JPH05347401A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPH05347401A JPH05347401A JP4154633A JP15463392A JPH05347401A JP H05347401 A JPH05347401 A JP H05347401A JP 4154633 A JP4154633 A JP 4154633A JP 15463392 A JP15463392 A JP 15463392A JP H05347401 A JPH05347401 A JP H05347401A
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- JP
- Japan
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- potential
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 信号電荷を高速に読み出すことが可能な残像
現象の起こりにくい固体撮像素子を提供する。 【構成】 光電変換部１の幅を、電荷読み出しゲート２
から遠ざかるに従い、細く形成することで、幅の広い電
荷読み出しゲート２付近に比べ、幅の狭くなった部分で
はナローチャンネル効果によってポテンシャルが高くな
る。このようなポテンシャルの傾斜は、信号電荷をポテ
ンシャルの低い電荷読み出しゲート２へと転送させ、高
速読み出しを可能にし、信号電荷の読み残しを抑え、残
像現象を起こしにくくする。
現象の起こりにくい固体撮像素子を提供する。 【構成】 光電変換部１の幅を、電荷読み出しゲート２
から遠ざかるに従い、細く形成することで、幅の広い電
荷読み出しゲート２付近に比べ、幅の狭くなった部分で
はナローチャンネル効果によってポテンシャルが高くな
る。このようなポテンシャルの傾斜は、信号電荷をポテ
ンシャルの低い電荷読み出しゲート２へと転送させ、高
速読み出しを可能にし、信号電荷の読み残しを抑え、残
像現象を起こしにくくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光電変換を行う固体撮像
素子、特に文字・図形の光学的読み取りに用いられるイ
メージセンサに関するものである。
素子、特に文字・図形の光学的読み取りに用いられるイ
メージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、信号処理の高速化にともない固体
撮像素子における信号電荷の読み出し時間が短くなって
きている。このため、光電変換部に信号電荷を読み残す
ことで生じる残像現象が問題となっている。そこで、固
体撮像素子における信号電荷読み出しの高速化、低残像
化が期待されている。
撮像素子における信号電荷の読み出し時間が短くなって
きている。このため、光電変換部に信号電荷を読み残す
ことで生じる残像現象が問題となっている。そこで、固
体撮像素子における信号電荷読み出しの高速化、低残像
化が期待されている。
【０００３】光電変換部に蓄えられた信号電荷の読み出
しは光電変換部に隣接するＭＯＳ構造の電荷読み出しゲ
ートに電圧が加えられることにより、読み出しゲート直
下のポテンシャルが光電変換部のポテンシャルよりも信
号電荷に対して低くなり、信号電荷は電荷読み出しゲー
トへ転送される。しかし、通常光電変換部のポテンシャ
ル構造は電荷読み出し方向に平坦なので光電変換部での
電荷の転送速度は遅く、完全に信号電荷が読み出される
には時間がかかる。
しは光電変換部に隣接するＭＯＳ構造の電荷読み出しゲ
ートに電圧が加えられることにより、読み出しゲート直
下のポテンシャルが光電変換部のポテンシャルよりも信
号電荷に対して低くなり、信号電荷は電荷読み出しゲー
トへ転送される。しかし、通常光電変換部のポテンシャ
ル構造は電荷読み出し方向に平坦なので光電変換部での
電荷の転送速度は遅く、完全に信号電荷が読み出される
には時間がかかる。
【０００４】そこで、光電変換部に傾斜したポテンシャ
ル構造を形成することにより、信号電荷の転送速度を高
めている。
ル構造を形成することにより、信号電荷の転送速度を高
めている。
【０００５】以下、従来技術による傾斜したポテンシャ
ル構造をもつ固体撮像素子の光電変換部の形成方法を図
４を用いて説明する。図４において、半導体基板３上に
選択的に光電変換部１が形成されている。光電変換部１
は光電変換部１ａ，１ｂ，１ｃで構成されている。光電
変換部１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれ１回，２回，ｎ回の
不純物イオン注入が行われた領域である（図４ａ）。金
属や高濃度に不純物を添加され、導電率が高められた半
導体等によって形成された電荷読み出しゲート２が半導
体基板３上に形成されている。半導体基板３内部にはイ
オン注入によって混入範囲４が形成されている（図４
ｂ）。また信号電荷転送方向Ｘ−Ｘ’線に沿った断面図
のポテンシャルを実線５で示している（図４ｃ）。図面
