JP3292962B2 - 信号電荷転送装置の製造方法 - Google Patents

信号電荷転送装置の製造方法

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JP3292962B2 JP35498992A JP35498992A JP3292962B2 JP 3292962 B2 JP3292962 B2 JP 3292962B2 JP 35498992 A JP35498992 A JP 35498992A JP 35498992 A JP35498992 A JP 35498992A JP 3292962 B2 JP3292962 B2 JP 3292962B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像センサに関し、特
に信号電荷転送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、映像センサの種類としては、CC
D映像センサと、密着型映像センサなどがある。これら
の映像センサの概略の動作は次の通りである。映像セン
サは映像に相当する光信号を受光してこれを電気的に信
号に変換した後、その電気的な信号をディスプレイし、
またはプリントすることができるように処理する。信号
電荷転送装置は、その電気的な信号を一方向に転送する
ための装置で、通常前記密着型のイメージセンサまたは
CCD映像センサに必須構成要素として含まれている。
【0003】信号電荷転送装置の先行技術の一例とし
て、CCD映像センサの信号電荷転送装置を説明する。
CCD映像センサは、大別してシリコンのような一つの
半導体基板に形成される複数の光検出器と、垂直信号電
荷転送装置および水平信号電荷転送装置とからなる。光
検出器としては、主にP−N接合のホトダイオードが使
用されており、光検出器として適切な素子を選択すると
可視領域から赤外線領域までの被写体撮影が可能であ
る。
【0004】図1は従来のインタライン転送方式のCC
D映像センサの概略構成を示した構成ブロック図で、規
則配列される複数のホトダイオード1と、ホトダイオー
ド1の列間に配列される垂直信号電荷転送装置2と、垂
直信号電荷転送装置2の出力側に直交するように配列さ
れる水平信号電荷転送装置3と、水平信号電荷転送装置
3から出力される信号電荷を感知した後、これを増幅し
て所定利得の電圧に変換するセンシング増幅器4とから
なる。図1で、点線の矢方向は信号電荷の流れの経路を
示すものである。
【0005】従来のCCD映像センサの動作を説明す
る。画面の各ピクセルに相当する各ホトダイオード1に
光が入射されると、各ホトダイオード1ではそれに相当
する映像信号電荷が生成される。この映像信号電荷は、
図1では図示されないが、ホトダイオード1および垂直
信号電荷転送装置2上にわたって形成される電極に所定
のクロック信号が印加される時、ホトダイオード1から
垂直信号電荷転送装置2へ移動され、クロック信号によ
り水平信号電荷転送装置3に移動される。
【0006】水平信号電荷転送装置3に移動された映像
信号は、図示されないが、水平信号電荷転送装置3上に
形成される電極に所定のクロック信号が印加される時、
水平信号電荷転送装置3の出力側に移動される。水平信
号電荷転送装置3より出力された映像信号電荷は出力ゲ
ート(図示せず)を介してフローティングディフューゾ
ン領域(floating diffusion re
gion)(図示せず)に一時貯蔵される。フローティ
ングディフューゾン領域に貯蔵された映像信号電荷は、
センシング増幅器4により感知され、所定増幅度で増幅
された後電圧情報として出力される。
【0007】図2は図1のa−a’線による水平信号電
荷転送装置3の構造を示す断面図である。図2によれ
ば、水平信号電荷転送装置3はn°型(また第1導電
型)半導体基板5;n°型半導体基板5上に形成される
p型(または第2導電型)ウェル(Well)6;p型
ウェル6上に形成されるn°型チャネル領域7;n°型
チャネル領域7の端部に連結されてp型ウェル6上に形
成され、n°型チャネル領域7より流入された映像信号
電荷を一時貯蔵するためのn+ 型フローティングディフ
ューゾン領域8;n+ 型フローティングディフューゾン
領域8の端部と連結されてp型ウェル6上に形成される
n°型リセット領域9;n°型リセット領域9の端部と
連結されてp型ウェル6上に形成され、n+ 型フローテ
ィングディフューゾン領域8よりn°型リセット領域9
を介して入力される映像信号電荷を放電させるn+ 型リ
セットドレイン領域10;n°型チャネル領域7に所定
間隔をおいて形成される複数のn- 不純物領域11;n
- 不純物領域11上に形成され、クロック信号(Hφ
1)が印加される第1電極12;第1電極12間に形成
されクロック信号(Hφ2)が印加される第2電極1
2;n°型チャネル領域7の端部の上側に形成され一定
