JPH04257263A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH04257263A JPH04257263A JP3018575A JP1857591A JPH04257263A JP H04257263 A JPH04257263 A JP H04257263A JP 3018575 A JP3018575 A JP 3018575A JP 1857591 A JP1857591 A JP 1857591A JP H04257263 A JPH04257263 A JP H04257263A
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Links
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イメージ・センサなど
の固体撮像装置にかかわり、特に小型、高密度の固体撮
像装置に関する。
の固体撮像装置にかかわり、特に小型、高密度の固体撮
像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】民生用ムービーを始め、各種ビデオカメ
ラ用として普及している２次元光学情報を時系列電気信
号に変換するための固体撮像素子のほとんどは、プレー
ナ・チャネル型ＣＣＤと呼ばれる電荷転送素子（文献：
シー・エッチ・セクイン、エム・エフ・トンプセッ
ト （Ｃ． Ｈ． Ｓｅｕｉｎ ＆ Ｍ．Ｆ． Ｔｏｍ
ｐｓｅｔｔ）、”電荷転送素子 （Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒ
ａｎｓｆｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ）”、アカデミック・プレ
ス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、１９７５）であ
る。ＣＣＤを走査回路として用いたＣＣＤ型撮像装置は
、図１１（ａ）に示すようにフォトダイオードなどでな
る光電変換領域４０１と縦方向読み出し機構である垂直
ＣＣＤ部４０２から成る受光部４０３、横方向読み出し
機構である水平ＣＣＤ部４０４、および出力増幅部４０
５で構成されている。受光部４０３の拡大断面図が図１
２（ｂ）で，ｐ基板４０６表面に形成されたｎ＋ 領域
４０７がｐｎ接合型フォトダイオードの光電変換領域４
０１を構成し、高抵抗のｎ− 領域４０８が転送ゲート
電極４０９とともに垂直ＣＣＤ部４０２を構成している
。
ラ用として普及している２次元光学情報を時系列電気信
号に変換するための固体撮像素子のほとんどは、プレー
ナ・チャネル型ＣＣＤと呼ばれる電荷転送素子（文献：
シー・エッチ・セクイン、エム・エフ・トンプセッ
ト （Ｃ． Ｈ． Ｓｅｕｉｎ ＆ Ｍ．Ｆ． Ｔｏｍ
ｐｓｅｔｔ）、”電荷転送素子 （Ｃｈａｒｇｅ Ｔｒ
ａｎｓｆｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ）”、アカデミック・プレ
ス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、１９７５）であ
る。ＣＣＤを走査回路として用いたＣＣＤ型撮像装置は
、図１１（ａ）に示すようにフォトダイオードなどでな
る光電変換領域４０１と縦方向読み出し機構である垂直
ＣＣＤ部４０２から成る受光部４０３、横方向読み出し
機構である水平ＣＣＤ部４０４、および出力増幅部４０
５で構成されている。受光部４０３の拡大断面図が図１
２（ｂ）で，ｐ基板４０６表面に形成されたｎ＋ 領域
４０７がｐｎ接合型フォトダイオードの光電変換領域４
０１を構成し、高抵抗のｎ− 領域４０８が転送ゲート
電極４０９とともに垂直ＣＣＤ部４０２を構成している
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ＣＣＤ型撮像装置では受光部分４０３の面積を維持した
まま（つまり、光学レンズ系をそのままにして）高解像
度化（つまり、高密度化）しようとすると、１画素のセ
ル面積を光電変換領域４０１（この占有面積は感度を決
め、開口率とよばれる）と垂直ＣＣＤ部４０２（この占
有面積は電荷転送のチャネル幅に関係し、ダイナミック
レンジを決定する）とに分配しなければならず、感度と
ダイナミックレンジという撮像素子の二大基本性能のト
レードオフを招く。さらに、シリコン基板内に電荷の転
送チャネルを形成する従来のプレーナ・チャネル型ＣＣ
