JPH0354859A - 固体撮像素子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は固体撮像素子に関し、特にＩＴ（Ｉｎｔｅｒ Ｌｉｎｅ　　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式のＣＣＤからなる
固体撮像素子について、スメアの低減を図る際に好適な
デバイス構造に関する。

［従来の技術］ 第４図は、本発明に先立って検討されたＩＴ形固体撮像
素子の平面構造を示す一部切り欠き平面図であり、第５
図は要部の断面図である。

以下、基本的構造と作用を説明すると、フォトダイオー
ドＰｄｌ，Ｐｄ２・・・等で構成された受光エレメント
がマトリクス状に配列され、各フォトダイオードＰｄ間
には信号電荷を垂直方向に転送するための複数の電荷転
送チャネルＬ１、Ｌ２、Ｌ３・・・が形成され、更に各
フォトダイオードＰｄど電荷転送チャネルＬｌ，Ｌ２、
Ｌ３・・・を除く部分（図中に点線で囲った斜線部分）
はチャネルストップ領域となっている。

一方、電荷転送チャネルＬ１、Ｌ２、Ｌ３・・・の上面
には、水平方向に延びるポリシリコン層からなる複数の
転送電極Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・が併設され、４木の転
送電極を１組として４相駆動方式に基づくクロック信号
φｌ、φ２、φ３、φ４が印加されるようになっている
。即ち、フォトダイオードＰｄｌが並ぶ行に対して２本
の転送電極Ｇ１、Ｇ２が対応して形成されるとともに、
フォトダイオードＰｄ２が並ぶ行に対して２本の転送電
極Ｇ３、Ｇ４が対応して形成され、図示を省略した他の
フォトダイオード及び電荷転送チャネルについても同様
に構威されている。

フォトダイオードＰｄｌＳＰｄ２・・・と電荷転送チャ
ネルＬｌ，Ｌ２、Ｌ３・・・は、トランスファーゲート
Ｔｇｌ、Ｔｇ２・・・により電荷転送可能に接続され、
フォトダイオードＰｄｌ、Ｐｄ２・・・で発生した信号
電荷が電荷転送チャネルＬ１、ｌ２、Ｌ３・・・・に伝
達される。そして、電荷転送チャネルＬ１、Ｌ２、Ｌ３
・・・について、クロック信号φ１、φ２、φ３、φ４
の電圧変化に応じてポテンシャル井戸を形成し、信号電
荷を矢印Ｙ方向に順次転送するようになっている。

次ぎに、 第５図を参照して断面構造を説明する．１はｎサブスト
レート、２はｐウエルであり、ｐウエル２内に前記受光
エレメント（フォトダイオード）ＰｄとなるＮ″層３、
前記電荷転送チャネルＬとなるＮ層４が形成され、Ｎ゛
層３とＮ層４との間にＮ″層３から発生した信号電荷を
Ｎ層４に転送するフィールドシフト用トランジスタＱ１
が形成されている。又、Ｎ層４に隣接してアイソレーシ
ョンとなるＰ゛層５が形戊されている。

尚、アイソレーション５は、Ｎ”Ｎ３の右方にも形成さ
れるがその図示は省略した。

前記Ｎ”Ｎ３、Ｎ層４、更にＰゝ層５の表面はシリコン
酸化膜（Ｓ　ｉ　０２）で被覆され、その表面でＮ層４
の上部には前記転送電極Ｇ１、Ｇ２を構成するポリシリ
コン層６、７が積層されている。

更に、ポリシリコン層６、７の上部は、電荷転送チャネ
ルへの光入射を阻止する光遮閉板９が設けられる一方、
Ｎ″層３の上部には光フィルタ１０が設けられ、これら
は更にシリコン酸化膜（ＳｉＯｚ）１１によって被覆さ
れている。

前記構造のＩＴ形撮像素子は、フォトダイオードＰｄと
なるＮ″Ｎ３、電荷転送チャネルとなるＮ層４とが同一
平面に形成されているため、下記のような問題が発生し
ていた。

［発明が解決しようとする課題コ 即ち、Ｎ゛層３に入射する光ｈνが電荷転送チャネルと
なるＮＪｉ４に入射すると、スメアと呼ばれる現象が発
生しやすい。スメアは高輝度被写体撮影時に、画像の上
下方向に光がにじんだよう表れる現象であり、画像が非
常に見にくくなる。

そこで、前記のようにＮ層４の上方に光遮閉板９を設け
ているのであるが、光遮閉板９の幅方向の大きさは自ず
と限界があり、Ｎ゛層３上に大きくはみださせたり、Ｐ
″層５から大きくはみ出させることができない。

言わば、光遮閉板９のエッジは、Ｎ層４をぎりぎりに覆
う程度の大きさに形成される。このため、例えばスポッ
ト状の過剰な光入射があったり、高輝度被写体撮影時等
においては、入射光を充分に遮閉することができない。