下方ほど信号電荷に対して低いポテンシャルである。
ル構造をもつ固体撮像素子の光電変換部の形成方法を図
４を用いて説明する。図４において、半導体基板３上に
選択的に光電変換部１が形成されている。光電変換部１
は光電変換部１ａ，１ｂ，１ｃで構成されている。光電
変換部１ａ，１ｂ，１ｃはそれぞれ１回，２回，ｎ回の
不純物イオン注入が行われた領域である（図４ａ）。金
属や高濃度に不純物を添加され、導電率が高められた半
導体等によって形成された電荷読み出しゲート２が半導
体基板３上に形成されている。半導体基板３内部にはイ
オン注入によって混入範囲４が形成されている（図４
ｂ）。また信号電荷転送方向Ｘ−Ｘ’線に沿った断面図
のポテンシャルを実線５で示している（図４ｃ）。図面
下方ほど信号電荷に対して低いポテンシャルである。
【０００６】信号電荷は低いポテンシャルの部分へと移
動するので、光電変換部１のポテンシャル形状を電荷の
転送方向へ低く傾斜するように形成すればよい。ポテン
シャルの高さは不純物イオンの混入量で決定する。この
ため、図４に示すように不純物イオンを選択的に注入す
る工程を二度以上繰り返し、電荷読み出しゲート２に近
い部分により多くの不純物イオンが混入するよう光電変
換部１に１回，２回，ｎ回の不純物イオン注入を行う。
このように添加量の制御を行い、ポテンシャルに傾斜を
付けている。
動するので、光電変換部１のポテンシャル形状を電荷の
転送方向へ低く傾斜するように形成すればよい。ポテン
シャルの高さは不純物イオンの混入量で決定する。この
ため、図４に示すように不純物イオンを選択的に注入す
る工程を二度以上繰り返し、電荷読み出しゲート２に近
い部分により多くの不純物イオンが混入するよう光電変
換部１に１回，２回，ｎ回の不純物イオン注入を行う。
このように添加量の制御を行い、ポテンシャルに傾斜を
付けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
不純物イオンの添加量制御のための工程が増加するばか
りでなく、増加した工程に伴うコストの増加や良品歩留
の低下によって製品単価の上昇が引き起こされる。
不純物イオンの添加量制御のための工程が増加するばか
りでなく、増加した工程に伴うコストの増加や良品歩留
の低下によって製品単価の上昇が引き起こされる。
【０００８】本発明は、光電変換部の形状を変えること
によって工程を増やすことなく信号電荷の高速読み出し
が可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
によって工程を増やすことなく信号電荷の高速読み出し
が可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固体撮像素子は、外部からの入射光を信号
電荷に変換し、さらに前記信号電荷を蓄積する光電変換
部と、前記光電変換部に隣接した電荷読み出しゲートと
から構成される受光素子を備え、前記電荷読み出しゲー
トから離れた部分の前記光電変換部で前記信号電荷の転
送方向に対する幅を細く形成したことを特徴とする。
に、本発明の固体撮像素子は、外部からの入射光を信号
電荷に変換し、さらに前記信号電荷を蓄積する光電変換
部と、前記光電変換部に隣接した電荷読み出しゲートと
から構成される受光素子を備え、前記電荷読み出しゲー
トから離れた部分の前記光電変換部で前記信号電荷の転
送方向に対する幅を細く形成したことを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の構成によれば、光電変換部の幅を電荷
読み出しゲートから遠ざかるに従い細くしてやることに
より、電荷読み出しゲートに向かって低くなるポテンシ
ャルの傾斜を形成することにより、ポテンシャルは信号
電荷読み出し口に近いほど低くなるため、光電変換部に
蓄えられた信号電荷が電荷読み出しゲートへ高速転送で
き、高速読み出しが可能となる。
読み出しゲートから遠ざかるに従い細くしてやることに
より、電荷読み出しゲートに向かって低くなるポテンシ
ャルの傾斜を形成することにより、ポテンシャルは信号
電荷読み出し口に近いほど低くなるため、光電変換部に
蓄えられた信号電荷が電荷読み出しゲートへ高速転送で
き、高速読み出しが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１、図
２、図３を参照しながら説明する。
２、図３を参照しながら説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施例における固体撮像
素子の平面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）はそれぞれ図１の光電変換部におけるＡ−Ａ’
線，Ｂ−Ｂ’線，Ｃ−Ｃ’線に沿った断面図、および信
号電荷転送方向Ｘ−Ｘ’線に沿った各断面のポテンシャ
ル図である。
素子の平面図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）はそれぞれ図１の光電変換部におけるＡ−Ａ’
線，Ｂ−Ｂ’線，Ｃ−Ｃ’線に沿った断面図、および信
