JPH0480541B2 - - Google Patents
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- JPH0480541B2 JPH0480541B2 JP60213223A JP21322385A JPH0480541B2 JP H0480541 B2 JPH0480541 B2 JP H0480541B2 JP 60213223 A JP60213223 A JP 60213223A JP 21322385 A JP21322385 A JP 21322385A JP H0480541 B2 JPH0480541 B2 JP H0480541B2
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- Japan
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- photoelectric conversion
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- electrode
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14887—Blooming suppression
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に
関するものである。
関するものである。
（従来の技術とその問題点）
固体撮像装置は小型・軽量、高信頼性、量産が
可能などの特徴をもとに開発が進められてきた。
現在開発されている固体撮像装置はMOS型撮像
装置及びCCD型撮像装置に大別できる。
可能などの特徴をもとに開発が進められてきた。
現在開発されている固体撮像装置はMOS型撮像
装置及びCCD型撮像装置に大別できる。
これらの固体撮像装置においては、強い入射光
時に起こるブルーミング現象の抑制が重要であ
り、従来から種々の提案がなされている。オーバ
フロードレインはその代表的なもので、従来から
一次元および二次元撮像装置に用いられている。
第３図は、その一例としてpn接合を感光部とし
たインターライン転送型CCDイメージセンサの
単位素子断面を示す模式図である。図において、
１０はｐ型半導体基板、１１は基板１０と反対の
導電型をもつｎ型領域で、基板１０とpn接合フ
オトダイオードを形成して成る感光部である。１
２は埋め込みチヤネルCCDを形成するｎ層、１
３はCCDの転送電極、１４はトランスフアゲー
ト電極である。１５は基板１０と反対のｎ型導電
層で、過剰電荷を吸収するオーバフロードレイン
である。１６はオーバフロー制御電極、１７は絶
縁層、１８は高濃度ｐ型領域チヤネルストツプ、
１９は例えばアルミニユーム膜で形成した光遮蔽
膜である。
時に起こるブルーミング現象の抑制が重要であ
り、従来から種々の提案がなされている。オーバ
フロードレインはその代表的なもので、従来から
一次元および二次元撮像装置に用いられている。
第３図は、その一例としてpn接合を感光部とし
たインターライン転送型CCDイメージセンサの
単位素子断面を示す模式図である。図において、
１０はｐ型半導体基板、１１は基板１０と反対の
導電型をもつｎ型領域で、基板１０とpn接合フ
オトダイオードを形成して成る感光部である。１
２は埋め込みチヤネルCCDを形成するｎ層、１
３はCCDの転送電極、１４はトランスフアゲー
ト電極である。１５は基板１０と反対のｎ型導電
層で、過剰電荷を吸収するオーバフロードレイン
である。１６はオーバフロー制御電極、１７は絶
縁層、１８は高濃度ｐ型領域チヤネルストツプ、
１９は例えばアルミニユーム膜で形成した光遮蔽
膜である。
第１図において、トランスフアゲート電極１４
の電圧によつて逆バイアス状態にセツトされたフ
オトダイオードのｎ型領域１１は、その後トラン
スフアゲート電圧がオフになると浮遊状態になる
フオトダイオードに光が照射されると信号電荷で
ある電子がｎ型領域１１に蓄積され、ｎ型領域１
１の電圧はｐ型基板１０の電圧に近づいて行く。
やがてフオトダイオードのｎ型領域１１の電圧が
負になるとｐ型基板１０に電子が流れ出しブルー
ミングが起こる。しかし、ｎ型領域１１に隣接し
てオーバフロー制御電極１６とオーバフロードレ
イン１５を設けることでブルーミングを抑制でき
る。即ち、オーバフロー制御電極１６に印加する
電圧でオーバフロー制御電極１６下の基板表面電
