JPH02159062A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電荷転送素子（ＣＯＤ）を用いた固体撮像装
置に係わり、特に溝の側面にＣＯＤを形成した固体撮像
装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＣＣＤを用いた固体撮像装置は、テレビジョンカ
メラやスチルカメラ等に広く使用されている。この固体
撮像装置の一例を第６図に示す。半導体基板６０上に蓄
積ダイオード６１がマトリックス状に配置され、ダイオ
ード６１に隣接して縦列方向に複数本の電荷転送部（垂
直レジスタ部）７１が配置されている。また、垂直レジ
スタ部７１の端には電荷転送部（水平レジスタ部）７２
が配置されている。この装置では、ダイオード６１に蓄
積された信号電荷は垂直レジスタ部７１に読出され、水
平レジスタ部７２に転送される。そして、電荷検出部７
３に転送されて出力されることになる。

第７図は上記装置の１画素構成を示す断面図であり、図
中６０はｐ型シリコン基板、６１は蓄積ダイオードとな
るｎ型層、６２は電荷転送部となるｎ型層、６３は転送
ゲット、６４は信号読出し部、６５は絶縁層、６６は引
出し電極、６７は画素電極、６８は光電変換に供される
光導電膜、６９は透明電極を示している。この構成では
、光導電膜６８に入射した光は光電変換され、画素電極
６７及び引出し電極６６を通り、電荷として蓄積ダイオ
ード６１に蓄積される。

そして、転送ゲート６３の一部からなる電荷読出し手段
６４により、ｎ型層６２側に読出され転送されていく。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、残像を低減するためには電荷読出し部
の長さＢをできる限り長くする必要があり、また転送効
率を向上させ飽和信号を大きくするためには、電荷転送
部の幅Ａをできる限り広くしなければならない。第６図
及び第７図の構造では、電荷読出し部も電荷転送部も平
面上に形成しているので、これを満足しようとすると素
子面積が増大することになる。

このため、素子の微細化が困難であり、画素数の増大を
はかることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の固体撮像装置では、残像を低減し転送
効率の向上をはかろうとすると、電荷読出し部及び電荷
転送部の占める面積が増大することになり、これが素子
の微細化及び高集積化を妨げる要因となっていた。

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、残像の増大及び転送効率の低下を招
くことなく、素子の微細化及び高集積化をはかることが
でき、より高精彩画像を得ることのできる固体撮像装置
を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、半導体基板に細い溝を形成し、この溝
の側面に電荷転送部を形成することにより、素−了の微
細化をはかることにある。

即ち本発明は、半導体基板上に１列に配置された複数の
蓄積ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して
°１列に配置された電荷転送部と、前記蓄積ダイオード
と電荷転送部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積
された信号電荷を電荷転送部に読出す信号読出し部とを
備えた固体撮像装置において、前記電荷転送部を、前記
蓄積ダイオードに隣接して前記基板に設けられた溝の側
面に、ＣＣＤチャネル及び転送ゲートを形成して構成す
るようにしたものである。

また本発明は、半導体基板上に２次元状に配置された複
数の蓄積ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接
して縦列状に配置された複数本の垂直レジスタ部と、こ
れらの垂直レジスタ部の端に接続して横列状に配置され
た水平レジスタ部と、前記蓄積ダイオードと垂直レジス
タ部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信
号電荷を垂直レジスタ部に読出す信号読出し部とを備え
た固体撮像装置において、前記垂直レジスタ部を、前記
蓄積ダイオードに隣接して前記基板に縦列状に複数本設
けられた溝の側面に、ＣＣＤチャネル及び転送ゲートを
形成して構成するようにしたものである。

（作　用） 本発明によれば、半導体基板に形成した溝の側面に電荷
転送部を設けることにより、電荷転送部のチャネル幅を
十分に確保しく溝の深さが電荷転送部の幅となる）、且
つ平面上においてはその面積を十分に小さくすることが
できる。

