、転送電極下のチャネルポテンシ
ャルを低くし、電荷をφV3及びφV4の下に転送す
る。このとき、φV2の下に電荷がある状態で、φV1
とφV2の間のギャップ下でポテンシャルポケットが発
生すると、信号電荷を完全転送することができない。
FIG. 9 explains that when the gap between the transfer electrodes is increased, the transfer efficiency when a large amount of electric charges is transferred is deteriorated.
This will be described with reference to FIG. FIG. 9 illustrates the case of the four-phase drive, but all of the three or more-phase CCDs are valid. In this case, by changing φV2 from the high level to the low level, the channel potential below the transfer electrode is lowered, and the charge is transferred below φV3 and φV4. At this time, when there is a charge under φV2, φV1
If a potential pocket is generated under the gap between .phi.V2 and .phi.V2, signal charges cannot be completely transferred.

【0008】一般に、転送電極間ギャップ下でのチャネ
ルポテンシャルのポケットの発生は、ギャップが一定で
あれば、その両側の電極下のチャネルポテンシャルの差
に依存する。もし、この差が小さければポケットが発生
するが、大きければ発生しない。多量の信号電荷を転送
する場合、信号電荷が完全に転送される前にポケットが
発生し、図9に示したように、そのポケットに信号電荷
がトラップされ、転送効率が劣化する。一方、信号電荷
が少ない場合には、ポケットが発生する前に信号電荷の
転送が終了するので、転送効率の劣化は生じない。な
お、このポケットはギャップが小さくなると、少しのポ
テンシャル差で抑圧することができる。
Generally, the generation of a channel potential pocket under the gap between transfer electrodes depends on the difference in channel potential under the electrodes on both sides of the gap if the gap is constant. If this difference is small, pockets occur, but if they are large, pockets do not. When transferring a large amount of signal charge, a pocket is generated before the signal charge is completely transferred, and as shown in FIG. 9, the signal charge is trapped in the pocket, and the transfer efficiency is degraded. On the other hand, when the signal charge is small, the transfer of the signal charge ends before the pocket occurs, so that the transfer efficiency does not deteriorate. When the gap becomes small, the pocket can be suppressed with a small potential difference.

【0009】以上の理由から、一般にCCDの転送効率
は図10に示すように転送電荷量及び転送電極間ギャッ
プ長に依存する。図10から容易に判るように、転送電
荷量を多くするためには転送電極間ギャップを小さくす
る必要がある。なお、転送電荷量を多くする他の方法と
しては従来、垂直CCDの面積を大きくするという方法
が知られているが、この場合チップ面積が増大するとい
う問題点がある。
For the above reasons, the transfer efficiency of a CCD generally depends on the amount of transfer charge and the gap length between transfer electrodes as shown in FIG. As can be easily understood from FIG. 10, it is necessary to reduce the gap between the transfer electrodes in order to increase the transfer charge amount. As another method for increasing the transfer charge amount, a method of increasing the area of the vertical CCD is conventionally known. However, in this case, there is a problem that the chip area increases.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、垂直
転送CCD電極と水平転送CCD電極を、例えば二層ポ
リシリコンのオーバーラップ構造とし、垂直転送CCD
電極のギャップと水平転送CCD電極のギャップが等し
い構造としていた。一般に、CCD型固体撮像装置の消
費電力は駆動周波数の高い水平CCDの消費電力が大き
な割合を占めるが、水平CCDの消費電力を小さくする
ために、転送電極間ギャップを大きくして電極間容量を
小さくすると、垂直CCDの転送能力が劣化して多量の
信号電荷を取り残し無く転送することが困難になるとい
う問題点があった。
As described above, conventionally, the vertical transfer CCD electrode and the horizontal transfer CCD electrode have a double-layer polysilicon overlapped structure,
The structure was such that the electrode gap was equal to the horizontal transfer CCD electrode gap. In general, the power consumption of a CCD solid-state imaging device is dominated by the power consumption of a horizontal CCD having a high driving frequency.However, in order to reduce the power consumption of the horizontal CCD, the gap between transfer electrodes is increased to increase the capacitance between electrodes. If the size is reduced, there is a problem that the transfer capability of the vertical CCD deteriorates and it becomes difficult to transfer a large amount of signal charges without being left behind.