Ｄで高密度化や小型化を進める場合には、不要な光入射
により生成された偽信号電荷が転送チャネル中に混入す
ることを避けるための遮光領域の確保が不十分になり、
偽信号の量を表わす光学的スミアが増大する。
ＣＣＤ型撮像装置では受光部分４０３の面積を維持した
まま（つまり、光学レンズ系をそのままにして）高解像
度化（つまり、高密度化）しようとすると、１画素のセ
ル面積を光電変換領域４０１（この占有面積は感度を決
め、開口率とよばれる）と垂直ＣＣＤ部４０２（この占
有面積は電荷転送のチャネル幅に関係し、ダイナミック
レンジを決定する）とに分配しなければならず、感度と
ダイナミックレンジという撮像素子の二大基本性能のト
レードオフを招く。さらに、シリコン基板内に電荷の転
送チャネルを形成する従来のプレーナ・チャネル型ＣＣ
Ｄで高密度化や小型化を進める場合には、不要な光入射
により生成された偽信号電荷が転送チャネル中に混入す
ることを避けるための遮光領域の確保が不十分になり、
偽信号の量を表わす光学的スミアが増大する。
【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、光学
的スミアが原理的に発生せず、しかもＤＲＡＭ並みの微
細化をそのままＣＣＤに適用できる固体撮像装置の提供
を目的とする。
的スミアが原理的に発生せず、しかもＤＲＡＭ並みの微
細化をそのままＣＣＤに適用できる固体撮像装置の提供
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、光電変換された電荷の転送領域（すなわち
転送チャネル）を半導体基板内には形成せず、半導体基
板表面の絶縁膜に埋め込まれた複数の半導体領域（例え
ば、ポリシリコン領域や単結晶シリコン領域など）を電
荷転送領域とし、埋め込まれた半導体領域の電位を制御
するための制御電極が埋め込まれた各半導体領域に対応
して設けられ、信号電荷の転送方法は各半導体領域を互
いに隔てるトンネル絶縁膜で生じるトンネル転送を用い
たスタック・チャネル型ＣＣＤを用いる。
するために、光電変換された電荷の転送領域（すなわち
転送チャネル）を半導体基板内には形成せず、半導体基
板表面の絶縁膜に埋め込まれた複数の半導体領域（例え
ば、ポリシリコン領域や単結晶シリコン領域など）を電
荷転送領域とし、埋め込まれた半導体領域の電位を制御
するための制御電極が埋め込まれた各半導体領域に対応
して設けられ、信号電荷の転送方法は各半導体領域を互
いに隔てるトンネル絶縁膜で生じるトンネル転送を用い
たスタック・チャネル型ＣＣＤを用いる。
【０００６】
【作用】本発明は、上記した構成により、ＣＣＤの主要
特性の最大転送電荷量に悪影響を与えずにＤＲＡＭの微
細化技術を適用したＣＣＤの微細化を可能にするととも
に、光学的スミアのないＣＣＤを実現する。またＣＣＤ
の微細化により開口率を大幅に改善されるために感度向
上も可能になる。
特性の最大転送電荷量に悪影響を与えずにＤＲＡＭの微
細化技術を適用したＣＣＤの微細化を可能にするととも
に、光学的スミアのないＣＣＤを実現する。またＣＣＤ
の微細化により開口率を大幅に改善されるために感度向
上も可能になる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【０００８】図１（ａ），図２（ｂ）は、第１の実施例
の固体撮像装置の構造を示す。ｐ形のシリコン基板（以
下、ｐ基板と呼ぶ）１０１の表面に光電変換領域となる
低不純物ｎ−領域１０２を形成し、ｐ基板１０１表面の
第１のトンネル絶縁膜１０３（代表的なトンネル絶縁膜
としては１００〜２００Åの薄いゲート酸化膜、または
２０Åの薄い窒化膜が利用できる）上に設けた第１の絶
縁膜１０５内部に複数個の第１の制御電極として１０４
ａ、１０４ｂ、１０４ｃなどを形成し、第１の絶縁膜１
０５の上部に第１の制御電極１０４と離れてはいるが容
量結合で対応している第１の半導体（ポリシリコンまた
は単結晶シリコン）領域として１０６ａ、１０６ｂ、１
０６ｃなどを形成し、そして第１の半導体領域１０６の
表面に第２のトンネル絶縁膜１１３（代表的なトンネル
絶縁膜としては、１００〜２００Åの薄いゲート酸化膜
、あるいは２０Åの薄い窒化膜が利用できる）を形成し
、その上に第１の半導体領域１０６に部分的な重なりを
持つ複数個の第２の半導体（ポリシリコンまたは単結晶
シリコン）領域１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃなどを形
成する。同時に、ｎ−領域１０２とは窓形状に露出した