号電荷転送方向Ｘ−Ｘ’線に沿った各断面のポテンシャ
ル図である。
【００１３】図１において、半導体基板３上に外部から
の入射光を信号電荷に変換し、蓄積する光電変換部１が
形成されている。さらに、電荷転送方向端に電荷読み出
しゲート２を備えている。Ａ−Ａ’線部では光電変換部
１が複数個に分割されている。Ｂ−Ｂ’線部は、Ａ−
Ａ’線部の内の何本かを１つとして、やはり複数個形成
されている。Ｃ−Ｃ’線部はＢ−Ｂ’線部をひとかたま
りとして形成されている。つまり、電荷読み出しゲート
２から離れる方向に光電変換部１の幅を細く形成してい
る。
の入射光を信号電荷に変換し、蓄積する光電変換部１が
形成されている。さらに、電荷転送方向端に電荷読み出
しゲート２を備えている。Ａ−Ａ’線部では光電変換部
１が複数個に分割されている。Ｂ−Ｂ’線部は、Ａ−
Ａ’線部の内の何本かを１つとして、やはり複数個形成
されている。Ｃ−Ｃ’線部はＢ−Ｂ’線部をひとかたま
りとして形成されている。つまり、電荷読み出しゲート
２から離れる方向に光電変換部１の幅を細く形成してい
る。
【００１４】図２において５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ１，
５ｄ２は、Ａ−Ａ’線部，Ｂ−Ｂ’線部，Ｃ−Ｃ’線部
の断面のポテンシャルである。ポテンシャル５ｄ１は、
電荷読み出しゲート２に電圧が加えられていず、信号電
荷が蓄積されている状態、ポテンシャル５ｄ２は、電荷
読み出しゲート２に電圧が加えられて信号電荷が転送さ
れている状態である。φａ，φｂ，φｃは、それぞれポ
テンシャル５ａ，５ｂ，５ｃのポテンシャル分布におい
て、最も低いポテンシャルと最も高いポテンシャルとの
差を示す。６は信号電荷である。
５ｄ２は、Ａ−Ａ’線部，Ｂ−Ｂ’線部，Ｃ−Ｃ’線部
の断面のポテンシャルである。ポテンシャル５ｄ１は、
電荷読み出しゲート２に電圧が加えられていず、信号電
荷が蓄積されている状態、ポテンシャル５ｄ２は、電荷
読み出しゲート２に電圧が加えられて信号電荷が転送さ
れている状態である。φａ，φｂ，φｃは、それぞれポ
テンシャル５ａ，５ｂ，５ｃのポテンシャル分布におい
て、最も低いポテンシャルと最も高いポテンシャルとの
差を示す。６は信号電荷である。
【００１５】図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本
発明における他の実施例である。図３において、図２で
説明した固体撮像素子と同様の効果を得ることのできる
光電変換部の構造を示す。図３（ａ）は、光電変換部１
がその中央に向かって階段形状をしている。図３（ｂ）
では、光電変換部１は三つ又形状を示している。図３
（ｃ），（ｄ）では、光電変換部１の形状を信号電荷の
転送方向に底辺がある三角形や台形の形状にしている。
発明における他の実施例である。図３において、図２で
説明した固体撮像素子と同様の効果を得ることのできる
光電変換部の構造を示す。図３（ａ）は、光電変換部１
がその中央に向かって階段形状をしている。図３（ｂ）
では、光電変換部１は三つ又形状を示している。図３
（ｃ），（ｄ）では、光電変換部１の形状を信号電荷の
転送方向に底辺がある三角形や台形の形状にしている。
【００１６】また、各図において電荷読み出しゲート２
と半導体基板３、不純物イオンの存在範囲４は、従来例
で説明した通りである。
と半導体基板３、不純物イオンの存在範囲４は、従来例
で説明した通りである。
【００１７】また、ポテンシャル分布図においても、図
面下方ほど信号電荷６に対してポテンシャルが低くな
る。
面下方ほど信号電荷６に対してポテンシャルが低くな
る。
【００１８】一般に、半導体基板にごく細い幅の光電変
換部を形成すると、ナローチャンネル効果により、幅の
広い光電変換部に比べてポテンシャルが高くなることが
知られている。そこで、一つの光電変換部の中に幅の広
い部分と幅の狭い部分を形成することにより、ポテンシ
ャルの高さに差を作り出すことができる。
換部を形成すると、ナローチャンネル効果により、幅の
広い光電変換部に比べてポテンシャルが高くなることが
知られている。そこで、一つの光電変換部の中に幅の広
い部分と幅の狭い部分を形成することにより、ポテンシ
ャルの高さに差を作り出すことができる。
【００１９】信号電荷６の高速転送を可能にするには、
信号電荷６の転送方向である電荷読み出しゲート２に向
かってポテンシャルが低くなればよく、本実施例の固体
撮像素子は光電変換部１の形状が信号電荷６の電荷読み
出しゲート２付近の光電変換部１の幅に対して遠い部分
では細く分割されるように形成されている。
信号電荷６の転送方向である電荷読み出しゲート２に向
かってポテンシャルが低くなればよく、本実施例の固体
撮像素子は光電変換部１の形状が信号電荷６の電荷読み
出しゲート２付近の光電変換部１の幅に対して遠い部分
では細く分割されるように形成されている。
【００２０】細い幅の光電変換部１はナローチャンネル
効果によりポテンシャルが高くなるため、幅の異なる光
電変換部１が隣接する部分で傾斜を持つポテンシャル５
ｄ１が形成される。