圧をフオトダイオードの順方向電圧より高い
（正）ように制御しておけば、フオトダイオード
のｎ側に蓄えられる過剰電荷は全て逆バイアスさ
れたオーバフロードレイン１５に吸収される。
の電圧によつて逆バイアス状態にセツトされたフ
オトダイオードのｎ型領域１１は、その後トラン
スフアゲート電圧がオフになると浮遊状態になる
フオトダイオードに光が照射されると信号電荷で
ある電子がｎ型領域１１に蓄積され、ｎ型領域１
１の電圧はｐ型基板１０の電圧に近づいて行く。
やがてフオトダイオードのｎ型領域１１の電圧が
負になるとｐ型基板１０に電子が流れ出しブルー
ミングが起こる。しかし、ｎ型領域１１に隣接し
てオーバフロー制御電極１６とオーバフロードレ
イン１５を設けることでブルーミングを抑制でき
る。即ち、オーバフロー制御電極１６に印加する
電圧でオーバフロー制御電極１６下の基板表面電
圧をフオトダイオードの順方向電圧より高い
（正）ように制御しておけば、フオトダイオード
のｎ側に蓄えられる過剰電荷は全て逆バイアスさ
れたオーバフロードレイン１５に吸収される。
このようにして、第１図の従来の固体撮像装置
でも、感光部に隣接して設けたオーバフロー制御
電極１６とオーバフロードレイン１５とによりブ
ルーミングを完全に抑制することができる。
でも、感光部に隣接して設けたオーバフロー制御
電極１６とオーバフロードレイン１５とによりブ
ルーミングを完全に抑制することができる。
しかし、第１図に示す固体撮像装置には、オー
バフロードレイン１５が実効的な光電変換領域や
CCDレジスタ領域を減少させることにより、感
度の減少及びダイナミツクレンジの減少を招くと
いう問題点がある。
バフロードレイン１５が実効的な光電変換領域や
CCDレジスタ領域を減少させることにより、感
度の減少及びダイナミツクレンジの減少を招くと
いう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、ブルーミングが抑制
でき、しかも感度及びダイナミツクレンジの減少
を招くことのない固体撮像装置およびその駆動方
法の提供にある。
でき、しかも感度及びダイナミツクレンジの減少
を招くことのない固体撮像装置およびその駆動方
法の提供にある。
（問題点を解決するための手段）
前述の問題点を解決するために本願の第１の発
明が提供する手段は、半導体基板の主面に前記基
板と反対の導電型を有する第１の層を設け、前記
第１の層の主面には前記基板と同一の導電型の領
域をもつ光電変換部と、前記光電変換部に対応し
て配置された信号読み出し部と、前記光電変換部
と前記信号読み出し部間に配置される転送ゲート
とが備えてある固体撮像装置であつて、少なくと
も前記光電変換部の一部を含む領域から前記基板
にまで達する溝が形成され、前記溝は側面に絶縁
膜が設けられ、この絶縁膜の内側に電極が埋め込
んであり、前記光電変換部をソース、前記基板を
ドレイン、前記溝内の前記電極をゲートとする縦
形電界効果トランジスタが形成してあることを特
徴とする。
明が提供する手段は、半導体基板の主面に前記基
板と反対の導電型を有する第１の層を設け、前記
第１の層の主面には前記基板と同一の導電型の領
域をもつ光電変換部と、前記光電変換部に対応し
て配置された信号読み出し部と、前記光電変換部
と前記信号読み出し部間に配置される転送ゲート
とが備えてある固体撮像装置であつて、少なくと
も前記光電変換部の一部を含む領域から前記基板
にまで達する溝が形成され、前記溝は側面に絶縁
膜が設けられ、この絶縁膜の内側に電極が埋め込
んであり、前記光電変換部をソース、前記基板を
ドレイン、前記溝内の前記電極をゲートとする縦
形電界効果トランジスタが形成してあることを特
徴とする。
また、前述の問題点を解決するために本願の第
２の発明が提供する手段は、半導体基板の主面に
前記基板と反対の導電型を有する第１の層を設
け、前記第１の層の主面には前記基板と同一の導
電型の領域をもつ光電変換部と、前記光電変換部
に対応して配置された信号読み出し部と、前記光
電変換部と前記信号読み出し部間に配置される転
送ゲートとが備えてあり、少なくとも前記光電変
換部の一部を含む領域から前記基板にまで達する
溝が形成され、前記溝は側面に絶縁膜が設けら
れ、この絶縁膜の内側に電極が埋め込んであり、
前記光電変換部をソース、前記基板をドレイン、
前記溝内の前記電極をゲートとする縦形電界効果
トランジスタが形成してある固体撮像装置の駆動
方法であつて、前記溝の側面にある前記第１の層
の表面電位が前記転送ゲートがオフ状態にあると
