JPH02288266A - Solid state image sensor - Google Patents

Solid state image sensor

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Publication number
JPH02288266A
JPH02288266A JP1107268A JP10726889A JPH02288266A JP H02288266 A JPH02288266 A JP H02288266A JP 1107268 A JP1107268 A JP 1107268A JP 10726889 A JP10726889 A JP 10726889A JP H02288266 A JPH02288266 A JP H02288266A
Authority
JP
Japan
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region
excess charge
solid
gate electrode
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP1107268A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Ono
秀行 小野
Haruhiko Tanaka
田中 治彦
Masaaki Nakai
中井 正章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1107268A priority Critical patent/JPH02288266A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a solid stage image sensor in which a dark current does not flow to a photodiode part by forming a recess formed on a semiconductor substrate with a first region of an excessive charge scavenging channel region, and providing a second region on the surface of the substrate or in a shallower dent than the recess. CONSTITUTION:In a solid state image sensor, an excessive charge scavenging channel region is divided into a first region 36a near an N<+> type layer 4 as a drain and a second region 36b near an N-type layer 3 for forming a photodiode, the first region is formed in a groove, the second region is formed in a dent, and the second region may be formed on a flat surface of a substrate. The second region is desirably formed in length of 1/2 or less of the length of the channel region. As a result, half or more of dark currents generated in the regions 36a, 36b operating as the channel region can be removed to the layer 4 for excessive charge scavenging drain, and a solid stage image sensor in which most of a dark current generated in the region 36a does not flow to the photodiode can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子に係り、特に高感度化に好適な
固体撮像素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a solid-state image sensor, and particularly to a solid-state image sensor suitable for increasing sensitivity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のオーバーフローゲート付き電荷結合素子(以下C
CDと略す)型固体撮像素子の構成の一例を第5図に示
す。PN接合ダイオード等のホトダイオード41から垂
直CCD43への信号の流れは選択ゲート42により制
御され、その選択ゲート42はゲート線51に接続する
。水平CCD44は垂直CCD43からの信号を出力ア
ンプ45へ転送する。通常、垂直CCD43は、4相ク
ロツクにより即動される。図中、46.47.48.4
9は垂直CCD43のクロック配線である。ホトダイオ
ード41に過剰にたまった信号電荷をドレイン線53を
介して過剰電荷掃き出しゲート電極50から外部に掃き
出す、該過剰電荷掃き出しゲート電極50はゲート線5
2によって制御される。
Conventional charge-coupled device with overflow gate (hereinafter referred to as C
FIG. 5 shows an example of the configuration of a CD-type solid-state imaging device. The flow of signals from a photodiode 41, such as a PN junction diode, to the vertical CCD 43 is controlled by a selection gate 42, which is connected to a gate line 51. The horizontal CCD 44 transfers the signal from the vertical CCD 43 to the output amplifier 45. Normally, the vertical CCD 43 is driven quickly by a four-phase clock. In the figure, 46.47.48.4
9 is a clock wiring for the vertical CCD 43. Signal charges excessively accumulated in the photodiode 41 are swept out from the gate electrode 50 via the drain line 53.
2.

このような、従来のCCD型固体撮像素子の画素部の断
面図を第3図に示す。なお、この素子については、特開
昭59−172764において述べられている。図に示
すように、従来のCCD型撮像素子の画素部は、受光部
lO及びこの受光部10に水平方向に隣接する遮光部3
5からなっている。P型基板1表面の遮光部35に対応
する部分に溝が形成されている。受光領域10の基板表
面にはホトダイオードを構成するN型層3が形成され、
遮光領域35の基板表面には垂直CCD部の転送チャン
ネルとしてのN型層5と過剰電荷掃き出し用ドレインと
してのN+層4が形成され、チャンネルストッパ用のp
f層2により隣接素子と分離されている。このホトダイ
オードを構成するN型層3と過剰電荷掃き出し用ドレイ
ンとしてのN+層4とに挾まれた溝側面の傾斜部が過剰
電荷掃き出しチャンネル領域36となっていた。またP
型基板1上にはゲート酸化膜37を介して例えば多結晶
Siからなる読み出し兼用転送ゲート電極7が形成され
、その上には眉間酸化膜38を介して例えば多結晶Si
からなる、垂直CCD用転送ゲート電極8が形成され、
さらに絶縁膜6を介して例えばAQから成る遮光膜9が
形成されていた。この遮光膜9はゲート電極としても作
用する。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the pixel portion of such a conventional CCD type solid-state image sensor. This element is described in Japanese Patent Laid-Open No. 172764/1983. As shown in the figure, the pixel section of the conventional CCD type image sensor includes a light receiving section 10 and a light shielding section 3 horizontally adjacent to the light receiving section 10.
It consists of 5. A groove is formed in a portion of the surface of the P-type substrate 1 that corresponds to the light shielding portion 35 . An N-type layer 3 constituting a photodiode is formed on the substrate surface of the light-receiving region 10,
On the substrate surface of the light-shielding region 35, an N-type layer 5 as a transfer channel of the vertical CCD section and an N+ layer 4 as a drain for sweeping out excess charge are formed, and a p-type layer 4 as a channel stopper is formed.
It is separated from adjacent elements by the f layer 2. The sloped portion of the side surface of the groove sandwiched between the N-type layer 3 constituting this photodiode and the N+ layer 4 serving as a drain for sweeping out excess charges served as a channel region 36 for flushing out excess charges. Also P
A read/transfer gate electrode 7 made of, for example, polycrystalline Si is formed on the mold substrate 1 with a gate oxide film 37 interposed therebetween.
A vertical CCD transfer gate electrode 8 consisting of
Further, a light shielding film 9 made of AQ, for example, was formed with the insulating film 6 interposed therebetween. This light shielding film 9 also functions as a gate electrode.