効果によりポテンシャルが高くなるため、幅の異なる光
電変換部１が隣接する部分で傾斜を持つポテンシャル５
ｄ１が形成される。
【００２１】この光電変換部１に電荷読み出しゲート２
を設けて、固体撮像素子を構成し、電荷読み出しゲート
２直下のポテンシャルが電荷読み出しゲート２直前の光
電変換部１のポテンシャルφｃよりも低くなるように、
電荷読み出しゲート２に電圧を加えると信号電荷６は最
もポテンシャルの低い電荷読み出しゲートへ転送され
る。
を設けて、固体撮像素子を構成し、電荷読み出しゲート
２直下のポテンシャルが電荷読み出しゲート２直前の光
電変換部１のポテンシャルφｃよりも低くなるように、
電荷読み出しゲート２に電圧を加えると信号電荷６は最
もポテンシャルの低い電荷読み出しゲートへ転送され
る。
【００２２】なお、本発明の実施例は、前記実施例に限
定されるものではなく種々の変形が可能であることは言
うまでもない。例えば、実施例では３種類の幅の光電変
換部で形成されていたが、光電変換部内に二種類以上の
幅の光電変換部が隣接してさえいれば良いので、図３
（ａ），（ｂ）に示すようなに様々な形状が考えられる
ことは明白である。
定されるものではなく種々の変形が可能であることは言
うまでもない。例えば、実施例では３種類の幅の光電変
換部で形成されていたが、光電変換部内に二種類以上の
幅の光電変換部が隣接してさえいれば良いので、図３
（ａ），（ｂ）に示すようなに様々な形状が考えられる
ことは明白である。
【００２３】又、実施例ではポテンシャルの傾斜を幅の
異なる光電変換部の隣接する部分で得ていたが、図３
（ｃ），（ｄ）の様に光電変換部の形状を信号電荷の転
送方向に底辺がある三角形や台形にすることでも、ポテ
ンシャルの傾斜を形成することが可能である。
異なる光電変換部の隣接する部分で得ていたが、図３
（ｃ），（ｄ）の様に光電変換部の形状を信号電荷の転
送方向に底辺がある三角形や台形にすることでも、ポテ
ンシャルの傾斜を形成することが可能である。
【００２４】さらに、これらの形状は様々に複合させる
ことが可能であり、光電変換部の形状は事実上無限に存
在する。
ことが可能であり、光電変換部の形状は事実上無限に存
在する。
【００２５】
【発明の効果】以上、本発明は光電変換部のポテンシャ
ルに傾斜を持たせる特別な工程が必要でなく、光電変換
部の形状の変更だけで済むため、既存製造ラインへの導
入が早く行え、コストの上昇も最小限にとどめられる。
ルに傾斜を持たせる特別な工程が必要でなく、光電変換
部の形状の変更だけで済むため、既存製造ラインへの導
入が早く行え、コストの上昇も最小限にとどめられる。
【００２６】このようにして形成された傾斜したポテン
シャルを持つ光電変換部は信号電荷の転送速度が速く、
高速読み出しを必要とするイメージセンサや光電変換部
が信号電荷転送方向に長いセンサの場合であっても信号
電荷の読み残しを抑え残像現象を起こしにくくする。
シャルを持つ光電変換部は信号電荷の転送速度が速く、
高速読み出しを必要とするイメージセンサや光電変換部
が信号電荷転送方向に長いセンサの場合であっても信号
電荷の読み残しを抑え残像現象を起こしにくくする。
【図１】本発明の一実施例における固体撮像素子の平面
図
図
【図２】本発明の固体撮像素子の断面図と各断面のポテ
ンシャル分布図
ンシャル分布図
【図３】本発明の光電変換部の平面図
【図４】従来技術を説明する固体撮像素子の平面図とポ
テンシャル図
テンシャル図
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 光電変換部 ２ 電荷読み出しゲート
Claims (1)
- 【請求項１】外部からの入射光を信号電荷に変換し、さ
らに前記信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変
換部に隣接した電荷読み出しゲートとから構成される受
光素子を備え、前記電荷読み出しゲートから離れる方向
に前記光電変換部の幅を細く形成したことを特徴とする
固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4154633A JPH05347401A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4154633A JPH05347401A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05347401A true JPH05347401A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=15588468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4154633A Pending JPH05347401A (ja) | 1992-06-15 | 1992-06-15 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05347401A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001036061A (ja) * | 1999-07-06 | 2001-02-09 | Motorola Inc | 電子コンポーネントおよび電子コンポーネントにおけるピクセル電荷移動を改善する方法 |