の直流電圧(DC)が印加される出力電極14;n°型
リセット領域9上に形成され、リセットクロック信号
(Rφ)が印加されるリセット電極15;を含む。ここ
で、n°と n+ およびn- は不純物イオンの濃度を示
すもので、それらの大きさは、下記式(1)のような順
序を有する。 n+ >n°>n- ・・・・・ (1)
【0008】図2で図示されないが、図1のセンシング
増幅器4は、n+ 型フローティングディフューゾン領域
8に一時貯蔵された映像信号電荷を感知して所定増幅度
で増幅させる。図2で、符号16は絶縁層である。図2
のようなCCD映像センサでは、第1電極および第2電
極の物質は、主に不純物がドープされたポリシリコンが
使用される。
【0009】図2の構成による水平信号電荷転送装置の
動作を電位ダイヤグラムである図3(a)乃至(c)を
参照して説明する。図1の垂直信号電荷転送装置1から
水平信号電荷転送装置3へ映像信号電荷が転送された状
態で、水平信号電荷転送装置3の第1,第2クロック信
号(Hφ1),(Hφ2)が第1電極12および第2電
極13に印加されなければ、水平信号電荷転送装置3は
図3(a)のような電位ダイヤグラムを有することとな
る。ついで水平信号電荷転送装置3の第1クロック信号
(Hφ1)がハイレベル電圧で、第2クロック信号(H
φ2)がローレベル電圧で第1及び第2電極12,13
に印加されると、水平信号電荷転送装置3は図3(b)
のような電位ダイヤグラムを有することとなる。
【0010】水平信号電荷転送装置3の第1クロック信
号(Hφ1)がハイレベル電圧で、第2クロック信号
(Hφ2)がハイレベル電圧で、第1電極12および第
2電極に印加されると、水平信号電荷転送装置3は図3
(c)のような電位ダイヤグラムを有することとなる。
このような、第1クロック信号(Hφ1)および第2ク
ロック信号(Hφ2)がハイまたはロー状態を繰り返し
て第1電極12および第2電極13に印加されると映像
信号電荷は出力ゲート電極14に向かって移動される。
この時、水平信号電荷転送装置3の出力ゲート電極14
には一定の直流電圧がバイアスされているので、図3
(a)乃至図3(c)のように、出力ゲート電極14の
下側には常に一定の電位が形成されている。この状態
で、上述したように第2クロック信号(Hφ2)がロー
レベル状態で、第1クロック信号(Hφ1)がハイレベ
ル状態で第1電極12および第2電極13に印加される
と、最終の第1電極12および第2電極13の下側での
電位は高くなるので、映像信号電荷が出力ゲート14の
下側の電位障壁を越えてフローティングディフューゾン
領域8に流入される。この場合を図3(b)に示した。
【0011】逆に、第1クロック信号(Hφ1)がロー
レベル状態で、第2クロック信号(Hφ2)がハイレベ
ル状態で第1電極12および第2電極13に印加される
と、最終の第1電極12および第2電極13の下側での
電位は低くなるので、映像信号電荷は出力ゲート14の
下側の電位障壁を越えない。したがって、フローティン
グディフューゾン領域8では映像信号電荷が入力されな
い。この場合を図3(c)に示した。ここで、n- 型不
純物領域11はP型(すなわち、第2導電型)不純物で
あるボロン(boron)を注入することにより形成さ
れる。すなわち、n°型チャネル領域7にボロンイオン
を注入すれば、その部分のn°型濃度はn- 型で低下さ
れることとなる。
【0012】図3(a)乃至(c)に示すように、n-
型不純物領域11により形成された段差状の電位によ
り、映像信号電荷は水平信号電荷転送装置3の出力側に
向かって移動される。通常、水平信号電荷転送装置3の
クロッキング方式としては、図2、図3のように二相ク
ロック方式が使用される。このような水平信号電荷転送
装置3は図示されないが、垂直信号電荷転送装置2の構
造と大部分同じだ。水平および垂直信号電荷転送装置
で、映像信号電荷が損失なく効率的に移動される程度
を、信号電荷転送効率(CTE)といい、このCTEが
良いほど良い映像センサということができる。このCT
Eは電極長さ(l)に反比例である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
映像センサの信号電荷転送装置によれば、画素(Pix
el)数および光学系の大きさが決定されると、水平単
位セルの長さ(L)が決定され、電極長さ(l)はL/
4以下で低下させることができなかった。したがって、
CTEを増大させるのには限界があった。本発明の目的
は、これらの問題点を解消するためのもので、電極の長
さを減少せず、CTEを増大させることができる信号電
荷転送装置およびその製造方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、第1導電型のチャネル領域が設
けられ、第1導電型のチャネル領域上に所定間隔をおい
て複数の第1電極が形成される。第1電極間に複数の第
2電極が形成される。第1電極および第2電極間には、