さらに、信号読出し部は、従来の信号読出し部と電荷転
送部とを加えた領域に形成されることになるので、信号
読出し部の長さを十分長くすることができる。従って、
素子面積を従来と同じとすれば、残像の低減及び転送効
率の向上を計ることが可能となる。また、残像及び転送
効率を従来と同じとすれば、素子の微細化及び高集積化
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す平面図であり、第２図（ａ）は第１図の矢視
λ−Ａ断面、第２図（ｂ）は第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面、
第２図（ｅ）は第１図の矢視Ｃ−Ｃ断面を示している。

なお、第２図（ｂ）　（ｃ）では、転送ゲートより上を
省略して示している。

第１図において、半導体基板１０上には蓄積ダイオード
２０がマトリックス上に配置されており、これらのダイ
オード２０に隣接して複数本の垂直レジスタ部３０が縦
列方向に形成されている。垂直レジスタ部３０の端には
、水平レジスタ部４０が配置され、水平レジスタ部４０
の端には電荷検出部４１が配置されている。

本装置の基本的な構成は従来と同様であり、本装置が従
来と異なる点は、垂直レジスタ部３０の配置及び溝を設
けたことにある。即ち、垂直レジスタ部３０は、対応す
るダイオード列の右側又は左側の一方に配置するのでは
なく、レジスタ列の（２ｎ−１）列とｎ列（ｎは正の整
数）とが隣接するように配置されている。そして、隣接
するレジスタ列の間に溝１５が設けられ、この溝１５の
側面にＣＯＤチャネル及び転送ゲート２１．２２からな
る垂直レジスタ部３０が形成されている。

本装置の１画素構造を第２図を参照して詳しく説明する
。第２図（ａ）に示す如く、ｐ型シリコン基板１０の表
面には蓄積ダイオードとなるｎ１型層２０が形成され、
隣接するダイオード２０の間には溝１５が形成されてい
る。溝１５の底部にはｐ＋型反転防止層１６が形成され
、溝１５の側面にはｎ型ＣＣＤチャネル１７が形成され
ている。溝１５内にはゲート酸化膜１８を介してポリシ
リコンからなる第１の転送ゲート２１が形成されている
。ここで、転送ゲート２１の一部はダイオード２０上ま
で延存され、信号読出しゲートを兼ねるものとなってい
る。

つまり、溝１５とダイオード２０との間が信号読出し部
２３となる。

なお、ダイオード２０の上記溝１５とは反対側のシリコ
ン基板１０の表面に必要に応じてｐ°型層ｔｔｅが形成
される。このようなｐ＋型層ｔｔｅを設けること１こよ
って、ダイオード２０とこれに隣接して配置されるダイ
オード（図示せず）等との間の分離を確実なものとする
ことができる。

また、溝１５内には第２図（ｂ）に示す如く、ゲート酸
化膜１９を介して第２の転送ゲート２２が形成されてい
る。ここで、第２図（ｅ）に示す如く、第１の転送ゲー
トは第１層ポリシリコンで、第２の転送ゲート２２は第
２層ポリシリコンである。また、各転送ゲート２１．２
２は隣接するもの同士で連続しているが、これを分離し
ても何等差し支えない。

転送電極２１．２２より上の構成は従来の積層型と同様
である。即ち、基板１０及び転送電極２１．２２上に絶
縁膜２４が堆積され、この絶縁膜２４にコンタクトホー
ルを開けて、ダイオード２０に接続される引出し電極２
５が形成されている。絶縁膜２４上には、引出し電極２
４に接続される画素電極２６が形成されている。そして
、画素電極２６上には光電変換に供されるアモルファス
シリコン等の光導電膜２７が堆積され、この光導電膜２
７上にＩＴＯ等の透明電極２８が形成されている。

次に、上記構成の固体撮像装置の製造方法について、第
３図を参照して説明する。まず、第３図（ａ）に示す如
く、ｐ型シリコン基板１０上にシリコン熱酸化膜１１．
シリコン窒化膜１２及びＣＶ　Ｄ　−Ｓ　ｉ　０２膜１
３を形成し、さらにその上に前記電荷転送部３０を形成
すべき部分に開口を設けたレジスト１４を形成する。