【0011】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、水平CCDの低消費電
力化を実現し、かつ多量の信号電荷を転送効率の劣化無
しに転送可能な固体撮像装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to realize low power consumption of a horizontal CCD and to transfer a large amount of signal charges without deteriorating transfer efficiency. To provide a solid-state imaging device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、半導体基板上に二次元的に配列された複数の光電
変換蓄積部と、これらの光電変換蓄積部から読み出され
た信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送CCD
と、これらの垂直転送CCDの信号を受け信号電荷を水
平方向に転送する水平転送CCDとからなる固体撮像装
置において、前記垂直転送CCDの転送電極間ギャップ
を前記水平転送CCDの転送電極間ギャップよりも狭く
設定してなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration. That is, the present invention provides a plurality of photoelectric conversion storage units two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and a plurality of vertical transfer CCDs for vertically transferring signal charges read from these photoelectric conversion storage units.
And a horizontal transfer CCD that receives signals from these vertical transfer CCDs and transfers signal charges in the horizontal direction. In the solid-state imaging device, the gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is set to be smaller than the gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD. Is also set to be narrow.

【0013】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 垂直転送CCDの転送電極、水平転送CCDの転送
電極が共に単層ゲート構造であること。 (2) 垂直転送CCDの転送電極、水平転送CCDの転送
電極が共に二層オーバーラップゲート構造であること。 (3) 垂直転送CCDの転送電極は二層オーバーラップゲ
ート構造であり、水平CCDの転送電極は単層ゲート構
造であること。 (4) 垂直転送CCD及び水平転送CCDの転送電極は共
に二層オーバーラップゲート構造であり、垂直転送CC
Dは第1層及び第2層多結晶シリコンからなり、水平転
送CCDは第2層及び第3層多結晶シリコンからなるこ
と。 (5) 転送電極を構成する材料が、W,Mo,Ti,及び
これらのシリサイド,多結晶シリコン,アモルファスシ
リコンのうち少なくとも一つを含むこと。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) Both the transfer electrode of the vertical transfer CCD and the transfer electrode of the horizontal transfer CCD have a single-layer gate structure. (2) Both the transfer electrode of the vertical transfer CCD and the transfer electrode of the horizontal transfer CCD have a two-layer overlap gate structure. (3) The transfer electrode of the vertical transfer CCD has a two-layer overlap gate structure, and the transfer electrode of the horizontal CCD has a single-layer gate structure. (4) Both transfer electrodes of the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD have a two-layer overlap gate structure,
D is made of first and second layer polysilicon, and the horizontal transfer CCD is made of second and third layer polysilicon. (5) The material forming the transfer electrode includes W, Mo, Ti, and at least one of silicide, polycrystalline silicon, and amorphous silicon thereof.

【0014】また本発明は、上記構成の固体撮像装置の
製造方法において、半導体基板上に第1層導電層を形成
してこれをパターニングし、パターニングされた第1層
導電層の表面に第1の酸化膜を形成し、次いで第2層導
電層を堆積してこれをパターニングし、第1層導電層及
び第2層導電層から垂直転送CCDを作成し、さらにパ
ターニングされた第2層導電層の表面に第1の酸化膜よ
りも厚く第2の酸化膜を形成し、次いで第3層導電層を
堆積してこれをパターニングし、第2層導電層及び第3
層導電層から水平転送CCDを作成することを特徴とす
る。
According to the present invention, in the method for manufacturing a solid-state imaging device having the above-described structure, a first conductive layer is formed on a semiconductor substrate and patterned, and the first conductive layer is formed on a surface of the patterned first conductive layer. Is formed, and then a second conductive layer is deposited and patterned to form a vertical transfer CCD from the first conductive layer and the second conductive layer, and the patterned second conductive layer is further formed. Forming a second oxide film thicker than the first oxide film on the surface of the first layer, and then depositing and patterning a third layer conductive layer, and forming the second layer and the third conductive layer.
The horizontal transfer CCD is formed from the conductive layer.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、水平転送CCDの転送電極間
ギャップを大きく(広く)して低消費電力を実現し、さ
らに垂直転送CCDの転送電極間ギャップを小さく(狭
く)して多量の信号電荷を効率良く転送することが可能
となる。
According to the present invention, the gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD is made large (wide) to realize low power consumption, and the gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is made small (narrow) to generate a large amount of signals. Charges can be efficiently transferred.