そこで、漏れた光がＮ層４によって受光されるようにな
り、これに起因して発生した電荷、更に拡散した信号電
荷等によってスメアが発生していた。

本発明は、前記問題点を解消すべくなされたものであり
、その目的はフォトダイオード以外への不所望な光入射
を遮閉することにより、スメアを防止し得るように構威
した固体撮像素子を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る前記目的は、受光に対応した信号電荷を発
生する受光エレメントと、この受光エレメントから発生
した信号電荷を転送する電荷転送チャネルとの間に段差
を設け、且つ前記受光エレメントと電荷転送チャネルと
の間で前記段差によって形成される壁部にフィールドシ
フト用トランジスタを形或するとともに、他の壁部、即
ち電荷転送チャネルの外側位置にアイソレーシゴンを設
け、段差部全体を光遮閉板にて覆うことにより達成され
る。

［作用１ 前記構或の固体撮像素子によれば、段差部形戒により受
光エレメントと電荷転送チャネルとの間の距離が大にな
り、転送路に対する光自体の入射が制限されると共に、
転送路周辺に入射した漏れ光によって発生した電荷、即
ちスメアの原因となるスメア電荷、更に基板内に拡散し
た信号電荷が電荷転送チャネルに流れにくくなりスメア
を低減することができる。

［実施例−１］ 以下、第１図を参照して本発明を適用した固体撮像素子
の第１実施例を説明する。尚、第１図は固体撮像素子の
構造を示す断面図である。

先ず、第ｌ図を参照して固体撮像素子の構造を説明する
と、２１はｎサブストレート、２２はｐウエル、Ｎ″Ｎ
２３ａはフォトダイオードＰｄとして作用するものであ
り、同様にＮ゛層２３ｂは隣接するチャネルのフォトダ
イオードを示している。このＮ゛層２３ａ、２３ｂの平
面から見た位置関係は、先に第３図を参照して説明した
とおりである。

二つのＮ＋層２３ａ、２３ｂに挟まれる部分のＰウエル
２２は凸状に形成され、その頂部に電荷転送チャネルと
なるＮ層２４が形成されている。

従って、Ｎ層２４はＮ″Ｎ２３ａ、２３ｂに対し高さｈ
を有する段差部の頂部に形成されることになり、基部に
形成されたＮ″層２３ａ、２３ｂとの距離は高さｈに対
応して長くなる。

そして、一方の垂直壁部にフィールドシフト用トランジ
スタＱ１が形成され、他方の垂直壁部にＰ＋アイソレー
ション２６が形成されている。

Ｎ”２　３　ａ、２３ｂ、更にＮ層２４はシリコン酸化
膜２７によって被覆され、Ｎ層２４の上部とフィールド
シフト用トランジスタＱ１が形成された位置とは、Ｌ字
形に形成された第１のポリシリコン２日によって覆われ
たようになり、この第１のポリシリコン２８に積層して
平板形の第２のポリシリコン２９が形成されている。

第２のポリシリコン２９に積層するようにし、且つ段差
部全体を覆うようにしてアルミニュウム等のメタル遮閉
板３０が設けられ、この段差部はＮ０層２３ａの上部に
設けられた光フィルタ３１と一体にシリコン酸化膜（Ｓ
　ｉ　Ｏ２）によって覆われている。

次ぎに、光入射時のスメア低減作用を説明する。

光ｈνが入射すると、Ｎ″Ｎ２３ａから発生した信号電
荷がフィールドシフト用トランジスタＱ１によってＮ層
２４に転送される。この際、光遮閉板３０のエッジ部分
等から漏れ込んだ光があると、フィールドシフト用トラ
ンジスタＱ１の近傍から発生した電荷や、Ｎ゛層２３ａ
から発生して基板内を拡敗した電荷がＮＮ２４に向かう
ようになるが、距離があるため途中から、例えば図中に
点線で示す辺りを境界にしてＮ″層２３ａに帰還するよ
うになる。この電荷の帰還は、Ｐ゛層２６を介して隣接
するＮ゛層２３ｂから発生した電荷についても同様に行
われる。

又、光遮閉板３０のエッジ部分から光が漏れ込んだとし
ても、Ｎ層２４までの距離があるので透過量が減衰する
ことになり、Ｎ層２４から電荷が発生しにくくなるうえ
に、仮に発生しても図中に点線で示す辺りを境界にして
Ｎ層４に帰還するようになる。更に、段差部のＮ＋層２
３ａに対向する垂直壁部は、光遮閉板３０とポリシリコ
ン層２８の垂直板とによって二重に遮閉されるので、光
の漏れ込み低減作用が更に向上ずる。

