JPH04346268A - Solid-state image sensing device - Google Patents
Solid-state image sensing deviceInfo
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- JPH04346268A JPH04346268A JP3118324A JP11832491A JPH04346268A JP H04346268 A JPH04346268 A JP H04346268A JP 3118324 A JP3118324 A JP 3118324A JP 11832491 A JP11832491 A JP 11832491A JP H04346268 A JPH04346268 A JP H04346268A
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はVTRカメラ等に用いら
れる固体撮像素子の高密度化に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high-density solid-state imaging devices used in VTR cameras and the like.
【0002】0002
【従来の技術】図7に従来のCCD固体撮像素子の素子
構成(例えばテレビジョン学会技術報告Vol.14,
No.16,pp39〜44,1990.2)を示す。
光ダイオード1に蓄積された信号電荷は垂直ブランキン
グ期間に転送経路8を介して垂直CCDレジスタ2に転
送され、転送された信号電荷は1行毎に転送経路6を介
して水平CCDレジスタ3に転送され、この水平CCD
レジスタに転送された信号電荷は転送経路7を介して内
蔵されたアンプ4により電荷電圧変換され端子5から外
部へ出力される。[Prior Art] Fig. 7 shows the element configuration of a conventional CCD solid-state image sensor (for example, from the Technical Report Vol. 14 of the Society of Television Engineers,
No. 16, pp. 39-44, 1990.2). The signal charges accumulated in the photodiode 1 are transferred to the vertical CCD register 2 via the transfer path 8 during the vertical blanking period, and the transferred signal charges are transferred row by line to the horizontal CCD register 3 via the transfer path 6. transferred to this horizontal CCD
The signal charge transferred to the register is converted into a charge voltage by a built-in amplifier 4 via a transfer path 7, and is outputted from a terminal 5 to the outside.
【0003】この撮像素子の断面構造図を図8に示す。
ここで、20はN型半導体基板、21はP型不純物層で
あり、22はホトダイオードとなるN型不純物領域、2
5は半導体表面の暗電流を抑圧するために設けられたP
型不純物領域である。24は垂直CCDレジスタのチャ
ネルを形成するN型不純物領域であり、その外側に設け
られた23は24から基板方向に伸びる空乏層を閉じ込
めるためのP型不純物領域である。酸化膜26を介して
形成されている27および28は垂直CCDレジスタを
駆動するためのゲートである。FIG. 8 shows a cross-sectional structural diagram of this image sensor. Here, 20 is an N-type semiconductor substrate, 21 is a P-type impurity layer, 22 is an N-type impurity region that becomes a photodiode, 2
5 is a P provided to suppress dark current on the semiconductor surface.
This is a type impurity region. 24 is an N-type impurity region forming a channel of the vertical CCD register, and 23 provided on the outside thereof is a P-type impurity region for confining a depletion layer extending from 24 toward the substrate. Gates 27 and 28 formed through the oxide film 26 are for driving the vertical CCD register.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】このような固体撮像装
置は近年ますます高解像度化が強く求められている。し
かし、同図にも示したように、受光部であるホトダイオ
ードと信号電荷転送部である垂直CCDレジスタとが同
一平面内に設けられているため、高解像度化すなわち高
集積化した場合、ホトダイオードの面積が減少し、ホト
ダイオードに蓄積できる信号電荷が減少するので良好な
画質を得ることが出来なくなる。このように従来の固体
撮像装置では集積度を向上させるのが難しかった。[Problems to be Solved by the Invention] In recent years, there has been a strong demand for higher resolution in such solid-state imaging devices. However, as shown in the same figure, since the photodiode as the light receiving section and the vertical CCD register as the signal charge transfer section are provided in the same plane, when the resolution is increased, that is, the integration is increased, the photodiode Since the area is reduced and the signal charge that can be accumulated in the photodiode is reduced, good image quality cannot be obtained. As described above, it has been difficult to improve the degree of integration in conventional solid-state imaging devices.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】受光部であるホトダイオ
ードの一部を信号電荷転送部である垂直CCDレジスタ
の下に配置する。Means for Solving the Problems A part of the photodiode, which is a light receiving section, is arranged below a vertical CCD register, which is a signal charge transfer section.
【0006】[0006]
【作用】受光部であるホトダイオードの一部を信号電荷
転送部である垂直CCDレジスタの下に配置することに
より、ホトダイオードの占有面積を大きく出来、素子面
積の有効活用が図れる。これにより、ホトダイオードの
蓄積容量(接合容量)が増加し、蓄積できる信号電荷量
を増加させることができる。[Operation] By arranging a portion of the photodiode, which is the light receiving section, under the vertical CCD register, which is the signal charge transfer section, the area occupied by the photodiode can be increased, and the device area can be used effectively. This increases the storage capacitance (junction capacitance) of the photodiode, making it possible to increase the amount of signal charge that can be stored.