【0016】ここで、CCDにおいては、転送電極間ギ
ャップが大きいと転送電極間容量は小さくなり、転送電
極間ギャップが小さいと転送電極間容量は大きくなる。
そして、転送電極間容量が大きいと消費電力も大きくな
る。さらに、転送電極間ギャップが小さいと転送電荷量
は多くなるが、転送電極間ギャップが大きいと転送電荷
量は少なくなる。つまり、CCDにおいては、転送電極
間ギャップが大きいと消費電力は小さくなり、転送電荷
量は少なくなる。逆に、転送電極間ギャップが小さいと
消費電力は大きくなり、転送電荷量は多くなる。
Here, in the CCD, when the gap between the transfer electrodes is large, the capacity between the transfer electrodes is small, and when the gap between the transfer electrodes is small, the capacity between the transfer electrodes is large.
When the capacitance between the transfer electrodes is large, the power consumption also increases. Further, the transfer charge amount increases when the gap between the transfer electrodes is small, but the transfer charge amount decreases when the gap between the transfer electrodes is large. That is, in the CCD, when the gap between the transfer electrodes is large, the power consumption is small, and the transfer charge amount is small. Conversely, when the gap between the transfer electrodes is small, the power consumption increases and the transfer charge amount increases.

【0017】本発明のようにすれば、水平転送CCDは
転送電極間ギャップが大きいので消費電力を小さくする
ことができる。水平転送CCDは複数本の垂直転送CC
Dに対して1本あればよいので、その面積を大きくして
もチップ面積の増大は殆どない。従って、電極間ギャッ
プを大きくしても、その面積を大きくすることにより転
送電荷量は十分に確保できる。一方、垂直転送CCDは
転送電極間ギャップが小さいので、転送電荷量を十分多
くすることができる。垂直転送CCDの消費電力は高速
駆動の水平転送CCDに比して極めて小さいので、消費
電力の増大は殆ど問題とならない。
According to the present invention, since the horizontal transfer CCD has a large gap between transfer electrodes, power consumption can be reduced. The horizontal transfer CCD has multiple vertical transfer CCs.
Since only one chip is required for D, even if the area is increased, the chip area hardly increases. Therefore, even if the gap between the electrodes is increased, the transfer charge amount can be sufficiently secured by increasing the area. On the other hand, since the vertical transfer CCD has a small gap between the transfer electrodes, the transfer charge amount can be sufficiently increased. Since the power consumption of the vertical transfer CCD is extremely smaller than that of the horizontal transfer CCD driven at high speed, an increase in power consumption hardly causes a problem.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例に係わる固
体撮像装置における転送電極配置を示す平面図である。
垂直転送CCD1及び水平転送CCD2共にその転送電
極は、ポリシリコン11からなる単層ゲート構造となっ
ている。なお、図には示さないが、フォトダイオードか
らなる光電変換蓄積部がマトリックス状に配列され、垂
直転送CCDは光電変換蓄積部に隣接して垂直方向に複
数本配置され、水平転送CCDは垂直転送CCDの端部
に1本配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view showing a transfer electrode arrangement in a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
The transfer electrodes of both the vertical transfer CCD 1 and the horizontal transfer CCD 2 have a single-layer gate structure made of polysilicon 11. Although not shown in the figure, photoelectric conversion storage units composed of photodiodes are arranged in a matrix, a plurality of vertical transfer CCDs are vertically arranged adjacent to the photoelectric conversion storage units, and a horizontal transfer CCD is a vertical transfer CCD. One is arranged at the end of the CCD.

【0019】垂直転送CCDの転送電極のギャップSは
水平転送CCDの転送電極のギャップRより小さくして
いる。水平転送CCDでは転送電極間ギャップが大きい
ので、電極間容量が小さく、消費電力を節約することが
できる。なおかつ、垂直転送CCDではギャップSが小
さいので、従来技術で問題となっていた多量の電荷を転
送する場合の信号電荷の取り残しを防ぐことができる。
The gap S between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is smaller than the gap R between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD. Since the horizontal transfer CCD has a large gap between the transfer electrodes, the capacitance between the electrodes is small and power consumption can be saved. In addition, since the gap S is small in the vertical transfer CCD, it is possible to prevent signal charges from being left behind when transferring a large amount of charges, which is a problem in the related art.