きの前記転送ゲート直下の前記第１の層の表面電
位より高くなるように前記溝内の前記電極にバイ
アス電圧を印加することを特徴とする。
２の発明が提供する手段は、半導体基板の主面に
前記基板と反対の導電型を有する第１の層を設
け、前記第１の層の主面には前記基板と同一の導
電型の領域をもつ光電変換部と、前記光電変換部
に対応して配置された信号読み出し部と、前記光
電変換部と前記信号読み出し部間に配置される転
送ゲートとが備えてあり、少なくとも前記光電変
換部の一部を含む領域から前記基板にまで達する
溝が形成され、前記溝は側面に絶縁膜が設けら
れ、この絶縁膜の内側に電極が埋め込んであり、
前記光電変換部をソース、前記基板をドレイン、
前記溝内の前記電極をゲートとする縦形電界効果
トランジスタが形成してある固体撮像装置の駆動
方法であつて、前記溝の側面にある前記第１の層
の表面電位が前記転送ゲートがオフ状態にあると
きの前記転送ゲート直下の前記第１の層の表面電
位より高くなるように前記溝内の前記電極にバイ
アス電圧を印加することを特徴とする。
（実施例）
次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は本願の第１の発明の一実施例であるイ
ンターライン転送型電荷転送固体撮像装置の単位
素子の断面図で、第３図の従来例に対応するもの
である。第１図と第３図とでは同一機能をもつ領
域は同一記号で示してある。また第１図の実施例
は第３図と同様にＮチヤネルデバイスとして構成
してある。２０はｎ型半導体基板、２１はｐウエ
ル、２２はｐウエル２１の表面からｎ基板２０ま
で突きぬける溝で、この溝２２の中には絶縁膜１
７を介して例えば多結晶シリコン電極２３が埋め
込まれている。
ンターライン転送型電荷転送固体撮像装置の単位
素子の断面図で、第３図の従来例に対応するもの
である。第１図と第３図とでは同一機能をもつ領
域は同一記号で示してある。また第１図の実施例
は第３図と同様にＮチヤネルデバイスとして構成
してある。２０はｎ型半導体基板、２１はｐウエ
ル、２２はｐウエル２１の表面からｎ基板２０ま
で突きぬける溝で、この溝２２の中には絶縁膜１
７を介して例えば多結晶シリコン電極２３が埋め
込まれている。
次に、本実施例の製造工程を述べながらこの実
施例の構造をもう少し詳細に説明する。まず、
1014〜1016個／cm3の不純物濃度からなるｎ型基板
２０に1015〜1017個／cm3の不純物濃度をもつｐウ
エル２１を形成する。その後フオトダイオードを
構成するｎ型領域１１、埋め込みチヤネルCCD
１２を形成した後、フオトダイオードのｎ型領域
１１と隣接する埋め込みチヤネルCCD１２間に
基板２０までつきぬける溝２２を形成する。その
後、ｎ基板２０をドレイン、フオトダイオードの
ｎ型領域１１をソースとした電界効果トランジス
タを形成するため溝２２内に薄いゲート酸化膜で
ある絶縁膜１７を形成する。さらに、ゲート電極
となるポリシリコンを溝内に埋め込み、多結晶シ
リコン電極２３としている。
施例の構造をもう少し詳細に説明する。まず、
1014〜1016個／cm3の不純物濃度からなるｎ型基板
２０に1015〜1017個／cm3の不純物濃度をもつｐウ
エル２１を形成する。その後フオトダイオードを
構成するｎ型領域１１、埋め込みチヤネルCCD
１２を形成した後、フオトダイオードのｎ型領域
１１と隣接する埋め込みチヤネルCCD１２間に
基板２０までつきぬける溝２２を形成する。その
後、ｎ基板２０をドレイン、フオトダイオードの
ｎ型領域１１をソースとした電界効果トランジス
タを形成するため溝２２内に薄いゲート酸化膜で
ある絶縁膜１７を形成する。さらに、ゲート電極
となるポリシリコンを溝内に埋め込み、多結晶シ
リコン電極２３としている。
第２図は第１図に示した鎖線−′に沿つた
領域の表面電位を模式的に示したもので、第２図
ａは第１図の−′面の断面図、本図ｂは同図
ａに対応した部分の表面電位を示す図である。
領域の表面電位を模式的に示したもので、第２図
ａは第１図の−′面の断面図、本図ｂは同図
ａに対応した部分の表面電位を示す図である。
第１図及び第２図を用いてこの実施例の動作を
説明する。
説明する。
フオトダイオードのｎ型領域１１はトランスフ
アゲート電極１４に印加したオン電圧で変調され
るトランスフアゲート電極１４の表面電位VTで
逆バイアスされる。その後、トランスフアゲート
電極１４がオフ状態になるとそのフオトダイオー
ドは浮遊状態になる。この状態で光が照射される
と光電変換された電子がｎ型領域に蓄積され、ｎ