このようにホトダイオードのN型層3と過剰電荷掃き出
し用ドレインとしてのN+層4に挾まれ、ホトダイオー
ド部から過剰電荷掃き出し用ドレインへの過剰電荷掃き
出しを制御する過剰電荷掃き出しチャンネル領域36が
P型基板1表面に形成された溝側面に形成されるため、
過剰電荷掃き出しチャンネル長が実効的に長くできてい
た。
In this way, the excess charge sweep-out channel region 36, which is sandwiched between the N-type layer 3 of the photodiode and the N+ layer 4 as a drain for sweeping out excess charge, and controls the sweep-out of excess charge from the photodiode portion to the drain for flushing out excess charge, is formed on the P-type substrate. Since it is formed on the side surface of the groove formed on one surface,
The channel length for sweeping out excess charge was effectively increased.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は、過剰電荷掃き出しチャンネル領域が形
成されている溝をドライエツチングにより形成するため
、溝表面にドライエツチングによるダメージが残り、こ
のダメージにより暗電流が増加するという点について十
分配慮されておらず、過剰電荷掃き出しチャンネル領域
で発生した暗電流のおよそ半分はホトダイオード部に流
入しホトダイオードの暗電流を増加させるという問題が
あった。
In the above conventional technology, since the groove in which the excess charge sweeping channel region is formed is formed by dry etching, sufficient consideration is not given to the fact that damage from dry etching remains on the groove surface and this damage increases dark current. First, there is a problem in that approximately half of the dark current generated in the excess charge sweeping channel region flows into the photodiode section, increasing the dark current of the photodiode.

本発明の目的は、過剰電荷掃き出しチャンネル領域で発
生した暗電流をホトダイオード部に流入しないような構
造とした固体撮像素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a structure that prevents dark current generated in an excess charge sweeping channel region from flowing into a photodiode portion.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、(1)半導体基板に、光電変換素子のアレ
イ、該光電変換素子からの信号を読み出すための信号読
み出し素子、該信号読み出し素子からの電荷を転送する
ための電荷転送素子及び該光電変換素子に過剰にたまっ
た電荷を掃き出すための過剰電荷掃き出し素子を有し、
該過剰電荷掃き出し素子は、ゲート電極と、ドレインと
なる拡散層と、該ゲート電極上酸化膜を介して形成され
た過剰電荷掃き出しチャンネル領域とよりなる固体撮像
素子において、上記過剰電荷掃き出しチャンネル領域は
、上記拡散層近傍の第1の領域と、上記光重変換素子近
傍の第2の領域とよりなり、該第1の領域は上記半導体
基板に形成された凹部に設けられ、該第2の領域は上記
半導体基板表面又は上記凹部より浅い窪みに設けられた
ことを特徴とする固体撮像素子、(2)上記第1の領域
の不純物濃度が、上記第2の領域の不純物濃度より薄い
ことを特徴とする上記1記載の固体撮像素子。
The above object is to (1) provide a semiconductor substrate with an array of photoelectric conversion elements, a signal readout element for reading out signals from the photoelectric conversion elements, a charge transfer element for transferring charges from the signal readout elements, and the photoelectric conversion element; It has an excess charge sweeping element for sweeping out the excess charge accumulated in the conversion element,
The excess charge sweeping element is a solid-state imaging device comprising a gate electrode, a diffusion layer serving as a drain, and an excess charge sweeping channel region formed through an oxide film on the gate electrode, wherein the excess charge sweeping channel region is , consisting of a first region near the diffusion layer and a second region near the light weight conversion element, the first region being provided in a recess formed in the semiconductor substrate, and the second region being provided in a recess formed in the semiconductor substrate. is a solid-state imaging device, characterized in that it is provided on the surface of the semiconductor substrate or in a recess shallower than the recess; (2) the impurity concentration in the first region is lower than the impurity concentration in the second region; The solid-state imaging device according to 1 above.