【0020】図2は本実施例におけるCCD転送電極の
断面構造を示す図であり、(a)は垂直転送CCDの
例、(b)は水平転送CCDの例を示している。図中の
21はp型シリコン基板、22は埋込みn型不純物層
(CCDチャネル)、23は転送ゲート絶縁膜としての
酸化シリコン膜、24は転送電極としての第1層ポリシ
リコン、25はp型不純物層である。この実施例では、
垂直転送CCD及び水平転送CCD共に転送電極が単層
ポリシリコンで構成されている。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a cross-sectional structure of a CCD transfer electrode in the present embodiment. FIG. 2A shows an example of a vertical transfer CCD, and FIG. 2B shows an example of a horizontal transfer CCD. In the figure, 21 is a p-type silicon substrate, 22 is a buried n-type impurity layer (CCD channel), 23 is a silicon oxide film as a transfer gate insulating film, 24 is a first layer polysilicon as a transfer electrode, and 25 is a p-type. It is an impurity layer. In this example,
The transfer electrodes of both the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD are made of single-layer polysilicon.

【0021】このように本実施例によれば、垂直転送C
CD及び水平転送CCDの各々の転送電極を単層ポリシ
リコンで形成し、垂直転送CCDの転送電極間ギャップ
Sに比して水平転送CCDの転送電極間ギャップを大き
くしているので、垂直転送CCDに関しては転送電荷量
を多くすることができ、水平転送CCDに関しては消費
電力を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, the vertical transfer C
Each transfer electrode of the CD and the horizontal transfer CCD is formed of single-layer polysilicon, and the gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD is made larger than the gap S between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD. Can increase the transfer charge amount, and can reduce the power consumption of the horizontal transfer CCD.

【0022】そしてこの場合、垂直転送CCDは水平C
CDに比して駆動周波数が格段に低くその消費電力は極
めて小さいことから、転送電極間ギャップが小さいこと
による消費電力の増大は殆ど問題とならない。また、水
平転送CCDに関してはギャップを大きくしたことによ
る転送電荷量の低減を抑制するためにその面積を大きく
する必要がある。しかし、水平転送CCDは1本である
ため、その面積を大きくしても全体としての面積の増大
は僅かであり、殆ど問題とならない。即ち本実施例で
は、消費電力の低減と転送電荷量の増大という効果を同
時に達成することができる。 (実施例2)実施例1では、垂直転送CCD及び水平転
送CCD共に転送電極が単層ポリシリコン電極で構成さ
れているが、必ずしも両方の転送電極が単層ゲート構造
である必要性はない。
In this case, the vertical transfer CCD has a horizontal C
Since the driving frequency is much lower than that of the CD and the power consumption is extremely small, an increase in the power consumption due to the small gap between the transfer electrodes hardly causes a problem. Further, as for the horizontal transfer CCD, it is necessary to increase the area of the horizontal transfer CCD in order to suppress the reduction of the transfer charge amount due to the increase in the gap. However, since the number of horizontal transfer CCDs is one, even if the area is increased, the increase in the area as a whole is slight and causes almost no problem. That is, in the present embodiment, the effects of reducing power consumption and increasing the amount of transfer charges can be achieved at the same time. Second Embodiment In the first embodiment, the transfer electrodes of both the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD are formed of a single-layer polysilicon electrode, but it is not always necessary that both transfer electrodes have a single-layer gate structure.

【0023】図3は、本発明の第2の実施例に係わる固
体撮像装置における転送電極配置を示す平面図である。
垂直転送CCD1は第1層ポリシリコン31及び第2層
ポリシリコン32からなる二層ゲートオーバーラップゲ
ート構造であり、水平転送CCD2は第2層ポリシリコ
ン32及び第3層ポリシリコン33からなる二層ゲート
オーバーラップゲート構造となっている。
FIG. 3 is a plan view showing a transfer electrode arrangement in a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
The vertical transfer CCD 1 has a two-layer gate overlap gate structure composed of a first layer polysilicon 31 and a second layer polysilicon 32, and the horizontal transfer CCD 2 has a two layer gate composed of a second layer polysilicon 32 and a third layer polysilicon 33. It has a gate overlap gate structure.

【0024】本実施例においても、垂直転送CCDの転
送電極のギャップSは水平転送CCDの転送電極のギャ
ップRより小さくしている。従って実施例1と同様に、
水平転送CCDでは転送電極間ギャップが大きいので、
電極間容量が小さく、消費電力を節約することができ
る。なおかつ、垂直転送CCDではギャップSが小さい
ので、従来技術で問題となっていた多量の電荷を転送す
る場合の信号電荷の取り残しを防ぐことができる。
Also in this embodiment, the gap S between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is smaller than the gap R between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD. Therefore, similarly to the first embodiment,
In a horizontal transfer CCD, the gap between transfer electrodes is large,
The inter-electrode capacitance is small, and power consumption can be reduced. In addition, since the gap S is small in the vertical transfer CCD, it is possible to prevent signal charges from being left behind when transferring a large amount of charges, which is a problem in the related art.