従って、前記構造の固体撮像素子によれば、光の漏れ込
み低減によるスメア電荷の低減、フォトダイオードから
電荷転送チャネルへの拡散した電荷の伝達低減があいま
って、スメア現象を低減することができ、良好な撮影画
像を映し出すことができる。

［実施例−２］ 次ぎに、第２図を参照して本発明の第２実施例を説明す
る。尚、本実施例と前記第１実施例との相違点は、段差
部をＰウエル２２内に凹状に構成したことにある。

本実施例においては、第２図に示すようにＮ・層２３ａ
、２３ｂの位置に対し深さｄの位置にＮ層２４が形成さ
れ、その上部を覆うようにして凹状に形戒されたポリシ
リコン層２８、２９が積層されている。そして、ポリシ
リコン層２９の上部２に光遮閉板３０が積層されている
のであるが、この光遮閉板３０の両端エッジは、それぞ
れＮ゛層２３ａ，２３ｂの一端にはみ出すようになされ
ている。又、Ｎ゜層２３ａとＮ層２４との間で、凹状段
差部の一方の垂直壁部に相当する位置にはフルドシフト
用トランジスタＱ１が形戒され、他方の垂直壁部に相当
する位置にはＰ゛層２６が形成されている。

このように構戒された固体撮像素子においては、ＮＪＩ
Ｉ２４が、言わばＰウエル２２内に埋め込まれたように
なり、しかもその上部がすべて光遮閉板３０、ポリシリ
コン層２９、２８によって覆われ、更に光遮閉板３０の
エッジがＮ゛層２３ａ、２３ｂにかかっているので、光
の漏れ込みが大幅に低減することになる。

そして、光ｈνが入射した場合、Ｎ’Ｎ２３ａから発生
した信号電荷はフィールドシフト用トランジスタＱ１に
よってＮ層２４に転送されるが、拡散した電荷は前記の
ように点線の辺りから帰還することになる。従って、光
の漏れ込み低減とあいまって前記第１実施例同様にスメ
ア低減がなされ、良好な画像を映し出すことができる。

更に、前記構成によれば、固体撮像素子の平面方向に広
がることなくフォトダイオードと電荷転送チャネルとの
間に距離を形成することができ、受光面積の低下を防止
しつつ、前記効果を得ることができる。

以上に本発明の実施例を説明したが、本発明は前記に限
定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、過剰電荷が発生したとき、基板の深さ方向に流
すＶＯＤ構造が知られているが、この■○Ｄ構造を前記
Ｎ＋層２３ａ、２３ｂに関連して構威してもよい。この
場合、前記スメアの低減はもとより、フ゛ノレーミング
イ氏滅６こついても優れた効果を発揮する。

更に、前記実施例では、段差部の壁部は何れも垂直に図
示されているが、斜面に形成してもよい。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明にかかる固体撮像素子は
、受光に対応した信号電荷を発生するフォトダイオード
に対し、段差を有する位置に電荷転送チセネルを形成し
、前記段差により形成された壁面に前記フォトダイオー
ドから発生した信号電荷を前記電荷転送チャネルに転送
するフィールドシフ１・用トランジスタ、更に隣接する
チャネルとを分離するアイソレーシゴンを形成したもの
である。

依って、フォトダイオードと電荷転送チャネルとの間は
段差の高低に対応した距離を有するようになり、光の漏
れにより発生した電荷の電荷転送チャネルへの伝達、更
に拡散した電荷の伝達を低減することができ、スメアの
発生を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を説明する固体撮像素子の
要部の断面図、 第２図は本発明の第２実施例を説明する固体撮像素子の
要部の断面図、 第３図は本発明に先立って検討された固体撮像素子の一
部切り欠き平面図、 第４図は前記固体撮像素子の要部の断面図である。 図中の符号 ２１：ｎサブストレート ２２２Ｐウエル ２３ａ、２３ｂ：フォトダイオードとなるＮ＋層２４：
電荷転送チャネルとなるＮ層 ２５：フィールドシフトトランジスタ ２６：アイソレーション ２７：シリコン酸化膜 ２８、２９：ポリシリコン層 ３０：光遮閉板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　マトリクス状に配列された複数の受光エレメントと、
   前記複数の受光エレメントの所定方向の配列に沿って設
   けられ、前記複数の受光エレメントから発生した信号電
   荷を順次転送する電荷転送チャネルとを有する固体撮像
   素子において、 前記受光エレメントに対し段差を設けて前記電荷転送チ
   ャネルを形成するとともに、前記受光エレメントと前記
   電荷転送チャネルとの間の一方に、前記受光エレメント
   から発生した信号電荷を前記電荷転送チャネルに転送す
   るフィールドシフト用トランジスタを形成し、且つ他方
   にアイソレーション領域を形成してなる固体撮像素子。