型領域１１の電位は第２図ｂの実線２４から一点
鎖線２５のように小さくなる。しかしながら、基
板２０をドレイン、フオトダイオードのｎ型領域
１１をソースとする縦形トランジスタのチヤネル
電位２６がトランスフアゲート電極１４がオフ時
のトランスフアゲート電極１４直下のチヤネル電
位２７よりわずかに高くなるように、溝２２に埋
め込まれた多結晶シリコン電極（ゲート電極）２
３に電圧を印加しておけば、フオトダイオードの
ｎ型領域１１の電位は縦形電界効果のトランジス
タのチヤネル電位２６より小さくならない。すな
わち、光電変換部であるフオトダイオード近傍で
発生する過剰電荷は縦形電界効果トランジスタを
介して完全に基板２０へ掃き出すことができる。
アゲート電極１４に印加したオン電圧で変調され
るトランスフアゲート電極１４の表面電位VTで
逆バイアスされる。その後、トランスフアゲート
電極１４がオフ状態になるとそのフオトダイオー
ドは浮遊状態になる。この状態で光が照射される
と光電変換された電子がｎ型領域に蓄積され、ｎ
型領域１１の電位は第２図ｂの実線２４から一点
鎖線２５のように小さくなる。しかしながら、基
板２０をドレイン、フオトダイオードのｎ型領域
１１をソースとする縦形トランジスタのチヤネル
電位２６がトランスフアゲート電極１４がオフ時
のトランスフアゲート電極１４直下のチヤネル電
位２７よりわずかに高くなるように、溝２２に埋
め込まれた多結晶シリコン電極（ゲート電極）２
３に電圧を印加しておけば、フオトダイオードの
ｎ型領域１１の電位は縦形電界効果のトランジス
タのチヤネル電位２６より小さくならない。すな
わち、光電変換部であるフオトダイオード近傍で
発生する過剰電荷は縦形電界効果トランジスタを
介して完全に基板２０へ掃き出すことができる。
このように、本発明では感光領域、例えば
CCDのような信号読み出し領域を減少すること
なくブルーミングを防止することができる。
CCDのような信号読み出し領域を減少すること
なくブルーミングを防止することができる。
以上本願発明に関してインターライン転送
CCDセンサを実施例としてその構造と駆動法を
説明したが、フオトダイオードを感光部とする固
体撮像装置には本発明は全て適用される。また実
施例ではＮチヤネル型半導体で説明したが、各領
域の導電型を反対にすることでＰチヤネル型半導
体装置に本発明が適用できることは言うまでもな
い。
CCDセンサを実施例としてその構造と駆動法を
説明したが、フオトダイオードを感光部とする固
体撮像装置には本発明は全て適用される。また実
施例ではＮチヤネル型半導体で説明したが、各領
域の導電型を反対にすることでＰチヤネル型半導
体装置に本発明が適用できることは言うまでもな
い。
（発明の効果）
以上に詳しく説明したように、本発明では基板
と反対の導電型をもつ層を形成し、前記基板と反
対の導電型層に基板と同一の導電型領域を形成し
このpn接合を感光部とし、且つ前記基板と同一
導電型領域をソース、基板がドレインとなるよう
に少なくとも基板と同一導電型領域を含んだ領域
から基板に達する溝を形成しこの溝内に多結晶シ
リコン電極を埋め込み、この多結晶シリコン電極
をゲートする縦形トランジスタを形成し、この埋
め込みゲートを制御することで前記pn接合に蓄
えられる過剰電荷を完全に基板へ掃き出すことが
できる。そこで、本発明によれば、感光領域や
CCDのような信号読み出し領域を減少すること
なく、したがつて感度の減少やダイナミツクレン
ジの減少を招くことなくブルーミングを防止でき
る固体撮像装置が提供できる。
と反対の導電型をもつ層を形成し、前記基板と反
対の導電型層に基板と同一の導電型領域を形成し
このpn接合を感光部とし、且つ前記基板と同一
導電型領域をソース、基板がドレインとなるよう
に少なくとも基板と同一導電型領域を含んだ領域
から基板に達する溝を形成しこの溝内に多結晶シ
リコン電極を埋め込み、この多結晶シリコン電極
をゲートする縦形トランジスタを形成し、この埋
め込みゲートを制御することで前記pn接合に蓄
えられる過剰電荷を完全に基板へ掃き出すことが
できる。そこで、本発明によれば、感光領域や
CCDのような信号読み出し領域を減少すること
なく、したがつて感度の減少やダイナミツクレン
ジの減少を招くことなくブルーミングを防止でき
る固体撮像装置が提供できる。
第１図は本願の第１の発明の一実施例を示す断
面図、第２図ａは第１図実施例の鎖線−′面
の断面図、本図ｂは同図ａに対応してその−
′面の表面電位を示す模式図、第３図は電荷転
送装置を用いた従来の撮像装置の断面図である。 １０，２０……半導体基板、２１……ｐウエル
（基板２０と反対の導電型層）、１１……１０又は
２１と反対の導電型をもつ領域で感光部、２２…
…溝、２３……溝２２に埋め込まれた多結晶シリ
コン電極。
面図、第２図ａは第１図実施例の鎖線−′面
の断面図、本図ｂは同図ａに対応してその−
′面の表面電位を示す模式図、第３図は電荷転
送装置を用いた従来の撮像装置の断面図である。 １０，２０……半導体基板、２１……ｐウエル
（基板２０と反対の導電型層）、１１……１０又は
２１と反対の導電型をもつ領域で感光部、２２…
…溝、２３……溝２２に埋め込まれた多結晶シリ
コン電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の主面に前記基板と反対の導電型
を有する第１の層を設け、前記第１の層の主面に
は前記基板と同一の導電型の領域をもつ光電変換
部と、前記光電変換部に対応して配置された信号
読み出し部と、前記光電変換部と前記信号読み出
し部間に配置される転送ゲートとが備えてある固
体撮像装置において、少なくとも前記光電変換部
の一部を含む領域から前記基板にまで達する溝が
形成され、前記溝は側面に絶縁膜が設けられ、こ
の絶縁膜の内側に電極が埋め込んであり、前記光
電変換部をソース、前記基板をドレイン、前記溝
内の前記電極をゲートとする縦形電界効果トラン
ジスタが形成してあることを特徴とする固体撮像
装置。 ２ 半導体基板の主面に前記基板と反対の導電型
を有する第１の層を設け、前記第１の層の主面に
は前記基板と同一の導電型の領域をもつ光電変換
部と、前記光電変換部に対応して配置された信号
読み出し部と、前記光電変換部と前記信号読み出
し部間に配置される転送ゲートとが備えてあり、
少なくとも前記光電変換部の一部を含む領域から
前記基板にまで達する溝が形成され、前記溝は側
面に絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の内側に電極
が埋め込んであり、前記光電変換部をソース、前
記基板をドレイン、前記溝内の前記電極をゲート
とする縦形電界効果トランジスタが形成してある
固体撮像装置の駆動方法において、前記溝の側面
にある前記第１の層の表面電位が前記転送ゲート
がオフ状態にあるときの前記転送ゲート直下の前
記第１の層の表面電位より高くなるように前記溝
内の前記電極にバイアス電圧を印加することを特
徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213223A JPS6273663A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60213223A JPS6273663A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6273663A JPS6273663A (ja) | 1987-04-04 |
| JPH0480541B2 true JPH0480541B2 (ja) | 1992-12-18 |
Family
ID=16635572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60213223A Granted JPS6273663A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6273663A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02161775A (ja) * | 1988-12-14 | 1990-06-21 | Nec Corp | Ｃｃｄ形固体撮像装置 |
| JPH02287945A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-28 | Sony Corp | テープ走行装置における動力伝達系のベルト張り調整機構 |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP60213223A patent/JPS6273663A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6273663A (ja) | 1987-04-04 |
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