【0025】図4は本実施例におけるCCD転送電極の
断面構造を示す図であり、(a)は垂直転送CCDの
例、(b)は水平転送CCDの例を示している。図中の
41はp型シリコン基板、42は埋込みn型不純物層
(CCDチャネル)、43は転送ゲート絶縁膜としての
酸化シリコン膜、45はp型不純物層である。この実施
例では、実施例1とは異なり、垂直転送CCD及び水平
転送CCD共に転送電極が二層オーバーラップポリシリ
コンで構成されている。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a cross-sectional structure of a CCD transfer electrode in the present embodiment. FIG. 4A shows an example of a vertical transfer CCD, and FIG. 4B shows an example of a horizontal transfer CCD. In the figure, 41 is a p-type silicon substrate, 42 is a buried n-type impurity layer (CCD channel), 43 is a silicon oxide film as a transfer gate insulating film, and 45 is a p-type impurity layer. In this embodiment, unlike the first embodiment, the transfer electrodes of both the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD are formed of two-layer overlapping polysilicon.

【0026】図5(a)〜(c)は、本実施例における
CCD転送電極の製造方法を示す工程断面図である。ま
ず、図5(a)に示すように、p型シリコン基板41上
にn型埋込み不純物層(CCDチャネル)42を形成
し、シリコン酸化膜43を介して、第1層ポリシリコン
31をパターニングする。さらに、第1層ポリシリコン
31を酸化後、第2層ポリシリコン32を堆積する。
FIGS. 5A to 5C are sectional views showing the steps of a method for manufacturing a CCD transfer electrode according to this embodiment. First, as shown in FIG. 5A, an n-type buried impurity layer (CCD channel) 42 is formed on a p-type silicon substrate 41, and the first-layer polysilicon 31 is patterned via a silicon oxide film 43. . Further, after oxidizing the first layer polysilicon 31, a second layer polysilicon 32 is deposited.

【0027】次いで、図5(b)に示すように、第2層
ポリシリコン32をパターニングしたのち酸化する。こ
こで、前記ギャップR,Sの違いを得るために、第2層
ポリシリコン32の酸化は第1層ポリシリコン31の酸
化よりでき上がり酸化膜厚が厚くなるようにする。さら
に、二層CCDバリア用p型不純物拡散層45を形成
し、第3層ポリシリコン33を堆積する。最後に、図5
(c)に示すように、第3層ポリシリコン33をパター
ニングする。
Next, as shown in FIG. 5B, the second-layer polysilicon 32 is patterned and then oxidized. Here, in order to obtain the difference between the gaps R and S, the oxidation of the second-layer polysilicon 32 is performed more than the oxidation of the first-layer polysilicon 31, so that the oxide film thickness is increased. Further, a two-layer CCD barrier p-type impurity diffusion layer 45 is formed, and a third-layer polysilicon 33 is deposited. Finally, FIG.
As shown in (c), the third-layer polysilicon 33 is patterned.

【0028】このように本実施例によれば、垂直転送C
CDと水平転送CCDで第2のポリシリコン32を共通
に使用し、共に二層オーバラップゲート構造でありなが
ら、転送電極間ギャップの異なる垂直転送CCD及び水
平転送CCDを全体として3層のポリシリコン31,3
2,33で作成することができる。そしてこの場合、ポ
リシリコンの酸化膜厚を変えるのみで転送電極間ギャッ
プを変えることができるので、その製造プロセスが容易
である。 (実施例3)図6は、本発明の第3の実施例に係わる固
体撮像装置における転送電極配置を示す平面図である。
垂直転送CCD1は第1層ポリシリコン61及び第2層
ポリシリコン62からなる二層ゲートオーバーラップゲ
ート構造であり、水平転送CCD2は第1層ポリシリコ
ン61からなる単層ゲート構造となっている。
As described above, according to the present embodiment, the vertical transfer C
The second polysilicon 32 is commonly used by the CD and the horizontal transfer CCD, and the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD having different gaps between the transfer electrodes as a whole have three layers of polysilicon while both have a two-layer overlap gate structure. 31,3
2, 33. In this case, since the gap between the transfer electrodes can be changed only by changing the oxide film thickness of the polysilicon, the manufacturing process is easy. (Embodiment 3) FIG. 6 is a plan view showing a transfer electrode arrangement in a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
The vertical transfer CCD 1 has a two-layer gate overlap gate structure composed of a first layer polysilicon 61 and a second layer polysilicon 62, and the horizontal transfer CCD 2 has a single layer gate structure composed of the first layer polysilicon 61.

