JP3375389B2 - 電荷検出素子 - Google Patents
電荷検出素子Info
- Publication number
- JP3375389B2 JP3375389B2 JP23926193A JP23926193A JP3375389B2 JP 3375389 B2 JP3375389 B2 JP 3375389B2 JP 23926193 A JP23926193 A JP 23926193A JP 23926193 A JP23926193 A JP 23926193A JP 3375389 B2 JP3375389 B2 JP 3375389B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- channel
- charge
- sensing channel
- type
- conductivity type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
の構造に関し、特にＣＣＤイメージセンサ等のような微
少な信号電荷を高い感度で検出する必要のある素子の素
子製造に関する。 【０００２】 【従来の技術】例えば、固体撮像素子の電荷検出部を説
明する。図５は株式会社東芝のＳ．Ｏｏｓａｗａらによ
って１９８８年Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖ
ｉｃｅ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｆｘｔｅｎｄｅ
ｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓｐｐ．３５５−３５８）にて発
表されたフローティング表面検出器の断面図を示すもの
で、ｎ型基板１の表面にｐ- ウェル層２を形成し、基板
より高濃度のｎ型領域であるセンシングチャネル５とｐ
+ 領域のソース及びドレイン領域２０，２１と、前記セ
ンシングチャネル５上に形成されたゲート酸化膜４と、
ゲート酸化膜４上に形成されたフローティングゲート１
２と、フローティングゲート１２上に形成された厚い絶
縁層１５と、厚い絶縁膜１５上に形成されたバイアスゲ
ート１４と、からなる。 【０００３】前記センシングチャネル５は、断面図平面
に垂直な方向に電荷を電送するＣＣＤに接続され、埋込
チャネル（図示せず）内を信号電荷が転送されて来る。
転送された来た信号電荷がセンシングチャネル５内に蓄
積されると、センシングチャネル５内の電位分布が変化
されてゲート酸化膜４とセンシングチャネル５との界面
電位およびフローティングゲート１２電位が変化する。
この電位変化により、ホールをキャリアとし、ゲート酸
化膜４およびセンシングチャネル５界面をｐ型表面チャ
ネルとするトランジスタが動作する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このトランジスタは、
センシング容量を非常に小さくできるうえ、寄生容量が
ほとんど無いので、高感度の動作が可能となる。また、
センシングチャネルは、完全に空乏化させる条件で信号
転送するから、信号電荷の完全転送が可能となり、１／
ｆノイズなどが非常に低く抑えられる。 【０００５】東芝は、７６μＶ／ｅ- 高感度６４μＶ．
ｒｍｓ（雑音等価信号〜１．２エレクトロンｒｍｓ）以
下という低雑音を両立したと報告しているが、図５に示
すように、このトランジスタのソースとドレインがｐ-
ウェルのような導電性であり、キャリアが信号電荷とは
反対符号という問題点がある。ｐ- ウェルは、通常接地
されるからソースとかドレインには、ウェル内の全ての
領域からホールが拡散することとなる。したがって、こ
のホールによる暗電流のショートノイズの影響が問題に
なると考えられる。 【０００６】また、入射光のある場合に、ホールは電子
の数と同じ数だけ発生するが、電子についてはオーバー
フロードレインがあるのに対し、ホールについては確実
に機能するドレインの構造がない。周辺部にｐ- ウェル
の接触があるが、画素部からの距離は非常に長くなるの
で、強い入射光が入る場合などに、一時的に増加したホ
ールの漏れ電流により信号電流が上昇する現象が発生す
る可能性がある。 【０００７】このような問題を解決するために、基板を
ｐ+ 型として電子の水平オーバーフロードレイン構造を
止めるとか、電荷検出部のウェルを画素部に独立させる
とか、といった方法があるが、これらはほとんど不能で
ある。本発明の目的は、上述した従来技術の問題を解決
するためのもので、キャリアがエレクトロンであるトラ
ンジスタを用いて電子の電荷量を検出することができる
電荷検出装置を提供することである。それによって暗電
流によるショートノイズを低下させ、感度を改善しよう
とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明はｐ型チャネルト
ランジスタを用いた表面領域にキャリアとして電子を用
いたｎ型チャネルトランジスタを用い、ｎ型センシング
チャネルの表面にｐ型チャネルのトランジスタが形成さ
れ、センシングチャネルとそれぞれのソース・ドレイン
との間のｎ+ 領域の表面部分がｐウェル層で形成される
反転可能なチャネル分離領域を形成している。センシン
グチャネル表面に、センシングチャネルとは反対導電型
の領域を形成することにより、フローティングゲート下
方に、電子の表面チャネルが形成され、センシングチャ
ネルへ転送される電荷量に対応して表面チャネルが変形
される。また、センシングチャネルとソース、およびセ
ンシングチャネルとドレイン間の表面反転可能なチャネ
ル分離領域を設けることで、ソースおよびドレインから
表面チャネル領域に電流が流れ、埋込チャネル領域には
流れない構造となる。 【０００９】このように検出される電荷と同じ導電型の
キャリアが流れるトランジスタを用いることで、ウェル
層からの暗電流の問題が解決され、暗電流に起因するシ
ョートノイズが低減されて、さらに高感度の電荷検出素
子が提供されるようになる。また、強い光が入射される
場合の信号出力の上昇現象等を心配する必要がない。ソ
ース，ドレイン領域を形成するために、追加したｐ+ 領
域の形成工程も省略できる。 【００１０】 【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例
をＣＣＤのイメージセンサの電荷検出部に利用する場合
を例として説明する。図１は、ＣＣＤにより信号電荷が
転送される方向の断面構造図である。ｎ型Ｓｉ基板１の
表面にｐ- ウェル層２が形成され、前記ｐ- ウェル層２