これらを電気的に隔離させるための絶縁層形成される。
各第2電極の下側に対応するチャネル領域内に多段の段
差状に形成され、かつチャネル領域より低い濃度を有す
る第1導電型の不純物領域が形成される。第1導電型の
不純物領域は、多段の段差状を有するので、その部分で
の電位ダイヤグラムも多段の段差状を有することとな
る。したがって映像信号電荷の移動がより容易であるの
で、CTEが改善される。
【0015】
【実施例】本発明による信号電荷転送装置の製造工程を
図4、図5を参照して説明する。まず、図4(a)に示
すように、n°型半導体基板10にP型イオンであるボ
ロンイオン(B)を注入した後拡散してn°型半導体基
板10上にp型ウェル20を形成し、図4(b)に示す
ように、p型ウェル20を部分的に、n型イオンである
ヒ素イオンを注入し、これを拡散させn°型チャネル領
域30を形成する。ここで、n°型半導体基板10の物
質は主に単結晶シリコンが使用される。
【0016】ついで、図4(c)に示すように、n°型
チャネル領域30および露出されたp型ウェル20上
に、第1絶縁層として酸化膜40と第1ポリシリコン5
0を順次形成する。図4(d)に示すように、第1ポリ
シリコン50上にフォトエッチング工程およびエッチン
グ工程(いずれもパターニングという)を行うことによ
り、第1電極としての複数の第1ポリシリコンパターン
50aを所定間隔をおいて形成する。ついで第1ポリシ
リコンパターン50aの表面に第2絶縁層として酸化膜
60を形成する。その後、第1電極である第1ポリシリ
コンパターン50aをマスクとしてn°型チャネル領域
30上にP型不純物イオンであるボロンイオン(B)を
垂直方向に注入してn°型チャネル領域30内に、n°
型チャネル領域30より低い濃度のn- 型不純物領域7
0を形成する。
【0017】図5aに示すように、第1ポリシリコンパ
ターン50aをマスクとしてn°型チャネル領域30に
対して約30°〜60°の角度でn°型チャネル領域3
0にボロンイオン(B)を傾斜注入して前記n- 型不純
物領域70を段差状のn- 型不純物領域70aを作る。
すなわち、ボロンイオン(B)を第1ポリシリコンパタ
ーン50aをマスクとして傾斜注入すると、n- 型不純
物領域70の一部分のみボロンイオン(B)がさらに注
入されるので、その部分はボロンイオン(B)がさらに
注入されないn- 型不純物領域70aの他の部分より深
くなる。したがって、n- 型不純物領域70は2段の段
差状を有するn- 型不純物領域70aとなる。前述の式
(1)に示すように、n- はn°よりも低い濃度を有す
ることであることを意味する。ここで、角度を低めなが
ら、P型ボロンイオン(B)の注入を繰り返せば、ボロ
ンイオン(B)が注入されたn°型チャネル領域30の
部分が低い濃度のn- 型と変換するので、結局多段の段
差状を有するn-型不純物領域が作ることができる。
【0018】図5bに示すように、全ての表面にわたっ
て、すなわち、第1ポリシリコンパターン50aおよび
- 型不純物領域70a上に第2ポリシリコン80を形
成した後、図5cに示すように、第2ポリシリコン80
をパターニングして第1ポリシリコンパターン50a間
に第2電極としての第2ポリシリコンパターン80aを
複数形成する。したがって、酸化膜40,60は第1電
極としての第1ポリシリコンパターン50aおよび第2
電極としての第2ポリシリコンパターン80aを電気的
に隔離する役割をする。上述した、酸化膜40,60と
第1ポリシリコン50および第2ポリシリコン80の形
成方法は、CVD法が使用される。信号電荷転送のため
の二相クロックのために、2つのクロック信号、すなわ
ち、第1クロック信号(Hφ1)と第2クロック信号
(Hφ2)とが使用される。ここで、第1電極である第
1ポリシリコンパターン50aの長さと、第2電極であ
る第2ポリシリコンパターン80aの長さ(l)とは同
一であり、これらのポリシリコンは導電性を有するよう
に所定の導電型の不純物がドープされたものである。
【0019】完成された信号電荷転送装置の断面図であ
る図5cによる電位ダイヤグラムを図5(a)に示し
た。図5(a)を、従来の信号電荷転送装置の電位ダイ
ヤグラムを示している図3(a)に比べてみると、多い
段差を有していることがわかる。図5(a)は水平信号
電荷転送装置のクロック信号が印加されない状態の電位
ダイヤグラムである。図5(a)のような状態で、第1
クロック信号(Hφ1)がハイレベル状態で、第2クロ
ック信号(Hφ2)がローレベル状態で第1電極である
第1ポリシリコンパターン50aおよび第2電極である
第2ポリシリコンパターン80aに印加されると、信号
電荷転送装置は図5(b)に示すような電位ダイヤグラ
ムとなる。また、第1クロック信号(Hφ1)がローレ
ベル状態で、第2クロック信号(Hφ2)がハイレベル
状態で第1ポリシリコンパターン50aおよび第2ポリ
シリコンパターン80aに印加されると、信号電荷転送