【0007】[0007]
【実施例】以下、本発明の実施例図1〜6を用いて説明
する。図1はCCD固体撮像素子の素子構成図を示した
ものである。光ダイオード1に蓄積された信号電荷は垂
直ブランキングに垂直CCDレジスタ2に転送され、転
送された信号電荷は1行毎に転送経路6を介して水平C
CDレジスタ3に転送され、この水平CCDレジスタに
転送された信号電荷は転送経路7を介して内蔵されたア
ンプ4により電荷電圧変換され端子5から外部に出力さ
れる。このように、平面図上は、垂直CCDレジスタと
ホトダイオードとが重なっている。[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained using FIGS. 1 to 6. FIG. 1 shows an element configuration diagram of a CCD solid-state image sensor. The signal charge accumulated in the photodiode 1 is transferred to the vertical CCD register 2 during vertical blanking, and the transferred signal charge is transferred to the horizontal CCD register 2 via the transfer path 6 row by row.
The signal charge transferred to the CD register 3 and the horizontal CCD register is converted into a charge voltage by a built-in amplifier 4 via a transfer path 7, and is output from a terminal 5 to the outside. In this way, the vertical CCD register and the photodiode overlap in the plan view.
【0008】図中、A−A′一点破線で示した部分の断
面構造図を図2に示す。ここで、20はN型半導体基板
、21はP型不純物層であり、22はホトダイオードと
なるN型不純物領域、25は半導体表面の暗電流を抑圧
するために設けられたP型不純物領域である。24は垂
直CCDレジスタのチャネルを形成するN型不純物領域
であり、その外側に設けられた23は24から基板方向
に伸びる空乏層を閉じ込めるためのP型不純物領域であ
る。酸化膜26を介して形成されている27および28
は垂直CCDレジスタを駆動するためのポリシリコンゲ
ートである。ここで水平方向に隣接するN型不純物領域
22は不純物の横方向拡散により互いに一部分重なって
いても良い。FIG. 2 shows a cross-sectional structural view of the portion indicated by the dashed line A-A' in the figure. Here, 20 is an N-type semiconductor substrate, 21 is a P-type impurity layer, 22 is an N-type impurity region that becomes a photodiode, and 25 is a P-type impurity region provided to suppress dark current on the semiconductor surface. . 24 is an N-type impurity region forming a channel of the vertical CCD register, and 23 provided on the outside thereof is a P-type impurity region for confining a depletion layer extending from 24 toward the substrate. 27 and 28 formed through the oxide film 26
is a polysilicon gate for driving the vertical CCD register. Here, horizontally adjacent N-type impurity regions 22 may partially overlap each other due to lateral diffusion of impurities.
【0009】図1の中で、B−B′の一点破線で示した
部分の断面構造図を図3に示す。ここで、20はN型半
導体基板、21はP型不純物層であり、22はホトダイ
オードとなるN型不純物領域、25は半導体表面の暗電
流を抑圧するために設けられたP型不純物領域である。
24は垂直CCDレジスタのチャネルを形成するN型不
純物領域であり、その外側に設けられた23は24から
基板方向に伸びる空乏層を閉じ込めるためのP型不純物
領域である。酸化膜26を介して形成されている27お
よび28は垂直CCDレジスタを駆動するためのポリシ
リコンゲートである。垂直CCDレジスタのチャネルを
形成するN型不純物領域内にホトダイオードとなるN型
不純物領域22が不連続に形成されると、その境界部で
チャネル電位が不均一になり、垂直CCDレジスタの転
送効率の劣化を引き起こす。そこで、垂直方向に隣接す
るホトダイオードとなるN型不純物領域22の境界は、
転送電界の最大となるポリシリコンゲート27,28の
境界に合わせることにより、垂直CCDレジスタの転送
効率の劣化を防いでいる。FIG. 3 shows a cross-sectional structural diagram of a portion indicated by a dashed line along line B-B' in FIG. Here, 20 is an N-type semiconductor substrate, 21 is a P-type impurity layer, 22 is an N-type impurity region that becomes a photodiode, and 25 is a P-type impurity region provided to suppress dark current on the semiconductor surface. . 24 is an N-type impurity region forming a channel of the vertical CCD register, and 23 provided on the outside thereof is a P-type impurity region for confining a depletion layer extending from 24 toward the substrate. 27 and 28 formed through the oxide film 26 are polysilicon gates for driving the vertical CCD register. If the N-type impurity region 22 that becomes a photodiode is discontinuously formed in the N-type impurity region that forms the channel of the vertical CCD register, the channel potential becomes non-uniform at the boundary, which reduces the transfer efficiency of the vertical CCD register. cause deterioration. Therefore, the boundaries of the N-type impurity regions 22 that become vertically adjacent photodiodes are as follows:
By matching the boundary between the polysilicon gates 27 and 28 where the transfer electric field is maximum, deterioration of the transfer efficiency of the vertical CCD register is prevented.