第１のトンネル絶縁膜１０３だけで隔てられた電荷入力
部を構成する第２の半導体領域１０８を形成する。さら
に、第２の絶縁膜１０９の内部に第２の半導体領域１０
７と離れてはいるが容量結合で対応している複数個の第
２の制御電極として１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃなど
を形成する。なお、第２の制御電極１１０を形成すると
きに、電荷入力部を構成する第２の半導体領域１０８の
制御電極１１１も同時に形成される。１１２ａ、１１２
ｂ、１１２ｃなどは金属（アルミニウムなど）配線部で
ある。
の固体撮像装置の構造を示す。ｐ形のシリコン基板（以
下、ｐ基板と呼ぶ）１０１の表面に光電変換領域となる
低不純物ｎ−領域１０２を形成し、ｐ基板１０１表面の
第１のトンネル絶縁膜１０３（代表的なトンネル絶縁膜
としては１００〜２００Åの薄いゲート酸化膜、または
２０Åの薄い窒化膜が利用できる）上に設けた第１の絶
縁膜１０５内部に複数個の第１の制御電極として１０４
ａ、１０４ｂ、１０４ｃなどを形成し、第１の絶縁膜１
０５の上部に第１の制御電極１０４と離れてはいるが容
量結合で対応している第１の半導体（ポリシリコンまた
は単結晶シリコン）領域として１０６ａ、１０６ｂ、１
０６ｃなどを形成し、そして第１の半導体領域１０６の
表面に第２のトンネル絶縁膜１１３（代表的なトンネル
絶縁膜としては、１００〜２００Åの薄いゲート酸化膜
、あるいは２０Åの薄い窒化膜が利用できる）を形成し
、その上に第１の半導体領域１０６に部分的な重なりを
持つ複数個の第２の半導体（ポリシリコンまたは単結晶
シリコン）領域１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃなどを形
成する。同時に、ｎ−領域１０２とは窓形状に露出した
第１のトンネル絶縁膜１０３だけで隔てられた電荷入力
部を構成する第２の半導体領域１０８を形成する。さら
に、第２の絶縁膜１０９の内部に第２の半導体領域１０
７と離れてはいるが容量結合で対応している複数個の第
２の制御電極として１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃなど
を形成する。なお、第２の制御電極１１０を形成すると
きに、電荷入力部を構成する第２の半導体領域１０８の
制御電極１１１も同時に形成される。１１２ａ、１１２
ｂ、１１２ｃなどは金属（アルミニウムなど）配線部で
ある。
【０００９】電荷入力部は、上述したように、ｎ−領域
１０２と第１のトンネル絶縁膜１０３で隔てられた第２
の半導体領域１０８と入力部の制御電極１１１からなる
が、このような電荷入力部の対称構造物を最終段に接続
すれば電荷出力部として使用できる。
１０２と第１のトンネル絶縁膜１０３で隔てられた第２
の半導体領域１０８と入力部の制御電極１１１からなる
が、このような電荷入力部の対称構造物を最終段に接続
すれば電荷出力部として使用できる。
【００１０】次に、第１の実施例の基本的な動作原理を
図３（ｃ），（ｄ）、図４（ｅ），（ｆ）、図５（ｇ）
，（ｈ）、そして図６（ｉ）に示したエネルギー・バン
ド図を用いて説明する。
図３（ｃ），（ｄ）、図４（ｅ），（ｆ）、図５（ｇ）
，（ｈ）、そして図６（ｉ）に示したエネルギー・バン
ド図を用いて説明する。
【００１１】図２（ｂ）のＹ−Ｙ’断面図に対応するエ
ネルギー・バンド図を図３（ｃ），（ｄ）、図４（ｅ）
，（ｆ）に示す。図３（ｃ）は熱平衡状態のエネルギー
・バンド図である。左側からｎ−領域１０２（バンド・
ギャップ・エネルギー：Ｅｇ＝１．１ｅＶ）、第１のト
ンネル絶縁膜１０３（Ｅｇ＝８ｅＶ）、第２の半導体領
域１０８（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）、第２の絶縁膜１０９（
Ｅｇ＝８ｅＶ）、制御電極１１１（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）
に対応している。図３（ｄ）はｎ−領域１０２から電荷
を第２の半導体領域１０８へ入力する『書き込み状態』
のエネルギー・バンド図である。制御電極１１１に正電
圧を印加し、ｎ−領域１０２の印加電圧を０ｖとすると
、フローティング状態にある第２の半導体領域１０８は
容量結合により正電圧となるためホーラーノルドヘイム
（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネリングによ
りｎ− 領域１０２から第２の半導体領域１０８へ電子
が注入される。図４（ｅ）は『保持状態』のエネルギー
・バンド図である。ｎ−領域１０２と制御電極１１１が
０ｖなのでフローティング状態の第２の半導体領域１０
８に注入された電子は蓄積状態に留まる。図４（ｆ）は
電荷入力部を電荷出力部として利用できることの説明と
もなる電荷の『排出状態』のエネルギー・バンド図であ
る。ｎ−領域１０２に正電圧を印加し、制御電極１１１
を０ｖとするとフローティング状態の第２の半導体領域
１０８は容量結合により正電圧となるため Ｆｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリングにより第２の半導体
領域１０８からｎ−領域１０２へ電子が排出される。
ネルギー・バンド図を図３（ｃ），（ｄ）、図４（ｅ）
，（ｆ）に示す。図３（ｃ）は熱平衡状態のエネルギー
・バンド図である。左側からｎ−領域１０２（バンド・
ギャップ・エネルギー：Ｅｇ＝１．１ｅＶ）、第１のト
ンネル絶縁膜１０３（Ｅｇ＝８ｅＶ）、第２の半導体領
域１０８（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）、第２の絶縁膜１０９（
Ｅｇ＝８ｅＶ）、制御電極１１１（Ｅｇ＝１．１ｅＶ）
に対応している。図３（ｄ）はｎ−領域１０２から電荷
を第２の半導体領域１０８へ入力する『書き込み状態』
のエネルギー・バンド図である。制御電極１１１に正電
圧を印加し、ｎ−領域１０２の印加電圧を０ｖとすると
、フローティング状態にある第２の半導体領域１０８は
容量結合により正電圧となるためホーラーノルドヘイム
（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネリングによ
りｎ− 領域１０２から第２の半導体領域１０８へ電子
が注入される。図４（ｅ）は『保持状態』のエネルギー
・バンド図である。ｎ−領域１０２と制御電極１１１が
０ｖなのでフローティング状態の第２の半導体領域１０
８に注入された電子は蓄積状態に留まる。図４（ｆ）は
電荷入力部を電荷出力部として利用できることの説明と
もなる電荷の『排出状態』のエネルギー・バンド図であ
る。ｎ−領域１０２に正電圧を印加し、制御電極１１１
を０ｖとするとフローティング状態の第２の半導体領域
１０８は容量結合により正電圧となるため Ｆｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリングにより第２の半導体
領域１０８からｎ−領域１０２へ電子が排出される。
【００１２】図２（ｂ）のＺ−Ｚ’断面に対応する熱平
衡状態のエネルギー・バンド図を図５（ｇ）に示す。左
側から第１の制御電極１０４ａ、第１の絶縁膜１０５、
第１の半導体領域１０６ａ、第２のトンネル絶縁膜１１
３、第２の半導体領域１０７ａ、第２の絶縁膜１０９、
第２の制御電極１１０ａに対応している。図５（ｈ）は
Ｚ−Ｚ’断面に対応する転送状態のエネルギー・バンド
図である。第２の制御電極１１０ａを０ｖとし第１の制
御電極１０４ａに正電圧Ｖを印加すると、第２の半導体
領域１０７ａの電位Ｖ２ と第１の半導体領域１０６ａ
の電位Ｖ１ は容量結合により０＜Ｖ２ ＜Ｖ１ ＜Ｖ
となるため Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリ
ングにより、第２の半導体領域１０７ａから第１の半導
体領域１０６ａへ電荷が転送される。
衡状態のエネルギー・バンド図を図５（ｇ）に示す。左
側から第１の制御電極１０４ａ、第１の絶縁膜１０５、
第１の半導体領域１０６ａ、第２のトンネル絶縁膜１１
３、第２の半導体領域１０７ａ、第２の絶縁膜１０９、
第２の制御電極１１０ａに対応している。図５（ｈ）は
Ｚ−Ｚ’断面に対応する転送状態のエネルギー・バンド
図である。第２の制御電極１１０ａを０ｖとし第１の制
御電極１０４ａに正電圧Ｖを印加すると、第２の半導体
領域１０７ａの電位Ｖ２ と第１の半導体領域１０６ａ
の電位Ｖ１ は容量結合により０＜Ｖ２ ＜Ｖ１ ＜Ｖ
となるため Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリ
ングにより、第２の半導体領域１０７ａから第１の半導
体領域１０６ａへ電荷が転送される。
【００１３】図６（ｉ）は図２（ｂ）のＷ−Ｗ’断面に
対応する転送状態のエネルギー・バンド図である。第１
の制御電極１０４ａを０ｖとし第２の制御電極１１０ａ
に正電圧Ｖを印加すると、第１の半導体領域１０６ａの