次いで、レジスト１４をマスクにＲＩＥで各絶縁１１１
１３，１２．１１を選択エツチングする。

さらに、第３図（ｂ）に示す如く、絶縁１Ｂ１１３゜１
２．１１をマスクにシリコン基板１０を選択エツチング
し、溝１５を形成する。その後、第３図（ｃ）に示す如
く、蓄積ダイオード分離領域１５′の各絶縁［１３，１
２，１１をマスクを用いて除去し、第３図（ｄ）に示す
如く、溝１５の底部に基板１０と同導電型の不純物をイ
オン注入し、ｐ＋型層（反転防止層）１６を形成する。

さらに、溝１５め側面にイオン注入或いはＰＳＧの拡散
によりｎ型層（ＣＣＤチャネル）１７を形成する。

次いで、各絶縁膜１３，１２．１１を除去した後、第３
図（ｅ）に示す如く、ゲート酸化膜１８を介して多結晶
シリコン膜２１′を形成する。次いで、第３図（ｆ）に
示す如く、多結晶シリコン膜２１′を所望パターンにパ
ターニングして第１の転送ゲート２１を形成する。さら
に、第３図（ｆ）の断面には示されないが、前記ゲート
酸化膜１９を介して第２の転送ゲート２２を形成する。

続いて、受光蓄積部のゲート酸化膜を除去し、例えばイ
オン注入によりｎ＋型層（蓄積ダイオード）２０を形成
する。

これ以降は、前記絶縁膜２４．引出し電極２５及び画素
電極２６を形成し、その上にアモルファスシリコン等の
光導電膜２７を堆積し、さらにＩＴＯ等の透明電極２８
を形成することにより、前記第２図に示す構造が実現さ
れることになる。

このような構成であれば、基板１０の表面に設けた溝１
５の側面にＣＯＤチャネル１７及び転送ゲート２１．２
２が形成されることになる。

従って、溝１５の深さが、＠荷転送部３０のチャネル幅
となり、平面的な占有面積を増やすことなく、電荷転送
部３０の幅を広くすることができる。このため、素子の
微細化（画素数の増大）と共に転送効率の向上をはかり
得る。さらに、電荷転送部３０の幅を広くしたにも拘ら
ず、信号読出り部２３の長さは十分に確保することがで
き、これにより残像の低減をはかることも可能である。

また、本実施例では、（２ｎ−１）列と２ｎ列のレジス
タ列を隣接させ、溝１５の両側面にそれぞれの電荷転送
部のＣＣＤチャネルを形成しているので、溝１５の本数
を減らすことができる利点がある。

第４図は本発明の他の実施例の概略構成を示す断面図で
あり、前記第１図の矢視Ａ−Ａ断面に相当している。な
お、第１図及び第２図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、光導電
膜積層型でなく、通常のＣＣＤ型に前述した溝構造を適
用したことにある。即ち、転送電極２１．２２までの構
成は先の実施例と略同様であり、その上に画素電極２６
や先導電膜２７等を形成するのではなく、絶縁膜５５゜
５７及び光シールド層５６を形成している。

第５図は第４図に示す固体撮像装置の製造工程を示す断
面図である。まず、第５図（ａ）に示す如く、ｎ型シリ
コン基板５０上にマスク５１を形成し、ボロン（Ｂ＋）
のイオン注入及び拡散によりｐウェル５２を形成する。

次いで、マスク５１を除去した後、ｔＪ５図（ｂ）に示
す如く、再びボロンのイオン注入により、受光蓄積部の
領域に上記ｐウェル５２よりも浅いｐウェル５３を形成
する。

次いで、第５図（ｅ）に示す如く、基板５０上に絶縁膜
５４を形成し、この絶縁膜５４に開口を開ける。この絶
縁膜５４は、前記３層の絶縁膜１１，１２．１３と同様
のものであってもよい。続いて、絶縁膜５４をマスクに
ＲＩＥでｐウェル５２を選択エツチングし、溝１５を形
成する。そして、先の実施例と同様に、この溝１５の底
面にｐ＋型反転防止層１６を形成すると共に、側面に口
型ＣＣＤチャネル１７を形成する。