【0029】本実施例においても、垂直転送CCDの転
送電極のギャップSは水平転送CCDの転送電極のギャ
ップRより小さくしている。従って実施例1と同様に、
水平転送CCDでは転送電極間ギャップが大きいので、
電極間容量が小さく、消費電力を低減することができ
る。なおかつ、垂直転送CCDでは電極間ギャップが小
さいので、従来技術で問題となっていた多量の電荷を転
送する場合の信号電荷の取り残しを防ぐことができる。
Also in this embodiment, the gap S between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is smaller than the gap R between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD. Therefore, similarly to the first embodiment,
In a horizontal transfer CCD, the gap between transfer electrodes is large,
The inter-electrode capacitance is small, and power consumption can be reduced. Further, since the gap between the electrodes is small in the vertical transfer CCD, it is possible to prevent signal charges from being left behind when transferring a large amount of charges, which has been a problem in the prior art.

【0030】図7は本実施例における水平転送CCDの
転送電極構造を示す断面図であり、71はp型シリコン
基板、72は埋込みn型不純物層(CCDチャネル)、
73は酸化シリコン膜、74は転送電極としての第1層
ポリシリコン、75はp型不純物層を示している。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the transfer electrode structure of the horizontal transfer CCD in this embodiment, in which 71 is a p-type silicon substrate, 72 is a buried n-type impurity layer (CCD channel),
73 is a silicon oxide film, 74 is a first layer polysilicon as a transfer electrode, and 75 is a p-type impurity layer.

【0031】この実施例では、実施例1とは異なり、垂
直転送CCDの転送電極は二層オーバーラップポリシリ
コン、水平転送CCDの転送電極は単層ポリシリコンで
構成されている。この場合、実施例1と比較して、垂直
転送CCDの転送電極間ギャップを小さく製造すること
が容易であるので、実施例1よりも更に多くの電荷を転
送することが可能である。
In this embodiment, different from the first embodiment, the transfer electrodes of the vertical transfer CCD are formed of two-layer overlapping polysilicon, and the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD are formed of single-layer polysilicon. In this case, it is easy to manufacture the gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD smaller than in the first embodiment, so that more charges can be transferred than in the first embodiment.

【0032】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、転送電極材料としてポ
リシリコンを用いたが、これに限らずアモルファスシリ
コンを用いることができ、さらにW,Mo,Ti等の高
融点金属、又はこれらシリサイドを用いることができ
る。また、光電変換蓄積部とCCD部が同一基板面に形
成された平面型の固体撮像装置に限らず、電荷蓄積部と
CCD部を設けた基板上に光電変換膜を積層した積層型
固体撮像装置に適用することもできる。また、水平転送
CCDは必ずしも1本に限るものではなく、複数本配置
されたものであってもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, polysilicon is used as the transfer electrode material. However, the present invention is not limited to this. Amorphous silicon can be used, and refractory metals such as W, Mo, and Ti, or silicides thereof can be used. The solid-state imaging device is not limited to a flat-type solid-state imaging device in which a photoelectric conversion storage unit and a CCD unit are formed on the same substrate surface. It can also be applied to Further, the horizontal transfer CCD is not necessarily limited to one, and a plurality of horizontal transfer CCDs may be arranged. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、垂
直転送CCDの転送電極間ギャップを水平転送CCDの
転送電極間ギャップより小さくすることにより、低消費
電力化を行っても、多量の電荷を転送効率の劣化無しに
転送可能な固体撮像装置を実現することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, the gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is made smaller than the gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD, so that even if the power consumption is reduced, a large amount It is possible to realize a solid-state imaging device capable of transferring the electric charges without deteriorating the transfer efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施例に係わる固体撮像装置における転
送電極の配置を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing an arrangement of transfer electrodes in a solid-state imaging device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例における転送電極構造を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a transfer electrode structure according to the first embodiment.

【図3】第2の実施例に係わる固体撮像装置における転
送電極の配置を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing an arrangement of transfer electrodes in a solid-state imaging device according to a second embodiment.