電位Ｖ１と第２の半導体領域１０７ａの電位Ｖ２は容量
結合により０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖとなるため Ｆｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリングにより、第１の半導
体領域１０６ａから第２の半導体領域１０７ａへ電荷が
転送される。このような図５（ｈ）と図６（ｉ）の転送
動作を繰り返すことにより、スタック・チャネル型のＣ
ＣＤの転送動作が実現する。
対応する転送状態のエネルギー・バンド図である。第１
の制御電極１０４ａを０ｖとし第２の制御電極１１０ａ
に正電圧Ｖを印加すると、第１の半導体領域１０６ａの
電位Ｖ１と第２の半導体領域１０７ａの電位Ｖ２は容量
結合により０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖとなるため Ｆｏｗｌｅ
ｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネリングにより、第１の半導
体領域１０６ａから第２の半導体領域１０７ａへ電荷が
転送される。このような図５（ｈ）と図６（ｉ）の転送
動作を繰り返すことにより、スタック・チャネル型のＣ
ＣＤの転送動作が実現する。
【００１４】以上説明したように、本発明の第１の実施
例によれば、転送が行われる領域となる半導体領域が半
導体基板の上の絶縁膜中に埋め込まれているため、電荷
の蓄積容量はＤＲＡＭのように微細化を駆使した様々な
手法が適用できるため、ＣＣＤ自身の微細化と高性能化
が容易に実施できる。しかも、半導体領域の容量は制御
電極との間の絶縁膜の誘電率や厚みで決定されることは
ＤＲＡＭのセル容量と同じであるから、ダイナミックレ
ンジもチャネル幅に依存せず大きくすることが容易であ
る。
例によれば、転送が行われる領域となる半導体領域が半
導体基板の上の絶縁膜中に埋め込まれているため、電荷
の蓄積容量はＤＲＡＭのように微細化を駆使した様々な
手法が適用できるため、ＣＣＤ自身の微細化と高性能化
が容易に実施できる。しかも、半導体領域の容量は制御
電極との間の絶縁膜の誘電率や厚みで決定されることは
ＤＲＡＭのセル容量と同じであるから、ダイナミックレ
ンジもチャネル幅に依存せず大きくすることが容易であ
る。
【００１５】図７は、第１の実施例の主要部分を立体的
に表現したものである。信号電荷は、１０６ａ→１０７
ａ→１０６ｂ→１０７ｂ→１０６ｃ→１０７ｃというよ
うに転送されていく。
に表現したものである。信号電荷は、１０６ａ→１０７
ａ→１０６ｂ→１０７ｂ→１０６ｃ→１０７ｃというよ
うに転送されていく。
【００１６】図８（ａ）は、第１の実施例を２次元のＣ
ＣＤ型固体撮像装置の垂直ＣＣＤ部に適用した第２の実
施例である。図９（ｂ），図１０（ｃ）はそれぞれ、図
８（ａ）のＸ−Ｘ’断面図とＹ−Ｙ’断面図に対応する
。ｐ基板２０１の表面に光電変換部のｎ− 領域２０２
が形成され、その一部が第１のトンネル絶縁膜２０３を
間に挟んで第２の半導体領域２０７と相対している。第
２の半導体領域２０７の上に離れて第２の制御電極２１
０が形成される。第２の半導体領域２０７直下の第２の
トンネル絶縁膜２１３の下に第１の半導体領域２０６が
第２の半導体領域２０７と部分的な重なりをもって形成
されている。さらに、第１の半導体領域２０６の下に離
れて第１の制御電極２０４が形成されている。第１の制
御電極２０４、第１の半導体領域２０６、第２の半導体
領域２０７、第２の制御電極２１０は絶縁膜２０５の中
に埋め込まれている。そして、各ｎ−領域２０２の間に
チャネル・ストップとなるｐ＋領域２２０が形成されて
いる。動作原理は従来のＣＣＤと同一であるから概要を
述べるにとどめる。第２の制御電極２１０に読み込みパ
ルス電圧として転送電圧より大きな電圧を印加すると容
量結合によりｎ− 領域２０２から電子が、第１のトン
ネル絶縁膜２０３をトンネル転送して第２の半導体領域
２０７に読み込まれる。その後、第１の制御電極２０４
に転送パルスが印加されると第２の半導体領域２０７の
電子は第２のトンネル絶縁膜２１３をトンネル転送して
第１の半導体領域２０６に移動する。続いて、第２の制
御電極２１０に転送パルスが印加されると第１の半導体
領域２０６の電子は第２のトンネル絶縁膜２１３をトン
ネル転送して第２の半導体領域２０７へ移動する。この
ような動作を繰り返すことでＣＣＤの転送動作がスタッ
ク・チャネル型ＣＣＤでも実現される。
ＣＤ型固体撮像装置の垂直ＣＣＤ部に適用した第２の実