これ以降は、絶縁膜５４を除去した後、先の実施例と同
様に、ゲート酸化膜１８，１９．転送ゲート２１．２２
及び蓄積ダイオード２０等を形成する。ここで、蓄積ダ
イオード２０は先の実施例とは異なり、蓄積と共に受光
してｎｓ荷を生成する光電変換部として作用する。そし
て、この基板上に絶縁Ｉｔ！１５５．光シールド電極と
しての例えばアルミニウム膜５６を形成し、その上にプ
ラズマ窒化膜等の絶縁膜５７を形成することにより、前
記第４図に示す構造が実現されることになる。

このような構成であっても、素子面積の増大を招くこと
なく、電荷転送部の幅を広くすることができ、且つ信号
読出し部の長さを長くすることができる。従って、先の
実施例と同様の効果が得られる。

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。例えば、前記溝の深さや幅等の条件は、得ようと
する電荷転送部のチャネル幅等に応じて適宜室めればよ
い。また、垂直レジスタ部と水平レジスタ部との間に、
電荷のストレージ部を有する固体撮像装置に適用するこ
とも可能である。また、実施例では蓄積ダイオードをマ
トリックス（２次元）状に配置した例で説明したが、ラ
インセンサ等のように蓄積ダイオードを１列に配置した
ものに適用することもできる。この場合、垂直レジスタ
部と水平レジスタ部とを分ける必要はなく、蓄積ダイオ
ード配列に沿って１本の電荷転送部を設ければよい。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。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、半導体基板に溝を
形成し、この溝の側面に電荷転送部を形成しているので
、素子面積の増大を招くことなく、電荷転送部の幅を広
くすることができ、且つ信号読出し部の長さを長くする
ことができる。従って、素子の微細化及び高集積化を可
能にし、より高精彩画像を得ることのできる固体撮像装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す平面図、第２図は第１図の各部の矢視断面を
示す図、第３図は上記固体撮像装置の製造工程を示す断
面図、第４図は本発明の他の実施例の概略構成を示す断
面図、第５図は第４図の装置の製造工程を示す断面図、
第６図及び第７図は従来装置の概略構成を説明するため
のもので、第６図は平面図、第７図は断面図である。 １０・・・ｐ型シリコン基板、１５・・・溝、１５°・
・・蓄積ダイオード分離帯、１７・・・ｎ型層（ＣＣＤ
チャネル）、２０・・・ｎ＋型蓄積ダイオード、２１．
２２・・・転送ゲート、２３・・・信号読出し部、２６
・・・画素電極、２７・・・光導電膜、２８・・・透明
電極、３０・・・垂直レジスタ部、４０・・・水平レジ
スタ部、５０・・・ｎ型シリコン基板、５２・・・ｐウ
ェル、５６・・・光シールド層。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 １ｂ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に１列に配置された複数の蓄積ダイ
   オードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して１列に配
   置された電荷転送部と、前記蓄積ダイオードと電荷転送
   部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信号
   電荷を電荷転送部に読出す信号読出し部とを備えた固体
   撮像装置において、 前記電荷転送部は、前記蓄積ダイオードに 隣接して前記基板に設けられた溝の側面に、ＣＣＤチャ
   ネル及び転送ゲートを形成してなるものであることを特
   徴とする固体撮像装置。
2. （２）半導体基板上に２次元状に配置された複数の蓄積
   ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して縦列
   状に配置された複数本の垂直レジスタ部と、これらの垂
   直レジスタ部の端に接続して横列状に配置された水平レ
   ジスタ部と、前記蓄積ダイオードと垂直レジスタ部との
   間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信号電荷を
   垂直レジスタ部に読出す信号読出し部とを備えた固体撮
   像装置において、 前記垂直レジスタ部は、前記蓄積ダイオードに隣接して
   前記基板に縦列状に複数本設けられた溝の側面に、ＣＣ
   Ｄチャネル及び転送ゲートを形成してなるものであるこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
3. （３）前記垂直レジスタ部は、（２ｎ−１）列と２ｎ列
   （ｎは正の整数）とが隣接しており、前記溝は隣接する
   垂直レジスタ部間に設けられていることを特徴とする請
   求項２記載の固体撮像装置。