【0010】次に、この素子の動作原理を図4〜6を用
いて説明する。Next, the principle of operation of this element will be explained using FIGS. 4 to 6.
【0011】図4は図2に示した素子断面図の一部を切
り出したものであり、図5および図6は図4に対応した
ポテンシャル図を示した。図4において、20〜27は
図2と同じである。FIG. 4 is a partial cutout of the cross-sectional view of the element shown in FIG. 2, and FIGS. 5 and 6 show potential diagrams corresponding to FIG. 4. In FIG. 4, 20 to 27 are the same as in FIG.
【0012】図5に示したように、信号の蓄積期間中は
実線で示したように斜線部のところに信号電荷が蓄えら
れる。これは図4における領域22の部分に対応する。
次いで、ゲート27に高電圧を印加することにより点線
で示したように、ホトダイオード22に蓄積されている
信号電荷は24のチャネル領域に転送することが出来る
。一旦転送された信号電荷は垂直CCDレジスタのチャ
ネル内を転送され、水平CCDレジスタおよび出力アン
プを介して外部に読みだされる。As shown in FIG. 5, during the signal accumulation period, signal charges are accumulated in the shaded area as shown by the solid line. This corresponds to region 22 in FIG. Next, by applying a high voltage to the gate 27, the signal charges accumulated in the photodiode 22 can be transferred to the channel region 24, as shown by the dotted line. Once transferred, the signal charge is transferred within the channel of the vertical CCD register and read out to the outside via the horizontal CCD register and output amplifier.
【0013】図6は信号の蓄積時間を変えるための駆動
状態を示したものである。任意の信号蓄積期間中にN型
基板に高電圧を印加することにより実線の斜線部で示し
た信号電荷を基板方向に掃きだすことも出来る。FIG. 6 shows driving conditions for changing the signal accumulation time. By applying a high voltage to the N-type substrate during an arbitrary signal accumulation period, the signal charge indicated by the solid hatched area can be swept out toward the substrate.
【0014】このように、受光部であるホトダイオード
の一部を信号電荷転送部である垂直CCDレジスタの下
に配置しても信号電荷を読みだすことが出来る。従って
、ホトダイオードの面積を大きくすることが出来、素子
面積の有効活用が図れる。In this way, signal charges can be read out even if part of the photodiode, which is the light receiving section, is placed below the vertical CCD register, which is the signal charge transfer section. Therefore, the area of the photodiode can be increased, and the device area can be used effectively.
【0015】本発明の別の実施例を図9の素子断面構造
図を用いて説明する。ここで、20〜28は図2と同じ
である。29はホトダイオードのN型不純物領域22間
の電気的分離を確実にするために設けられたP型不純物
領域である。特にN型不純物領域22の横方向拡散が大
きくなった場合に、ホトダイオードのN型不純物領域2
2間の信号電荷の混合を防止することが出来る。Another embodiment of the present invention will be described with reference to a cross-sectional view of the device shown in FIG. Here, 20 to 28 are the same as in FIG. Reference numeral 29 denotes a P-type impurity region provided to ensure electrical isolation between the N-type impurity regions 22 of the photodiode. Especially when the lateral diffusion of the N-type impurity region 22 becomes large, the N-type impurity region 2 of the photodiode
Mixing of signal charges between the two can be prevented.
【0016】本発明の別の実施例を図10の素子断面構
造図を用いて説明する。ここで、20〜28は図2と同
じである。30はホトダイオード22間の電気的分離を
確実にするために設けられたP型不純物領域である。Another embodiment of the present invention will be explained using the cross-sectional structure diagram of the device shown in FIG. Here, 20 to 28 are the same as in FIG. 30 is a P-type impurity region provided to ensure electrical isolation between the photodiodes 22.