施例である。図９（ｂ），図１０（ｃ）はそれぞれ、図
８（ａ）のＸ−Ｘ’断面図とＹ−Ｙ’断面図に対応する
。ｐ基板２０１の表面に光電変換部のｎ− 領域２０２
が形成され、その一部が第１のトンネル絶縁膜２０３を
間に挟んで第２の半導体領域２０７と相対している。第
２の半導体領域２０７の上に離れて第２の制御電極２１
０が形成される。第２の半導体領域２０７直下の第２の
トンネル絶縁膜２１３の下に第１の半導体領域２０６が
第２の半導体領域２０７と部分的な重なりをもって形成
されている。さらに、第１の半導体領域２０６の下に離
れて第１の制御電極２０４が形成されている。第１の制
御電極２０４、第１の半導体領域２０６、第２の半導体
領域２０７、第２の制御電極２１０は絶縁膜２０５の中
に埋め込まれている。そして、各ｎ−領域２０２の間に
チャネル・ストップとなるｐ＋領域２２０が形成されて
いる。動作原理は従来のＣＣＤと同一であるから概要を
述べるにとどめる。第２の制御電極２１０に読み込みパ
ルス電圧として転送電圧より大きな電圧を印加すると容
量結合によりｎ− 領域２０２から電子が、第１のトン
ネル絶縁膜２０３をトンネル転送して第２の半導体領域
２０７に読み込まれる。その後、第１の制御電極２０４
に転送パルスが印加されると第２の半導体領域２０７の
電子は第２のトンネル絶縁膜２１３をトンネル転送して
第１の半導体領域２０６に移動する。続いて、第２の制
御電極２１０に転送パルスが印加されると第１の半導体
領域２０６の電子は第２のトンネル絶縁膜２１３をトン
ネル転送して第２の半導体領域２０７へ移動する。この
ような動作を繰り返すことでＣＣＤの転送動作がスタッ
ク・チャネル型ＣＣＤでも実現される。
【００１７】このように本発明の第２の実施例によれば
、２次元の固体撮像装置が構成でき、しかも、第１の実
施例同様、転送動作領域が半導体基板上の絶縁膜中に埋
め込まれているため、ＣＣＤの微細化が容易で、ダイナ
ミック・レンジも容易に大きくできる。
、２次元の固体撮像装置が構成でき、しかも、第１の実
施例同様、転送動作領域が半導体基板上の絶縁膜中に埋
め込まれているため、ＣＣＤの微細化が容易で、ダイナ
ミック・レンジも容易に大きくできる。
【００１８】なお、本実施例において、第１および第２
のトンネル絶縁膜を使用したが、これらの絶縁膜には、
ＭＯＳトランジスタのゲート電極に用いるようなゲート
酸化膜等、またはＩＣチップ表面の保護に用いられる窒
化膜等が使用できる。
のトンネル絶縁膜を使用したが、これらの絶縁膜には、
ＭＯＳトランジスタのゲート電極に用いるようなゲート
酸化膜等、またはＩＣチップ表面の保護に用いられる窒
化膜等が使用できる。
【００１９】また、本発明の実施例において、半導体領
域１０６および１０７が真性半導体に近いほど低い不純
物濃度であれば、信号電荷として電子でも正孔でも同様
に転送することができる。
域１０６および１０７が真性半導体に近いほど低い不純
物濃度であれば、信号電荷として電子でも正孔でも同様
に転送することができる。
【００２０】また、本発明の光電変換領域は入射光を電
荷に変換する機能を果たすものでありさえすれば、フォ
トダイオード、フォトトランジスタなど任意の素子の使
用が可能である。
荷に変換する機能を果たすものでありさえすれば、フォ
トダイオード、フォトトランジスタなど任意の素子の使
用が可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば電荷転送領域の動作性能である最大転送電荷
量を絶縁膜の誘電率や厚さで自由に設定できかつＤＲＡ
Ｍの微細化手法をそのまま適用して微細化ＣＣＤが実現
でき、しかも電荷の転送領域が半導体基板の外に形成さ
れるため光学的スミアなども極めて少ない固体撮像装置
を提供できる。
明によれば電荷転送領域の動作性能である最大転送電荷
量を絶縁膜の誘電率や厚さで自由に設定できかつＤＲＡ
Ｍの微細化手法をそのまま適用して微細化ＣＣＤが実現
でき、しかも電荷の転送領域が半導体基板の外に形成さ
れるため光学的スミアなども極めて少ない固体撮像装置
を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例におけるの固体撮像装置
の構造を示す部分平面図である。
の構造を示す部分平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるの固体撮像装置
の内部構造を説明するための部分断面図である。
の内部構造を説明するための部分断面図である。