の表面部位にｎ型埋込チャネル３とｎ型センシングチャ
ネル５、ｐ型表面チャネル６およびリセットドレイン７
がそれぞれ所定領域上に形成され、その上部にはゲート
酸化膜４が形成され、リセットゲート１３およびＣＣＤ
転送電極８，９，１０，出力ゲート１１，フローティン
グゲート１２が前記ゲート酸化膜４上に形成され、前記
フローティングゲート１２上に厚い絶縁層１５とバイア
スゲート１４がそれぞれ形成された構造となっている。 【００１１】これらのうち、本発明に直接的に関係され
る部分は、参照符号５，６，１２，１４，１５で示した
部分で構成される領域であり、これらの部分の垂直方向
断面図を図３に示した。これらの領域はＣＣＤにより転
送電荷を検出して動作するｎ型表面チャネルトランジス
タに対応する。ＣＣＤイメージセンサの場合、入射光に
より各画素のフォトダイオードから発生した信号電荷
は、ＣＣＤにより埋込チャネル３内に転送されて図１の
右方からセンシングチャネル５へ流入する。 【００１２】この時、リセットドレイン７，リセットゲ
ート１３，バイアスゲート１４，出力ゲート１１および
ＣＣＤ転送電荷８，９，１０は、それぞれ適当な電圧に
バイアスされ、信号電荷を転送するチャネルの電位形状
は図２に示すようなものとなる。センシングチャネル５
に信号電荷が流入すれば、センシングチャネル５内の電
位が変化し、表面チャネル６の表面電位も変化する。 【００１３】センシングチャネルを含む基板深さの方向
の断面構造と、これに対応する電位分布を図４（ａ），
（ｂ）に示す。センシングチャネル５内に電荷の無い場
合の電位分布を実線で、飽和される時まで電荷の流入さ
れた場合の電位分布を破線で示した。 【００１４】埋込チャネルとセンシングチャネルとのチ
ャネル分離領域の断面構造と、これに対応する電位分布
を図４（ｃ），（ｄ）に示した。このような信号電荷に
対応する表面チャネル６の電位分布変化により信号電荷
の検出が行われる。この構造の特徴は、センシングチャ
ネル５の表面に、センシングチャネルとは反対導電型で
あるｐ型表面チャネル６があるので、これにより表面が
電子についての表面チャネルとなることである。また、
センシングチャネル５とソース１６およびドレイン１７
間には、ｐ- ウェル領域２が存在するので、埋込チャネ
ル３に対するチャネル分離帯としての役割をする。この
領域は、基板表面は反転されて表面チャネルとして動作
するので、チャネル分離帯の表面電位をセンシングチャ
ネル上の表面チャネル表面電位より深い電位になるよう
に設計すれば、ソースからドレインへの電流の流れを防
げることはない。 【００１５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子の電荷量を、電子をキャリアとするトランジスタに
より検出する素子が実現できる。前述した実施例におい
て信号電荷が電子である場合について説明したが、信号
電荷がホールである場合においても、同様に本発明を実
施できる。また、センシングチャネルまで信号を転送す
る素子もＣＣＤのみならず低い転送損失によって電荷を
転送する素子であれば、本発明が目的とする効果を得る
事が可能となる。
の素子断面構造図である。 【図２】図１の素子構造に相応するシリコン基板内の電
位分布図である。 【図３】本発明の電荷検出素子の電荷が転送される方向
に垂直な方向の素子断面構造図である。 【図４】本発明の電荷検出素子の部分的な断面構造及び
これに対応する電位分布図である。 【図５】従来の電荷検出素子の断面構造図である。 【符号の説明】 １ ｎ型基板 ２ ｐ- ウェル層 ３ ｎ型埋込チャネル層 ４ ゲート酸化膜 ５ センシングチャネル領域（ｎ型） ６ 表面チャネル領域（ｐ型） ７ リセットドレイン（ｎ+） ８，９，１０ ＣＣＤ転送電極 １１ 出力ゲート １２ フローティングゲート １３ リセットゲート １４ バイアスゲート １５ 厚い絶縁層 １６ ソース（ｎ+） １７ ドレイン（ｎ+）
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一方の導電型の基板の表面に前記一方の
導電型とは反対の導電型のウェル層を形成し、このウェ
ル層に前記一方の導電型の埋込チャネルおよび埋込型の
電荷センシングチャネルを形成し、この電荷センシング
チャネルと立体交差するように表面型のフローティング
表面チャネルを形成し、前記電荷センシングチャネル内
の電荷量に対応して前記フローティング表面チャネルの
表面電位が変動する構造を有する電荷検出素子におい
て、 前記電荷センシングチャネルの表面に前記反対の導電型
のフローティング表面チャネルがあり、かつ前記ウェル
層に形成されたソースとドレインのそれぞれと前記電荷
センシングチャネルとの間に存在するウェル層部分が前
記埋込チャネルに対するチャネル分離帯として働き、前
記フローティング表面チャネルと前記電荷センシングチ
ャネルのキャリアが同一符号の電荷であることを特徴と
する電荷検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23926193A JP3375389B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 電荷検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23926193A JP3375389B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 電荷検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106551A JPH07106551A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3375389B2 true JP3375389B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=17042138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23926193A Expired - Fee Related JP3375389B2 (ja) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | 電荷検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375389B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102931202B (zh) * | 2012-02-21 | 2016-06-29 | 华中师范大学 | 自由电荷像素探测器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61214465A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JP2666928B2 (ja) * | 1987-07-13 | 1997-10-22 | 株式会社東芝 | 電荷転送素子の出力検出器 |