(3)上記過剰電荷掃き出し素子のゲート電極は、上記
ドレインとなる拡散層と電気的に接続されていることを
特徴とする上記1記載の固体撮像素子。
(3) The solid-state imaging device according to item 1, wherein the gate electrode of the excess charge sweeping element is electrically connected to the diffusion layer serving as the drain.

(4)上記半導体基板は、第1導電型の半導体基板表面
に形成された第2導電型のウェル層よりなり、上記第1
の領域が設けられた凹部の底は、該第1導電型の半導体
基板に達していることを特徴とする上記1記載の固体撮
像素子、(5)上記電荷転送素子は、2JPJのゲート
電極を有し、該ゲート電極の一つは、上記過剰電荷掃き
出し素子のゲート電極を兼ねることを特徴とする上記1
記載の固体撮像素子によって達成される。
(4) The semiconductor substrate includes a well layer of a second conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, and
(5) The charge transfer device has a gate electrode of 2 JPJ, and (5) the charge transfer device has a gate electrode of 2 JPJ. 1 above, wherein one of the gate electrodes also serves as a gate electrode of the excess charge sweeping element.
This is achieved by the solid-state imaging device described above.

〔作  用〕[For production]

過剰電荷掃き出しチャンネル領域のうち過剰電荷掃き出
しドレイン近傍の1部の領域のみを溝に形成することに
より、この部分で発生した多量の暗電流を過剰電荷掃き
出しトレインに常に捨てることができるため、多量の暗
電流がホトダイオード部に流入することがない。
By forming a groove in only a part of the excess charge sweep-out channel region near the excess charge sweep-out drain, a large amount of dark current generated in this part can be constantly discarded to the excess charge sweep-out train. Dark current does not flow into the photodiode section.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面をもって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図は、本発明の一実施例の固体撮像素子の画素部の
断面図である。本実施例が第3図に示す従来例と異なる
ことは、過剰電荷掃き出しチャンネル領域を、過剰電荷
掃き出し用ドレインとしてのN”fVJ4に近い第1の
領域36aと、ホトダイオードを構成するN型層3に近
い第2の領域36bとに分け、前者すなわち第1の領域
を溝のなかに、後者すなわち第2の領域を窪みに形成し
たものである。なお、第2の領域は基板表面の平面に形
成してもよい。この第2の領域は全過剰電荷掃き出しチ
ャンネル領域の長さの1/2以下の長さであることが好
ましい。なお、11は過剰電荷掃き出しゲート電極であ
る。過剰電荷掃き出しチャンネル領域として作用する第
1及び第2の領域36a、36bで発生した暗電流の半
分以上は過剰電荷掃き出しドレイン用N7層4に捨てら
れることから、第1の領域36aで発生する暗電流のほ
とんどをホトダイオードに流入しないようにできた。
FIG. 4 is a sectional view of a pixel portion of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention. This embodiment is different from the conventional example shown in FIG. 3 in that the excess charge sweeping channel region is formed by a first region 36a close to N''fVJ4 as a drain for excess charge sweeping, and an N-type layer 3 constituting a photodiode. The first region 36b is formed in a groove, and the second region 36b is formed in a depression.The second region 36b is formed in the plane of the substrate surface. It is preferable that the second region has a length of 1/2 or less of the length of the entire excess charge sweeping channel region. Reference numeral 11 designates an excess charge sweeping gate electrode. More than half of the dark current generated in the first and second regions 36a and 36b, which act as channel regions, is discarded into the drain N7 layer 4 for sweeping out excess charges, so most of the dark current generated in the first region 36a is was able to prevent it from flowing into the photodiode.

なお、ダメージなく深い溝を形成することば困難である
が、第2の領域36bの窪みの深さを第1の領域36a
の溝の深さにたいして浅く形成し、第2の領域36bの
形成を、 LOGO3(Local 0xi−dati
on pf Si)酸化法で行なうことによりほとんど
ダメージなく過剰電荷掃き出しチャンネル長を伸ばすこ
とが出来る。
Although it is difficult to form deep grooves without damage, the depth of the recess in the second region 36b can be adjusted to the depth of the recess in the first region 36a.
LOGO3 (Local Oxy-dati
By using the oxidation method (on pf Si), the channel length can be extended by sweeping out excess charge with almost no damage.

また、過剰電荷掃き出し用ドレインとしてのN+層4よ
り深く該Nt層4を覆うようにP型層16を形成するこ
とによりNf士層の空乏層の伸びを抑えられるので、従
来N子局4に捨てられていた信号電荷を有効利用するこ
とができる。
Furthermore, by forming the P-type layer 16 so as to cover the Nt layer 4 deeper than the N+ layer 4 serving as a drain for sweeping out excess charge, the extension of the depletion layer of the Nf layer can be suppressed. Signal charges that would otherwise have been discarded can be used effectively.

さらにまた、過剰電荷掃き出しゲート電極11で過剰電
荷掃き出しドレイン用N7層4の配線を兼ねることによ
り過剰電荷掃き出し部の専有面積を小さくすることが出
来る。
Furthermore, by using the excess charge sweeping gate electrode 11 as the wiring for the excess charge sweeping drain N7 layer 4, it is possible to reduce the area occupied by the excess charge sweeping section.

第6図は第4図に示した固体撮像素子の画素部の製造方
法を示した工程図である。P型シリコンからなるP型基
板1の表面に窒化膜55を形成し、マスクを用いたエツ
チング工程により所望のパターンとした後、熱酸化によ
り0.4μm程度の厚みのLOGO8酸化膜56を形成
する(第6図(a))。
FIG. 6 is a process diagram showing a method for manufacturing the pixel portion of the solid-state image sensing device shown in FIG. 4. A nitride film 55 is formed on the surface of a P-type substrate 1 made of P-type silicon, and after a desired pattern is formed by an etching process using a mask, a LOGO8 oxide film 56 with a thickness of about 0.4 μm is formed by thermal oxidation. (Figure 6(a)).

窒化膜55、LOGO8酸化膜56を除去した後、マス
クを用いたイオン打込み、拡散工程によりN型層3を形
成する。このLOGO8酸化膜56除去により形成され
る窪みの深さは0.2μm程度である(第6図(b))
、次に、マスクを用いたエツチング工程により厚さ1μ
m程度の酸化膜57を所望のパターンに形成した後、こ
れをマスクとしてドライエツチングにより深さ3μmの
溝76をつくる。
After removing the nitride film 55 and the LOGO8 oxide film 56, the N-type layer 3 is formed by ion implantation using a mask and a diffusion process. The depth of the depression formed by removing this LOGO8 oxide film 56 is about 0.2 μm (FIG. 6(b)).
, then an etching process using a mask to a thickness of 1 μm.
After forming an oxide film 57 with a thickness of about m in a desired pattern, a groove 76 with a depth of 3 μm is formed by dry etching using this as a mask.

溝76に薄い酸化膜58を熱酸化により形成した後、マ
スクを用いたイオン打込み、拡散工程によりP型層16
及びN層4を順次形成する(第6図(c))。酸化膜5
7.58を除去し、全体に薄い酸化膜12を熱酸化によ
り形成した後、マスクを用いたイオン打込みにより91
層2を形成する。さらに多結晶シリコンからなる過剰電
荷掃き出しゲート電極11をマスクに用いたエツチング
工程により選択形成する(第6図(d))。
After forming a thin oxide film 58 in the groove 76 by thermal oxidation, the P-type layer 16 is formed by ion implantation using a mask and a diffusion process.
and N layer 4 are sequentially formed (FIG. 6(c)). Oxide film 5
After removing 7.58 and forming a thin oxide film 12 on the entire surface by thermal oxidation, 91 is removed by ion implantation using a mask.
Form layer 2. Further, an excess charge discharging gate electrode 11 made of polycrystalline silicon is selectively formed by an etching process using a mask (FIG. 6(d)).

本発明の他の実施例の固体撮像素子の画素部を第1図に
示す。本実施例においては、N型基板22表面にP型つ
ェル/[21を設け、溝の深さをP型ウェル層21の深
さ以上とすることにより過剰電荷掃き出しドレイン用N
tWI4をN型基板22と電気的に接続し、ドレインに
対する配線を不要とした。
FIG. 1 shows a pixel section of a solid-state image sensor according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, a P-type well layer/[21 is provided on the surface of the N-type substrate 22, and the depth of the groove is set to be greater than or equal to the depth of the P-type well layer 21.
tWI4 was electrically connected to the N-type substrate 22, eliminating the need for wiring to the drain.

これにより過剰電荷掃き出し部が小型化でき感度向上が
できる。また、窪みが形成されていない第2の領域36
bのうちにP型層29を形成した。これによりP型層2
9の部分に電位障壁をつくり、第1の領域36aで発生
する多量の暗電流のホトダイオード用N型層3への流入
を防ぐことができる。さらにまた、第1の領域36aに
P型層29よりも濃度の4いP型層24を形成した。こ
れにより第1の領域36aの空乏層の伸びを抑えられる
ので、第1の領域36aを通して過剰電荷掃き出しドレ
イン用NtM4に捨てられていた信号電荷を有効利用す
ることができる。なお25はアイソレーション用のP型
層である。これによりアイソレーションをより確実なも
のとすることができる。
This allows the excess charge sweeping section to be miniaturized and sensitivity to be improved. In addition, a second region 36 in which no depression is formed
A P-type layer 29 was formed during the process. As a result, the P-type layer 2
By creating a potential barrier at the portion 9, it is possible to prevent a large amount of dark current generated in the first region 36a from flowing into the photodiode N-type layer 3. Furthermore, a P-type layer 24 having a concentration higher than that of the P-type layer 29 was formed in the first region 36a. As a result, the extension of the depletion layer in the first region 36a can be suppressed, so that the signal charge that was wasted in the NtM4 for draining excess charge through the first region 36a can be effectively used. Note that 25 is a P-type layer for isolation. This allows for more reliable isolation.

本発明のさらに他の実施例の固体撮像素子の画素部を第
2図に示す。本実施例が第1図に示す実施例と異なるこ
とは、1つにはホトダイオードをPtNP構造としたこ
とである。これにより、ホトダイオードの容量増加や暗
電流抑圧の効果がある。2つには過剰電荷掃き出しゲー
ト電極を溝中に形成した第1の部分11aとそれ以外の
第2の部分11bとに分け、溝中の第1の部分11aは
N型基板22と電気的に接続されているが第2の部分1
1bとは電気的に接続されていないことである。この場
合もN+層4に対する配線が不要となる。
FIG. 2 shows a pixel section of a solid-state image sensor according to still another embodiment of the present invention. One difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 1 is that the photodiode has a PtNP structure. This has the effect of increasing the capacity of the photodiode and suppressing dark current. Two parts are divided into a first part 11a in which an excess charge sweeping gate electrode is formed in the groove and a second part 11b in the other part, and the first part 11a in the groove is electrically connected to the N-type substrate 22. Connected but second part 1
1b means not electrically connected. In this case as well, wiring for the N+ layer 4 is not required.

第7図は第2図に示した実施例の製造方法を示す工程図
である。N型シリコンからなるN型基板22表面に、マ
スクを用いてイオン打込み、熱拡散を行ない、深さ約6
μmのP型ウェル層21を形成する(第7図(a))。
FIG. 7 is a process diagram showing the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. Using a mask, ion implantation and thermal diffusion are performed on the surface of the N-type substrate 22 made of N-type silicon to a depth of approximately 6.
A P-type well layer 21 with a thickness of .mu.m is formed (FIG. 7(a)).

次に、厚さ1μm程度の酸化膜57を形成し、マスクを
用いたエツチング工程により所望のパターンとした後、
これをマスクとしてドライエツチングによりウェル層2
1より深い深さ約7μmの溝76をつくる。溝76に薄
い酸化膜58を熱酸化により形成した後、マスクを用い
たイオン打込み、拡散工程によりNt層4を形成する。
Next, an oxide film 57 with a thickness of about 1 μm is formed and a desired pattern is formed by an etching process using a mask.
Using this as a mask, the well layer 2 is etched by dry etching.
A groove 76 having a depth of about 7 μm, which is deeper than 1, is formed. After forming a thin oxide film 58 in the groove 76 by thermal oxidation, the Nt layer 4 is formed by ion implantation using a mask and a diffusion process.

アイソレーション用2層2は斜めインプラ技術により形
成する(第7図(b))。次に、酸化膜57.58を除
去し、全体に薄い酸化膜12を熱酸化により形成した後
、多結晶シリコンを全面に堆積し酸化膜12をストッパ
としてエツチングを行なうことにより過剰電荷掃き出し
ゲート電極の第1の部分11aを選択形成する(第7図
(C))。さらに全体に薄い酸化膜12を熱酸化により
形成した後、多結晶シリコンからなる過剰電荷掃き出し
ゲート電極の第2の部分11bをマスクを用いたエツチ
ング工程により選択形成する(第7図(cl))。
The two isolation layers 2 are formed by diagonal implantation technique (FIG. 7(b)). Next, after removing the oxide films 57 and 58 and forming a thin oxide film 12 on the entire surface by thermal oxidation, polycrystalline silicon is deposited on the entire surface and etching is performed using the oxide film 12 as a stopper to sweep out excess charge and form a gate electrode. Then, the first portion 11a is selectively formed (FIG. 7(C)). Furthermore, after forming a thin oxide film 12 on the entire surface by thermal oxidation, a second portion 11b of the gate electrode for discharging excess charge made of polycrystalline silicon is selectively formed by an etching process using a mask (FIG. 7 (cl)). .

なお、ホトダイオードとなるN型層34とP型層33は
マスクを用いたイオン打込み、拡散工程によりゲート電
極の第2の部分11bに対して自己整合的に順次形成さ
れる。
Note that the N-type layer 34 and the P-type layer 33, which will become a photodiode, are sequentially formed in a self-aligned manner with respect to the second portion 11b of the gate electrode by ion implantation using a mask and a diffusion process.

第8図に、本発明のさらに他の実施例の固体撮像素子の
画素部の平面図を示す。破線61aで囲まれた部分がア
クティブ領域61であり、ホトダイオード部62、読み
出しチャンネル部80、垂直CCD部64からなってい
る。破線61aの外の部分のうち右上がりの斜線で示す
部分はアイソレーション領域68であり、21層が形成
されている。66.67は各々垂直CCDの転送ゲート
電極であり、67は読み出しゲート電極も兼ねている。
FIG. 8 shows a plan view of a pixel section of a solid-state image sensor according to still another embodiment of the present invention. The area surrounded by the broken line 61a is the active region 61, which includes a photodiode section 62, a read channel section 80, and a vertical CCD section 64. A portion outside the broken line 61a indicated by diagonal lines sloping upward to the right is an isolation region 68, in which 21 layers are formed. 66 and 67 are transfer gate electrodes of the vertical CCD, and 67 also serves as a read gate electrode.

なお76は溝の部分であり、またホトダイード部62は
右下がりの斜線部の領域に形成されたN型層及び垂直C
CDの転送ゲート電極66.67をマスクにホトダイオ
ード部表面全面に形成されたP“層より成っている。
Note that 76 is a groove portion, and the photodiode portion 62 is an N-type layer formed in a diagonally shaded area downward to the right and a vertical C
It consists of a P'' layer formed over the entire surface of the photodiode section using the transfer gate electrodes 66 and 67 of the CD as a mask.

次に第8図のA−A’間の断面図を第9図に示す。この
図が第1図に示す実施例と異なることは過剰電荷掃き出
しゲート電極を垂直CODの転送電極67と兼ねさせた
ことである。これにより素子構成が簡便となる。なお6
6はもう1方の垂直CCDの転送ゲート電極、70は眉
間絶縁膜である。また第8図のA−A’間の領域すなわ
ち垂直CCD転送電極の配線領域を過剰電荷掃き出しチ
ャンネル領域の第2の領域36bとして用いることで、
過剰電荷掃き出し部を設けたことによる受光部の面積の
減少を防ぐことができる。
Next, FIG. 9 shows a sectional view taken along line AA' in FIG. This figure differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the gate electrode for sweeping out excess charge also serves as the transfer electrode 67 of the vertical COD. This simplifies the element configuration. Note 6
6 is a transfer gate electrode of the other vertical CCD, and 70 is an insulating film between the eyebrows. Furthermore, by using the region between A and A' in FIG. 8, that is, the wiring region of the vertical CCD transfer electrode, as the second region 36b of the excess charge sweeping channel region,
It is possible to prevent the area of the light receiving section from decreasing due to the provision of the excess charge sweeping section.

この実施例の構造を一部分変更した他の例を示す。第1
0図はその断面図であり、第9図と対応する部分の図で
ある。この図が第9図に示す実施例と異なることは、垂
直CCD転送電極66.67の両方の配線領域を過剰電
荷掃き出しチャンネル領域の第2の領域36bとして用
いたことである。水平走査期間の間、垂直CCD転送電
極67の電位を垂直CCD転送電極66の電位より高く
することにより、過剰電荷掃き出しチャンネル領域の第
2の領域36bで発生する暗電流の大部分を過剰電荷掃
き出しトレイン用Nt層4に掃き出すことができる。
Another example in which the structure of this embodiment is partially modified will be shown. 1st
FIG. 0 is a sectional view thereof, and is a view of a portion corresponding to FIG. 9. This figure differs from the embodiment shown in FIG. 9 in that both wiring regions of the vertical CCD transfer electrodes 66 and 67 are used as the second region 36b of the excess charge sweeping channel region. During the horizontal scanning period, by making the potential of the vertical CCD transfer electrode 67 higher than the potential of the vertical CCD transfer electrode 66, most of the dark current generated in the second region 36b of the excess charge sweeping channel region is swept away. It can be swept out to the Nt layer 4 for train.

なお本発明の実施例においては溝について話を進めたが
もちろん穴でも楕ねない。また、導電型をまったく逆に
してもその効果は変わらない。さらに以上の実施例にお
いて、受光部は接合ダイオードを用いた場合についての
実施例を示したが、接合ダイオードの替わりにMOSダ
イオードや光導電膜等のその他の光電変換素子を用いた
場合に本発明を実施しても本発明の効果を発揮できるこ
とは明らかである。
In the embodiments of the present invention, we have talked about grooves, but of course holes can also be used. Furthermore, the effect remains the same even if the conductivity types are completely reversed. Furthermore, in the above embodiments, the light-receiving section uses a junction diode, but the present invention can also be applied when another photoelectric conversion element such as a MOS diode or a photoconductive film is used instead of the junction diode. It is clear that the effects of the present invention can be achieved even if the above is implemented.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、過剰電荷掃き出しチャンネルで発生し
た多量の暗電流を過剰電荷掃き出しドレインに捨てるこ
とができ、ホトダイオード部に流入しないようにするこ
とができる。そのため暗電流を増加させることなく過剰
電荷掃き出しチャンネルを長くでき、また過剰電荷掃き
出し部を小型化できる。
According to the present invention, a large amount of dark current generated in the excess charge sweeping channel can be discarded to the excess charge sweeping drain, and can be prevented from flowing into the photodiode section. Therefore, the excess charge sweeping channel can be lengthened without increasing dark current, and the excess charge sweeping section can be made smaller.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図、第4図、第9図及び第1θ図は。 本発明の一実施例の固体撮像素子の画素部の断面図、第
3図は、従来の固体撮像素子の画素部の断面図、第5図
は、従来のCCD型固体撮像素子の構成図、第6図は、
第4図に示した本発明の一実施例の固体撮像素子の画素
部の製造方法を示す工程図、第7図は、第2図に示した
本発明の一実施例の固体撮像素子の画素部の製造方法を
示す工程図、第8図は、本発明の一実施例の固体撮像素
子の画素部の平面図である。 1・・・P型基板     2・・・pt層3.34・
・・(ホトダイオード用)N型層4・・・(過剰電荷掃
き出しドレイン用) N”R5・・・(垂直CCDチャ
ンネル用)N型層6・絶縁膜      7.8・・・
転送ゲート電極9・・・遮光膜      10・・・
受光部11.50・・・過剰電荷掃き出しゲート電極1
1a・・・(過剰電荷掃き出しゲート電極)第1の部分 11b・・(過剰電荷掃き出しゲー1へ電極)第2の部
分 12.57.58・・・酸化膜  16.24.25.
29・・・P型層21・・P型ウェル層   22・・
・N型基板33・・・(ホトダイオード用)P型層35
・・・遮光部 36・・・過剰電荷掃き出しチャンネル領域36a・・
・第1の領域   36b・・・第2の領域37・・・
ゲート酸化膜   38・・・層間酸化膜41・・・ホ
トダイオード  42・・・選択ゲート43・・・垂直
CCD     44・・・水平CCD45・・・出力
アンプ 46、47,48.49・・・クロック配線51.52
・・・ゲート線   55・・・窒化膜56・・・LO
GO5酸化膜 61・・・アクティブ領域61a・・・
破線      62・・・ホトダイオード部64・・
・垂直CCD部   66.67・・・転送ゲート電極
68・・・アイソレーション領域 70・・層間絶縁膜    76・・・溝80・・・読
み出しチャンネル部
Figures 1, 2, 4, 9, and 1θ. FIG. 3 is a cross-sectional view of a pixel portion of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional CCD solid-state image sensor, Figure 6 shows
FIG. 4 is a process diagram showing a method for manufacturing a pixel portion of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 8 is a plan view of a pixel portion of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention. 1...P-type substrate 2...PT layer 3.34.
...(For photodiode) N-type layer 4...(For excess charge sweeping drain) N''R5...(For vertical CCD channel) N-type layer 6・Insulating film 7.8...
Transfer gate electrode 9...light shielding film 10...
Light receiving part 11.50...Excess charge sweeping gate electrode 1
1a...(Excess charge sweeping gate electrode) First portion 11b...(Excess charge sweeping electrode to gate 1) Second portion 12.57.58...Oxide film 16.24.25.
29...P type layer 21...P type well layer 22...
・N-type substrate 33... (for photodiode) P-type layer 35
... Light shielding part 36 ... Excess charge sweeping channel region 36a ...
-First area 36b...Second area 37...
Gate oxide film 38... Interlayer oxide film 41... Photodiode 42... Selection gate 43... Vertical CCD 44... Horizontal CCD 45... Output amplifier 46, 47, 48.49... Clock wiring 51.52
...Gate line 55...Nitride film 56...LO
GO5 oxide film 61...active region 61a...
Broken line 62...Photodiode section 64...
・Vertical CCD section 66.67... Transfer gate electrode 68... Isolation region 70... Interlayer insulating film 76... Groove 80... Read channel section

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板に、光電変換素子のアレイ、該光電変換
素子からの信号を読み出すための信号読み出し素子、該
信号読み出し素子からの電荷を転送するための電荷転送
素子及び該光電変換素子に過剰にたまった電荷を掃き出
すための過剰電荷掃き出し素子を有し、該過剰電荷掃き
出し素子は、ゲート電極と、ドレインとなる拡散層と、
該ゲート電極と酸化膜を介して形成された過剰電荷掃き
出しチャンネル領域とよりなる固体撮像素子において、
上記過剰電荷掃き出しチャンネル領域は、上記拡散層近
傍の第1の領域と、上記光電変換素子近傍の第2の領域
とよりなり、該第1の領域は上記半導体基板に形成され
た凹部に設けられ、該第2の領域は上記半導体基板表面
又は上記凹部より浅い窪みに設けられたことを特徴とす
る固体撮像素子。 2、上記第1の領域の不純物濃度が、上記第2の領域の
不純物濃度より薄いことを特徴とする請求項1記載の固
体撮像素子。 3、上記過剰電荷掃き出し素子のゲート電極は、上記ド
レインとなる拡散層と電気的に接続されていることを特
徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 4、上記半導体基板は、第1導電型の半導体基板表面に
形成された第2導電型のウェル層よりなり、上記第1の
領域が設けられた凹部の底は、該第1導電型の半導体基
板に達していることを特徴とする請求項1記載の固体撮
像素子。 5、上記電荷転送素子は、2層のゲート電極を有し、該
ゲート電極の一つは、上記過剰電荷掃き出し素子のゲー
ト電極を兼ねることを特徴とする請求項1記載の固体撮
像素子。
[Claims] 1. An array of photoelectric conversion elements, a signal readout element for reading out signals from the photoelectric conversion elements, a charge transfer element for transferring charges from the signal readout elements, and an array of photoelectric conversion elements on a semiconductor substrate. The photoelectric conversion element has an excess charge sweep-out element for discharging excess charges accumulated in the photoelectric conversion element, and the excess charge sweep-out element includes a gate electrode, a diffusion layer serving as a drain,
In a solid-state imaging device comprising the gate electrode and an excess charge sweeping channel region formed through an oxide film,
The excess charge sweeping channel region includes a first region near the diffusion layer and a second region near the photoelectric conversion element, and the first region is provided in a recess formed in the semiconductor substrate. , wherein the second region is provided in a recess shallower than the surface of the semiconductor substrate or the recess. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the impurity concentration in the first region is lower than the impurity concentration in the second region. 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the gate electrode of the excess charge sweeping element is electrically connected to the diffusion layer serving as the drain. 4. The semiconductor substrate is composed of a well layer of a second conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, and the bottom of the recess in which the first region is provided is formed by the semiconductor substrate of the first conductivity type. 2. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the solid-state image sensor reaches the substrate. 5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge transfer device has two layers of gate electrodes, and one of the gate electrodes also serves as a gate electrode of the excess charge sweeping device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216970A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Sony Corp Solid-state imaging apparatus, method of driving the same and electronic device

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