【図３】（ｃ）は図２のＹ−Ｙ’断面の熱平衡状態に対
応するエネルギー・バンド図、（ｄ）は図２のＹ−Ｙ’
断面の書き込み状態に対応するエネルギー・バンド図で
ある。
応するエネルギー・バンド図、（ｄ）は図２のＹ−Ｙ’
断面の書き込み状態に対応するエネルギー・バンド図で
ある。
【図４】（ｅ）は図２のＹ−Ｙ’断面の保持状態に対応
するエネルギー・バンド図、（ｆ）は図２のＹ−Ｙ’断
面の排出状態に対応するエネルギー・バンド図である。
するエネルギー・バンド図、（ｆ）は図２のＹ−Ｙ’断
面の排出状態に対応するエネルギー・バンド図である。
【図５】（ｇ）は図２のＺ−Ｚ’断面の熱平衡状態に対
応するエネルギー・バンド図、（ｈ）は図２のＺ−Ｚ’
断面の転送状態に対応するエネルギー・バンド図である
。
応するエネルギー・バンド図、（ｈ）は図２のＺ−Ｚ’
断面の転送状態に対応するエネルギー・バンド図である
。
【図６】図２のＷ−Ｗ’断面の転送状態に対応するエネ
ルギー・バンド図である。
ルギー・バンド図である。
【図７】本発明の第１の実施例の固体撮像装置主要部の
斜視図である。
斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例における固体撮像装置の
構造を示す部分平面図である。
構造を示す部分平面図である。
【図９】図８のＸ−Ｘ’断面図である。
【図１０】図８の内部構造を説明するためのＹ−Ｙ’断
面図である。
面図である。
【図１１】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の構造を示す平
面図である。
面図である。
【図１２】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の内部構造を示
す部分断面図である。
す部分断面図である。
１０１ ｐ基板（半導体基板）
１０２ ｎ−領域（低不純物領域）
１０３ 第１のトンネル絶縁膜
１０４ 第１の制御電極
１０５ 第１の絶縁膜
１０６ 第１の半導体領域
１０７ 第２の半導体領域
１０８ 第２の半導体領域
１０９ 第２の絶縁膜
１１０ 第２の制御電極
１１１ 第２の制御電極
１１３ 第２のトンネル絶縁膜
２０１ ｐ基板
２０２ ｎ−領域（低不純物領域）
２０３ 第１のトンネル絶縁膜
２０４ 第１の制御電極
２０５ 絶縁膜
２０６ 第１の半導体領域
２０７ 第２の半導体領域
２１０ 第２の制御電極
２１３ 第２のトンネル絶縁膜
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板表面に設けた光電変換領域
を形成する複数個の光電変換手段と、前記半導体基板上
の絶縁膜中に設けた前記光電変換領域で変換された電荷
を転送する転送手段と、絶縁膜中に設けられた、前記転
送手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
固体撮像装置。 - 【請求項２】 光電変換された電荷を転送する方向に
１次元配列した第１の半導体領域と、前記第１の半導体
領域と部分的な重なりを持ちしかも前記第１の半導体領
域間の間隙部分に対応するように１次元配列した第２の
半導体領域と、前記第１の半導体領域と前記第２の半導
体領域の間に形成された第２のトンネル絶縁膜と、前記
第１の半導体領域の電位を制御する第１の制御電極と、
前記第２の半導体領域の電位を制御する第２の制御電極
を含むＣＣＤを垂直ＣＣＤ部に備え、前記第１の半導体
領域の１個と前記第２の半導体領域の１個とが１個の光
電変換領域に対応し、前記第２の半導体領域の一部が前
記第２のトンネル絶縁膜を貫通し第１のトンネル絶縁膜
を隔てて前記光電変換領域と接し、少なくとも前記第１
および第２の半導体領域は半導体基板上に形成された絶
縁膜中に形成されていることを特徴とする固体撮像装置
。 - 【請求項３】 半導体基板表面に形成された低不純物
領域と、前記低不純物領域の一部と第１のトンネル絶縁
膜で隔てられた第２の半導体領域と、前記第２の半導体
領域と全体的な重なりを持ちしかも第２の絶縁膜で隔て
られた第２の制御電極と、前記第２の半導体領域と部分
的な重なりを持ちしかも第２のトンネル絶縁膜で隔てら
れた第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域と全体
的な重なりを持ちしかも第１の絶縁膜で隔てられた第１