-
1993
- 1993-09-01 JP JP23926193A patent/JP3375389B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07106551A (ja) | 1995-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100371457B1 (ko) | 암전류 감소 가드링 | |
| US7253019B2 (en) | Buried, fully depletable, high fill factor photodiodes | |
| JP2781425B2 (ja) | 固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2018157156A (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
| JP3359258B2 (ja) | 光電変換装置及びそれを用いたイメージセンサ、画像読取装置 | |
| US5477070A (en) | Drive transistor for CCD-type image sensor | |
| KR100233185B1 (ko) | 인터라인 전달 ccd 이미지 센서의 화소배열구조를 가진 고체촬상장치 | |
| US5357128A (en) | Charge detecting device | |
| JP3375389B2 (ja) | 電荷検出素子 | |
| JPH01135184A (ja) | 固体撮像素子 | |
| EP1109229A2 (en) | Buried, fully depletable, high fill factor photodiodes | |
| KR960014724B1 (ko) | 전하검출소자 | |
| JPH03261172A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JPH0789581B2 (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JPS6134263B2 (ja) | ||
| KR100204914B1 (ko) | 고체촬상소자의 신호검출장치 | |
| JPH0650774B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| WO2021131641A1 (ja) | 測距イメージセンサ | |
| US20220278164A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2676814B2 (ja) | マルチ型受光素子 | |
| JP2611634B2 (ja) | 電荷転送素子 | |
| JPH04130666A (ja) | 固体撮像素子 | |
| CN117203774A (zh) | Soi-jfet像素及其制造方法 | |
| JP3087718B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JPH04333286A (ja) | 接合型静電誘導トランジスタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S631 | Written request for registration of reclamation of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313631 |
|
| S633 | Written request for registration of reclamation of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313633 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S631 | Written request for registration of reclamation of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313631 |
|
| S633 | Written request for registration of reclamation of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313633 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071129 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081129 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| S633 | Written request for registration of reclamation of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313633 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101129 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101129 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111129 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111129 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121129 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |