JPH0258271A

JPH0258271A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0258271A
Application number: JP63208610A
Authority: JP
Inventors: Shinji Osawa; 慎治大澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-27
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: JP2991432B2

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、固体撮像装置に係わり、特に水平ＣＣＤレジ
スタ間の電荷転送の改良をはかった固体撮像装置に関す
る。

（従来の技術）近年、ＣＣＤ撮像装置は、家庭用ビデオカメラ等に広く
使用されており、また放送用カメラにおいても撮像管か
らの変換が進められている。この種のＣＣＤ撮像装置の
ＣＣＤレジスタ部の構造を第８図に示す。なお、第８図
（ａ）は平面図、第８図（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ｅ−
Ｅ断面図である。

ｐ型半導体基板１１の表面層にｎ型チャネル１２が形成
され、このチャネル１２はｐＦチャネルストッパ１３に
より分離されている。基板１１上にはゲート電極２１，
２２．２３が形成され、これらのゲート電極により各電
荷蓄積パケットが規定されている。ゲート電極２２にお
いては、チャネル先端部（信号電荷の入口側）３１と終
端部（信号電荷の出口側）３２とでパケットが規定され
る。

第８図（ｃ）はゲート電極２３，２２．２１の順に高い
電圧を印加した時のチャネル電位分布を示したものであ
る。

ところで、ゲート電極長（チャネル基）が長い場合には
、ゲート電極２２の下のチャネル電位に示すように、ゲ
ート電極中央付近でチャネル電位の電位勾配である電界
が非常に小さく或いは零になり、転送時間内に全電荷を
転送できない問題がある。また、チャネル幅Ｗが変動し
た場合には、チャネル電位分布の電界が小さい部分に電
位ポケット又はバリアが発生し、電荷の取残し３３が起
こる問題もある。

そこで、第９図（ａ）に平面図を、第９図（ｂ）に同図
（ａ）の矢ＩＦ−Ｆ断面図を示すように、ゲート電極２
２の下の一部にチャネル電位の段差付けをするために、
ゲート電極２２の下のチャネルの左半分の領域１４にｐ
型不純物を注入する方法が提案されている。しかし、こ
の方法では電界が大きくなるのは、第９図（Ｃ）に示す
ようにゲート電極中央付近のｐ型不純物注入境界付近の
みであり、他の部分の電界は依然として弱いままである
。このため、第８図の例と同じく電位ポケット又はバリ
アが発生している場合には、これを打消すだけの電界強
度が得られなかった。

なお、上記問題は２線式水平ＣＣＤレジスタを用いた固
体撮像装置において顕著に現れる。即ち、この種の撮像
装置では水平ＣＣＤレジスタ間での電荷の転送が必要と
なるが、このとき水平ＣＣＤレジスタ間の電荷転送に供
されるチャネル基は、これ以外の転送に供されるチャネ
ル基よりも長くなる。従って、電荷の取り残しは水平Ｃ
ＣＤレジスタ間の電荷転送において顕著に現れることに
なる。

（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においては、電荷転送
用ゲート長が長い場合には、チャネル電位における電界
強度が小さくなり、転送時間内に全電荷の転送が行えな
いことや、チャネル幅等の変動により発生した電位ポケ
ット又はバリアを打消すことができず、電荷の取残しが
起こる問題があった。また、チャネル電位に段差付けを
するためチャネル内にチャネル幅全体に−様な幅で選択
的に不純物を注入した場合でも、強電界となるのは不純
物の注入境界付近のみで、他の部分は電界強度は小さい
ままであった。

本発明は、上記り１情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、電荷転送ゲートが長い場合でも、
チャネル全体においてチャネル電位の電界強度を大きく
し、電位ポケット及びバリアの発生等を防止することが
でき、電荷転送効率の向上をはかり得る固体撮像装置を
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、ＣＣＤレジスタ部のチャネルに不純物
を選択的に注入することにより、チャネル全体において
チャネル電位の電界強度を大きくすることにある。

即ち本発明は、半導体基板上にマトリックス状に配列さ
れた複数の受光蓄積部と、これらの受光蓄積部に隣接し
て縦列状に配置され該受光蓄積部に蓄積された信号電荷
を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤレジスタ部と、これら
の垂直ＣＣＤレジスタ部の信号電荷読出し端に接続して
横列状に配置され該レジスタから読出された信号電荷を
水平方向に転送する水平ＣＣＤレジスタ部とを備えた固
体撮像装置において、前記垂直ＣＣＤレジスタ部及び水
・＋乏ｃ　ＣＤレジスタ部の少なくとも一方は、該レジ
スタ部のチャネルに該チャネルと同導電型又は逆導電型
の不純物が、レジスターチャネル部に電荷の転送方向に
対して不純物注入領域の先端部と終端部とで幅の異なる
形状にイオン注入されていることを特徴とするものであ
る。

また本発明は、半導体基板上にマトリックス状に配列さ
れた複数の受光蓄積部と、これらの受光蓄積部に隣接し
て縦列状に配置され該受光蓄積部に蓄積された信号電荷
を垂直方向に転送する１夏数本の垂直ＣＣＤレジスタ部
と、これらの垂直ＣＣＤレジスタ部の信号電荷読出し端
に接続して横列状に平行配置され該レジスタから読出さ
れた各行の信号電荷を振分けて水平方向に転送する複数
本の水平ＣＣＤレジスタ部とを篩えた固体撮像装置にお
いて、前記水平ＣＣＤレジスタ部のチャネルのうち水平
ＣＣＤレジスタ間の信号電荷の転送に洪されるチャネル
が、該チャネルと同導電型又は逆導電型の不純物を、電
荷の転送方向に対して不純物注入領域の先端部と終端部
とで幅の異なる形状にイオン注入されていることを特徴
とするものである。

（作　用）本発明によれば、チャネルの不純物注入領域の先端部（
電荷人口側）と終端部（出口側）とで不純物の注入幅を
変えることにより、チャネルの電位が信号電荷の転送方
向に沿って高くなるような電位の勾配が生じる（キャリ
アが電子の場合）。

このため、電荷転送ゲートが長い場合でも、チャネル全
体においてチャネル電位の電界強度を大きくすることが
できる。従って、チャネル幅の変動等により発生した電
位ポケットやバリア等を打消すことができ、信号電荷の
完全転送が可能となる。

（実施例）まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につい
て説明する。第１図（ａ）は本発明に係わるＣＣＤ撮像
装置のＣＣＤレジスタ部の構造を示す平面図、第１図（
ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。基本的に
は第８図（ａ）（ｂ）と同様であるが、この例ではゲー
ト電極２２の下におけるＣＣＤチャネル１２にチャネル
電位段差付けのためのｐ型不純物が注入されている。こ
のｐ型不純物の注入領域１５は、チャネルの先端側（信
号電荷の人口側）で広く終端側（信号電荷の出口側）で
狭くなっている。このような構成であれば、ゲート電極
２２の下のチャネルの先端側よりも終端側の方が電位が
高くなるので、ゲート電極２３゜２２．２１の順に高い
電圧を印加した場合、第１図（ｃ）に示す如くチャネル
全体に渡って電界を大きくすることが可能となる。従っ
て、電位ポケットやバリアの発生等を未然に防１トする
ことができる。

第２図（ａ）は第１図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、第３
図（ａ）は第１図（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。第
２図（ａ）においてはｎ型不純物の注入範囲（ロー型層
１５）が広く、第３図（ａ＞においてはｎ型不純物の注
入範囲（ロー型層１５）が狭くなっている。このため、
第２図（ａ）においては同図（ｂ）に示すようにチャネ
ルの最大電位■Ｍが小さく、第３図（ａ）においては同
図（ｂ）に示すようにチャネルの最大電位ＶＮが大きく
なっている。つまり、ｎ型不純物の注入範囲の広い部分
の最大電位ＶＭが、ｐＪｆ！Ｉ不純物の注入範囲の狭い
部分の最大を位ＶＮよりも狭チャネル効果により小さく
なる。これにより、第１図（Ｃ）に示すようにゲート電
極２２の下におけるチャネル電位はチャネル全体に渡っ
て大ぎ−くなるのである。

なお、ｎ型不純物を注入する領域１５は第１図（ａ）に
限るものではなく、第７図（ａ）に示す如く階段状にし
ても上記と同様の効果が得られる。さらに、チャネル端
部は隣接するゲート電極２１゜２３の影響を受けること
から、第７図（ｂ）に示す如く不純物注入領域１５をゲ
ート電極２２下におけるチャネル先端部、終端部の内側
としてもよい。

また、ｐ型不純物の注入の代わりに、第７図（Ｃ）に示
す如く、ｎ型不純物を注入した以外の領域１６にｎ型不
純物を注入しても同じ効果が得られる。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第４図は本発明の一実施例に係わる２線水平ＣＣＤレジ
スタを用いたＣＣＤ撮像装置の概略構成を示す平面図で
ある。図中４１は半導体基板、４２は感光部（受光蓄積
部）であるフォトダイオード、４Ｂ　（４３＋　、〜、
４３ｎ　）は垂直ＣＣＤレジスタ、４４．４５は水平Ｃ
ＣＤレジスタ、４６は水平開転送ゲートである。

第５図は第４図における水平ＣＣＤレジスタ付近の拡大
図であり、第４図と同一部分には同一符号を付している
。垂直ＣＣＤレジスタ４３の端部には垂直最終段ゲート
４７を介して水平ＣＣＤレジスタ４５が接続されており
、水ｆｃｃＤレジスタ４４．４５間には水平１８１転送
ゲート４６が設けられている。そして、水・Ｐ　ＣＣＤ
レジスタ４４゜４５上には、水下転送ゲーｈ５１，５２
．５３がそれぞれ形成されている。なお、図中４８はチ
ャネルストッパを示している。また、ゲート電極４６．
４７は第１層ポリシリコン、ゲート電極５１．５３は第
２層ポリシリコン、ゲート電極５２はＴＳ３層ポリシリ
コンより形成されている。

ところで、２練水＝ｇ　ｃ　ＣＤレジスタをａするＣＣ
Ｄ撮像装置において、垂直ＣＣＤレジスタを転送されて
きた信号電荷は、１列おきに水平ＣＣＤレジスタ４４と
水平ＣＣＤレジスタ４５とに振分けられ、図面左側へと
転送されていく。このとき、第１０図（ａ）（ｂ）に示
すように水平Ｃ，ＣＤレジスタ４４の幅が大きく、また
水平転送電極５１．５２．５３の側面に凹凸がある場合
には、半導体基板４１上に形成されたチャネル部におけ
るチャネル電位は、第１０図（ｅ）に示すようにゲート
電極５２の下において電界強度が小さく、Ｈつ水平転送
￥１極５１，５３の側面に凹凸があるため電位ポケット
またはバリアが発生し、電荷の取瓶し３３が起こってい
る。なお、第１０図（ａ）は平面図、第１０図（ｂ）は
同図（ａ）の矢視Ｇ−Ｇ断面図を示している。また、ゲ
ート電極への印加電圧は５３，５２．５１の順に高い場
合を示している。

第６図（ａ）　（ｂ）は本実施例により水平転送電極５
２のドのチャネル部に水平転送電極５１．５３にセルフ
ァラインでｎ型不純物の注入を行った例の概略図であり
、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｃ−Ｃ断面図
である。図中５５はｐ型不純物の注入領域であり、この
注入領域はチャネル先端部（信号電荷の人口側）でｎ型
不純物の注入幅が広く、終端部（信号電荷の出口側）で
狭くなっている。この構造により第６図（Ｃ）に示す如
く、電極５２の下のチャネル電位の電界強度を大きくす
ることができ、電位ポケットやバリアの発生等をなくす
ことができる。

かくして本実施例によれば、ｐ型不純物の選択的な注入
によりチャネルの先端側よりも終端側の方の電位を高く
することができる。このため、水平ＣＣＤレジスタ４４
．４５間の信号電荷の転送を速やかに行うことができる
と共に、電極側面の凹凸に起因する電位ポケットやバリ
アをチャネルの電位勾配によって打消すことができる。

従って、水＝＋ｉ　ｃ　ＣＤレジスタ間の転送において
信号電荷の完全転送が一１１能となり、画質の劣化を防
止し良好な画像を再生することができる。また、基本的
な構成を変更することなく、チャネルに不純物を選択的
に注入するのみで商品に実現し得る等の利点もある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記チャネルに選択的に注入する不純物の
注入領域は第１図及び第６図に同等限定されるものでは
なく、第７図に示すようにしてもよい。具体的には、前
記チャネルがｎ型埋込みチャネル又はｐ型サーフェスチ
ャネルによって形成されている場合は、ｐ型不純物を選
択的に注入する幅を不純物注入領域の先端部で広く終端
部で狭くする、若しくはｎ型不純物を選択的に注入する
幅を不純物注入領域の先端部で狭く終端部で広くすれば
よい。さらに、これらの２つの手段の組合わせてもよい
。また、前記チャネルがｎ型埋込みチャネル又はｎ型サ
ーフェスチャネルによって形成されている場合は、ｎ型
不純物を選択的に注入する幅を不純物注入領域の先端部
で広く終端部で狭くする、若しくはｐ型不純物を選択的
に注入する幅を不純物注入領域の先端部で狭く終端部で
広くすればよい。さらに、これらの２つの手段の組合わ
せてもよい。また、本発明は水平ＣＣＤレジスタ間の転
送に供されるチャネルに限定されるものではなく、ゲー
ト長が長いものに適用することができる。さらに、イオ
ン注入は複数回行ってもよいのは勿論のことである。ま
た、実施例では電子をキャリアとしているため、信号型
６：ｆの入口側に対して出口側でチャネル電位が高くな
るようにしているが、ホールをキャリアとする場合、こ
れらの関係を逆にすればよい。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、ＣＣＤレジスタ部
のチャネルに不純物を選択的に注入することにより、チ
ャネル全体においてチャネル電位の電界強度を大きくす
ることができる。従って、電荷転送ゲートが長い場合で
も、チャネル全体においてチャネル電位の電界強度を大
きくし、電位ポケット及びバリアの発生等を防止するこ
とができ、これにより電荷転送効率の向上をはかること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の基本原理を説明するための
図、第４図は本発明の一実施例に係わる２線水平ＣＣＤ
レジスタを用いたＣＣＤ撮像装置の概略構成を示す平面
図、第５図は上記撮像装置の要部構成を示す平面図、第
゛６図ｊよ上記撮像装置の作用を説明するための図、第
７図は本発明の詳細な説明するための平面図、第８図乃
至第１０図は従来の問題点を説明するための図である。１１．４１・・・ｐ型半導体基板、１２・・・ｎ型埋込
みチャネル、１３・・・ｐ４型チャネルストッパ、１５
．５５・・・ｐ型不純物注入領域、２１．〜２３．５１
．〜，５３・・・ゲート電極、４２・・・フォトダイオ
ード（受光蓄積部）、４３・・・垂直ＣＣＤレジスタ、
４４．４５・・・水平ＣＣＤレジスタ、４６・・・水平
開転送ゲート、４７・・・垂直最終段ゲート。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦Ｂ」ＣＪ第図第図第６図第４図第５図 β 図ヘコｒｍトＪ「０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上にマトリックス状に配列された複数
の受光蓄積部と、これらの受光蓄積部に隣接して縦列状
に配置され該受光蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直方
向に転送する垂直ＣＣＤレジスタ部と、これらの垂直Ｃ
ＣＤレジスタ部の信号電荷読出し端に接続して横列状に
配置され該レジスタから読出された信号電荷を水平方向
に転送する水平ＣＣＤレジスタ部とを備えた固体撮像装
置において、前記垂直ＣＣＤレジスタ部及び水平ＣＣＤレジスタ部の
少なくとも一方は、該レジスタ部のチャネルに該チャネ
ルと同導電型又は逆導電型の不純物が、レジスターチャ
ネル部に電荷の転送方向に対して不純物注入領域の先端
部と終端部とで幅の異なる形状にイオン注入されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
（２）半導体基板上にマトリックス状に配列された複数
の受光蓄積部と、これらの受光蓄積部に隣接して縦列状
に配置され該受光蓄積部に蓄積された信号電荷を垂直方
向に転送する複数本の垂直ＣＣＤレジスタ部と、これら
の垂直ＣＣＤレジスタ部の信号電荷読出し端に接続して
横列状に平行配置され該レジスタから読出された各行の
信号電荷を振分けて水平方向に転送する複数本の水平Ｃ
ＣＤレジスタ部とを備えた固体撮像装置において、前記水平ＣＣＤレジスタ部のチャネルのうち水平ＣＣＤ
レジスタ間の信号電荷の転送に供されるチャネルが、該
チャネルと同導電型又は逆導電型の不純物を、電荷の転
送方向に対して不純物注入領域の先端部と終端部とで幅
の異なる形状にイオン注入されていることを特徴とする
固体撮像装置。
（３）前記チャネルがｎ型埋込みチャネル又はｐ型サー
フェスチャネルによって形成されている場合は、ｐ型不純物を選択的に注入する幅を不純物注入領域の先
端部で広く、終端部で狭くする、若しくはｎ型不純物を選択的に注入する幅を不純物注入領域の先
端部で狭く、終端部で広くする、又は上記２つの手段の
組合わせにより、レジスターチャネル部に電荷の転送方
向に対して不純物注入領域の先端部と終端部とで幅の異
なる形状にイオン注入されていることを特徴とする請求
項１又は２記載の固体撮像装置。
（４）前記チャネルがｐ型埋込みチャネル又はｎ型サー
フェスチャネルによって形成されている場合は、ｎ型不純物を選択的に注入する幅を不純物注入領域の先
端部で広く、終端部で狭くする、若しくはｐ型不純物を選択的に注入する幅を不純物注入領域の先
端部で狭く、終端部で広くする、又は上記２つの手段の
組合わせにより、レジスターチャネル部に電荷の転送方
向に対して不純物注入領域の先端部と終端部とで幅の異
なる形状にイオン注入されていることを特徴とする請求
項１又は２記載の固体撮像装置。
（５）前記チャネルに選択的に注入される不純物は、不
純物注入領域の先端部と終端部との内側に注入されてい
ることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置
。