装置は図5(c)に示すような電位ダイヤグラムとな
る。このように、第1クロック信号(Hφ1)および第
2クロック信号(Hφ2)がハイレベルまたはローレベ
ル状態に、交互に有しているならば、信号電荷転送装置
は図5(b)および(c)の電位ダイヤグラムを交互に
有することとなり、これにより、映像信号電荷は出力側
(図4(g)で右側)に向かって移動される。ここで、
従来の信号電荷転送装置の電位ダイヤグラムである図3
(a)乃至(c)と、本発明による信号電荷転送装置の
電位ダイヤグラムである図5(b)乃至(c)を比較す
れば、図5での電位ダイヤグラムが図3の電位ダイヤグ
ラムより多い段差を有していることがわかる。したがっ
て、本発明の信号電荷転送装置で、映像信号電荷はさら
に容易に出力側に向かって転送されることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の信号電荷
転送装置によれば、水平単位のセルの長さ(L)は、従
来の信号電荷転送装置のものと同一であるが、動作時、
従来の信号電荷転送装置に比べて多い段差を有する電位
を形成する。したがって、映像信号電荷の移動はより容
易になり、より高い電荷転送効率(CTE)が得ること
ができる。この電荷転送効率は、電極長さ(l)がL/
6の時の場合に相当する。したがって、電極長さ(l)
がL/4の時の場合に相当する電荷転送効率(CTE)
を有する従来の信号電荷転送装置に比べて本発明の信号
電荷転送装置はより高い電荷転送効率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のCCD映像センサの構成図である。
【図2】従来のCCD映像センサの水平信号の電荷転送
装置の構造を示す断面図である。
【図3】クロック信号の印加により変化される従来の信
号電荷転送装置の電位ダイヤグラムである。
【図4】本発明による信号電荷転送装置の製造工程を示
す断面図である。
【図5】本発明による信号電荷転送装置の製造工程を示
す断面図である。
【図6】クロック信号の印加により変化される本発明の
信号電荷転送装置の電位ダイヤグラムである。
【符号の説明】
10 n°型半導体基板 20 P型ウェル 30 n°型チャネル領域 40,60 酸化膜 50 第1ポリシリコン 50a 第1ポリシリコンパターン 70,71a n- 型不純物領域 80 第2ポリシリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/339 H01L 27/148 H01L 29/762 H04N 5/335

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネル領域として第1導電型の半導体
    層を設けるステップ; 前記チャネル領域上に第1絶縁層と第1導電層とを順次
    形成するステップ;前記 第1導電層をパターニングして所定間隔を有する複
    数の第1電極を形成するステップ;前記第1電極の表面に第2絶縁層を形成するステップ; 前記 第1電極をマスクとして前記第1電極間のチャネル
    領域に第2導電型の不純物を垂直注入して前記チャネル
    領域より低い濃度を有する第1導電型の不純物領域を形
    成するステップ;前記 第1電極をマスクとして前記第1電極間のチャネル
    領域に30゜〜60゜の角度で第2導電型の不純物を傾
    斜注入して前記チャネル領域より低い濃度を有する第1
    導電型の不純物領域を多段の段差状に形成するステッ
    プ;前記 第2絶縁層と露出された第1絶縁層上に第2導電層
    を形成し、これをパターニングして前記第1電極間に複
    数の第2電極を形成するステップ; を含むことを特徴とする信号電荷転送装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記チャネル領域の物質は、単結晶シリ
    コンであることを特徴とする請求項1記載の信号電荷転
    送装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 第1電極および第2電極の物質は、所定
    の導電型の不純物がドープされたポリシリコンであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の信号電荷転送装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 第2導電型の不純物イオンは、ボロン(b
    oron) であることを特徴とする請求項1記載の信号電荷
    転送装置の製造方法。
JP35498992A 1991-12-23 1992-12-18 信号電荷転送装置の製造方法 Expired - Fee Related JP3292962B2 (ja)

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