の制御電極とを備えた固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3018575A JPH04257263A (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3018575A JPH04257263A (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04257263A true JPH04257263A (ja) | 1992-09-11 |
Family
ID=11975421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3018575A Pending JPH04257263A (ja) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04257263A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06120262A (ja) * | 1992-10-06 | 1994-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電荷転送装置 |
| KR20020057285A (ko) * | 2000-12-30 | 2002-07-11 | 박종섭 | 3차원 구조의 집광수단을 구비하는 이미지 센서 및 그제조 방법 |
| KR100851757B1 (ko) * | 2007-05-03 | 2008-08-11 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| JP2014112720A (ja) * | 2009-11-06 | 2014-06-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-02-12 JP JP3018575A patent/JPH04257263A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06120262A (ja) * | 1992-10-06 | 1994-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電荷転送装置 |
| KR20020057285A (ko) * | 2000-12-30 | 2002-07-11 | 박종섭 | 3차원 구조의 집광수단을 구비하는 이미지 센서 및 그제조 방법 |
| KR100851757B1 (ko) * | 2007-05-03 | 2008-08-11 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| JP2014112720A (ja) * | 2009-11-06 | 2014-06-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US9117713B2 (en) | 2009-11-06 | 2015-08-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device comprising a gate of an amplifier transistor under an insulating layer and a transfer transistor channel over the insulating layer the amplifier transistor and transfer transistor overlapping |
| US9905596B2 (en) | 2009-11-06 | 2018-02-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device comprising a channel region of a transistor with a crystalline oxide semiconductor and a specific off-state current for the transistor |
| JP2022032053A (ja) * | 2009-11-06 | 2022-02-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | イメージセンサ |
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