【0017】本発明の別の実施例を図11の素子断面構
造図を用いて説明する。ここで、20〜28は図2と同
じである。この素子の上面に31のPGMA(レジスト
材料の一種)等の保護膜を介して32の色フィルタ、3
3の保護膜を介してマイクロレンズを形成することによ
り、さらに高感度のカラ−用撮像素子を得ることもでき
るこの時、色フィルタとマイクロレンズとの位置関係は
お互いに半ピッチずらすと混色現象を防ぐことが出来る
。Another embodiment of the present invention will be described with reference to a cross-sectional view of the device shown in FIG. Here, 20 to 28 are the same as in FIG. On the top surface of this element, 32 color filters, 3
By forming microlenses through the protective film described in step 3, it is also possible to obtain a color image sensor with even higher sensitivity.At this time, if the positional relationship between the color filter and the microlens is shifted by half a pitch from each other, color mixing occurs. can be prevented.
【0018】[0018]
【発明の効果】このように、本発明によれば、受光部で
あるホトダイオードの一部を信号電荷転送部である垂直
CCDレジスタの下に配置することにより、素子面積の
有効活用が図れる。As described above, according to the present invention, by arranging a part of the photodiode as the light receiving section below the vertical CCD register as the signal charge transfer section, it is possible to effectively utilize the device area.
【図1】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図。FIG. 1 is a plan view of an element according to the present invention (first embodiment).
【図2】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図のA
−A′部の断面図。FIG. 2 A of a planar configuration diagram of an element of the present invention (first embodiment)
-A sectional view of part A'.
【図3】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図のB
−B′部の断面図。FIG. 3 B of a planar configuration diagram of an element of the present invention (first embodiment)
- A sectional view of the B' section.
【図4】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図のA
−A′部の断面図の一部。FIG. 4 A of a planar configuration diagram of an element of the present invention (first embodiment)
- Part of a cross-sectional view of section A'.
【図5】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図のA
−A′部の断面図の一部に対するポテンシャル図(信号
電荷の読みだし)。FIG. 5 A of a planar configuration diagram of an element of the present invention (first embodiment)
- Potential diagram (readout of signal charge) for a part of the cross-sectional view of section A'.
【図6】本発明(第1の実施例)の素子平面構成図のA
−A′部の断面図の一部に対するポテンシャル図(信号
電荷の掃きだし)。FIG. 6 A of a planar configuration diagram of an element of the present invention (first embodiment)
- Potential diagram (sweeping out of signal charges) for a part of the cross-sectional view of section A'.
【図7】従来例の素子平面構成図。FIG. 7 is a plan view of a conventional element.
【図8】従来例の素子断面図。FIG. 8 is a sectional view of a conventional element.
【図9】本発明(第2の実施例)の素子断面図。FIG. 9 is a sectional view of an element of the present invention (second embodiment).
【図10】本発明(第3の実施例)の素子断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of an element according to the present invention (third embodiment).
【図11】本発明(第4の実施例)の素子断面図。FIG. 11 is a sectional view of an element of the present invention (fourth embodiment).
1…ホトダイオード、2…垂直CCDレジスタ、20…
N型半導体基板、21…P型不純物層、22…ホトダイ
オードのN型不純物層、23…P型不純物層、24…N
型不純物拡散層、25…P型不純物層、27…ポリシリ
コンゲート。1... Photodiode, 2... Vertical CCD register, 20...
N-type semiconductor substrate, 21...P-type impurity layer, 22...N-type impurity layer of photodiode, 23...P-type impurity layer, 24...N
type impurity diffusion layer, 25...P type impurity layer, 27...polysilicon gate.
Claims (1)
ダイオードと各ホトダイオードからの信号電荷を転送す
る手段を有し、転送手段からの信号電荷を検出する回路
を内蔵した固体撮像装置において、該ホトダイオードの
一部を転送手段の下部に延在させることを特徴とする固
体撮像装置。1. A solid-state imaging device comprising a plurality of photodiodes formed on the same semiconductor substrate, a means for transferring signal charges from each photodiode, and a built-in circuit for detecting the signal charges from the transfer means. A solid-state imaging device characterized in that a portion of a photodiode extends below a transfer means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3118324A JPH04346268A (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Solid-state image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3118324A JPH04346268A (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Solid-state image sensing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04346268A true JPH04346268A (en) | 1992-12-02 |
Family
ID=14733857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3118324A Pending JPH04346268A (en) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | Solid-state image sensing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04346268A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010007345A (en) * | 1999-06-14 | 2001-01-26 | 가네꼬 히사시 | Solid state image sensor and driving method thereof |
-
1991
- 1991-05-23 JP JP3118324A patent/JPH04346268A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010007345A (en) * | 1999-06-14 | 2001-01-26 | 가네꼬 히사시 | Solid state image sensor and driving method thereof |
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