【図4】第2の実施例における転送電極構造を示す断面
図。
FIG. 4 is a sectional view showing a transfer electrode structure according to a second embodiment.

【図5】第2の実施例における転送電極の製造工程を示
す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of a transfer electrode in the second embodiment.

【図6】第3の実施例に係わる固体撮像装置における転
送電極の配置を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of transfer electrodes in a solid-state imaging device according to a third embodiment.

【図7】第3の実施例における転送電極構造を示す断面
図。
FIG. 7 is a sectional view showing a transfer electrode structure according to a third embodiment.

【図8】従来の固体撮像装置における転送電極の配置を
示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing an arrangement of transfer electrodes in a conventional solid-state imaging device.

【図9】多量の電荷を転送する場合の転送効率の劣化を
説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining deterioration of transfer efficiency when transferring a large amount of charges.

【図10】転送効率の転送電荷依存性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the transfer charge dependence of transfer efficiency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…垂直転送CCD 2…水平転送CCD 11…単層ポリシリコン 21,41,71…p型シリコン基板 22,42,72…埋込みn型不純物層(CCDチャネ
ル) 23,43.73…酸化シリコン膜 24,74…第1層ポリシリコン 25,45,75…p型不純物層 31,61…第1層ポリシリコン 32,62…第2層ポリシリコン 33…第3層ポリシリコン
Reference Signs List 1 vertical transfer CCD 2 horizontal transfer CCD 11 single-layer polysilicon 21, 41, 71 p-type silicon substrate 22, 42, 72 embedded buried n-type impurity layer (CCD channel) 23, 43.73 silicon oxide film 24, 74 ... first layer polysilicon 25, 45, 75 ... p-type impurity layer 31, 61 ... first layer polysilicon 32, 62 ... second layer polysilicon 33 ... third layer polysilicon

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−241863(JP,A) 特開 平4−207076(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/14 - 27/148 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-241863 (JP, A) JP-A-4-207076 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/14-27/148

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に二次元的に配列された複数
の光電変換蓄積部と、これらの光電変換蓄積部から読み
出された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送
CCDと、これらの垂直転送CCDの信号を受け信号電
荷を水平方向に転送する水平転送CCDとからなる固体
撮像装置において、 前記垂直転送CCDの転送電極間ギャップを前記水平転
送CCDの転送電極間ギャップよりも狭く設定してなる
ことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion storage units arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate; a plurality of vertical transfer CCDs for vertically transferring signal charges read from these photoelectric conversion storage units; In a solid-state imaging device including a horizontal transfer CCD that receives signals from the vertical transfer CCD and transfers signal charges in a horizontal direction, a gap between the transfer electrodes of the vertical transfer CCD is narrower than a gap between the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD. A solid-state imaging device characterized by being set.
【請求項2】前記垂直転送CCDの転送電極、前記水平
転送CCDの転送電極が共に単層ゲート構造であること
を特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer electrodes of the vertical transfer CCD and the transfer electrodes of the horizontal transfer CCD both have a single-layer gate structure.
【請求項3】前記垂直転送CCDの転送電極は二層オー
バーラップゲート構造であり、前記水平CCDの転送電
極は単層ゲート構造であることを特徴とする請求項1記
載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer electrodes of the vertical transfer CCD have a two-layer overlap gate structure, and the transfer electrodes of the horizontal CCD have a single-layer gate structure.
【請求項4】前記垂直転送CCD及び水平転送CCDの
転送電極は共に二層オーバーラップゲート構造であり、
前記垂直転送CCDは第1層及び第2層多結晶シリコン
からなり、前記水平転送CCDは第2層及び第3層多結
晶シリコンからなることを特徴とする請求項1記載の固
体撮像装置。
4. The transfer electrodes of the vertical transfer CCD and the horizontal transfer CCD both have a two-layer overlap gate structure.
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said vertical transfer CCD is made of a first layer and a second layer polycrystalline silicon, and said horizontal transfer CCD is made of a second layer and a third layer polycrystalline silicon.
【請求項5】前記転送電極を構成する材料が、W,M
o,Ti,及びこれらのシリサイド,多結晶シリコン,
アモルファスシリコンのうち少なくともいずれか一つを
含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
5. The transfer electrode is made of W, M
o, Ti and their silicides, polycrystalline silicon,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, comprising at least one of amorphous silicon.
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