| JP2002231926A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | ラインセンサおよびそれを用いた放射線画像情報読取装置 |
| WO2009147863A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | 本田技研工業株式会社 | 光受信機 |
| WO2010013811A1 (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | 国立大学法人静岡大学 | 高速電荷転送フォトダイオード、ロックインピクセル及び固体撮像装置 |
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| JP2011054596A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Renesas Electronics Corp | Ｃｃｄイメージセンサ |
| WO2013125631A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 |
| JP2018006719A (ja) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | 株式会社ブルックマンテクノロジ | 光検出素子及び固体撮像装置 |
-
1992
- 1992-06-15 JP JP4154633A patent/JPH05347401A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPWO2009147863A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2011-10-27 | 本田技研工業株式会社 | 光受信機 |
| JP2010040594A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-18 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 高速電荷転送フォトダイオード、ロックインピクセル及び固体撮像装置 |
| US8587709B2 (en) | 2008-07-31 | 2013-11-19 | National University Corporation Shizuoka University | High-speed charge-transfer photodiode, a lock-in pixel, and a solid-state imaging device |
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| WO2010074252A1 (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-01 | 国立大学法人静岡大学 | 半導体素子及び固体撮像装置 |
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| JP2011054596A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Renesas Electronics Corp | Ｃｃｄイメージセンサ |
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| JP2013172136A (ja) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Sharp Corp | 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 |
| CN104115272A (zh) * | 2012-02-23 | 2014-10-22 | 夏普株式会社 | 固体摄像元件以及固体摄像元件的制造方法 |
| US10186547B2 (en) | 2012-02-23 | 2019-01-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging element and method of manufacturing the same |
| JP2018006719A (ja) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | 株式会社ブルックマンテクノロジ | 光検出素子及び固体撮像装置 |
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