JPH06151808A - 電荷転送装置および固体撮像素子 - Google Patents

電荷転送装置および固体撮像素子

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JPH06151808A
JPH06151808A JP5098430A JP9843093A JPH06151808A JP H06151808 A JPH06151808 A JP H06151808A JP 5098430 A JP5098430 A JP 5098430A JP 9843093 A JP9843093 A JP 9843093A JP H06151808 A JPH06151808 A JP H06151808A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 多種の光を検出できる高集積型電荷転送装置
および固体撮像素子を提供することにある。 【構成】 第1導電型半導体基板31としてp型シリコ
ン基板が使用され、第2導電型埋込チャネル領域32と
してn型シリコン層、第1導電型表面チャネル領域33
としてp型シリコン層が使用された。表面チャネル領域
33であるp型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜34
として形成され、さらにその上に複数の転送電極35と
して多結晶シリコン層が形成される。ここで36は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、37は価電子帯のポ
テンシャルプロファイルを、38は多数の転送電極35
としての多結晶シリコン層に印加される電圧を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送装置および固
体撮像素子に関し、特に高い信号対雑音比(S/N比)
で信号電荷を転送すると共に、暗電流の発生を防止でき
る電荷転送装置および固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高い信号対雑音比を有する電荷転
送装置として、CCDが利用されており、特にこのCC
Dは固体撮像素子に利用されている。CCDはチャネル
領域の構造にしたがって表面チャネルCCDと、埋込チ
ャネルCCDとに区分される。
【0003】図1および図2は各々表面チャネルCC
D、および埋込チャネルCCDの断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示す図である。6は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、7は価電子帯のポテ
ンシャルプロファイルを示す。図1のような表面チャネ
ルCCDでは、多結晶シリコンの転送電極5に印加する
電圧8によりp型シリコン基板2aの表面の導電型をn
型に反転させることにより、チャネル領域を形成する。
この場合、チャネル領域において、ポテンシャルがもっ
と大きい部位はp型シリコン基板2aと第1電極絶縁膜
4との境界で、その境界では、ポテンシャルプロファイ
ルと転送された信号電荷との相互作用が活発に生ずるの
で、信号電荷の転送効率が低下され、信号対雑音比(S
/N比)も低下される結果を招来する。
【0004】しかし、図2に示した埋込チャネルCCD
はもっと高いポテンシャルがp型シリコン基板2a内に
あるので、その境界においてのポテンシャルと転送され
た信号電荷の相互作用の頻度数が低下される。したがっ
て、埋込チャネルCCDは表面チャネルCCDより信号
対雑音比は高いが、同一条件下においての電荷転送の容
量は表面チャネルCCDより低い。図2においても、や
はり6は電導帯のポテンシャルプロファイルを、7は価
電子帯のポテンシャルプロファイルを、かつ、8は転送
電極5に印加される電圧を示す。表面チャネルCCDお
よび埋込チャネルCCDにおいて、暗電流発生の主要原
因は、p型シリコン基板2aと第1絶縁膜4との境界に
おいてのポテンシャルにより発生される電荷である。
【0005】最近、半導体材料の開発、製造工程の清潔
化および光検出部構造の結果により、暗電流を60℃の
高温条件下においても、1nA/cm2 程低減することが
できることはよく知られている。しかし、日に日に固体
撮像素子の小型化乃至高感度化が要求されるので、これ
により、標準信号電荷量が低下する傾向であるので、こ
のような値も不充分なこととなる。また、素子集積化に
したがってチャネル領域の幅は狭いので、狭帯(narro
w)チャネル効果が大きく発生された。したがって、C
CDにおいて取扱いされる信号電荷量が低減された。取
扱い電荷量を増加させる方法として、CCD駆動電圧と
してプラス電圧およびマイナス電圧を利用する方法が有
効であるが、従来このような方法は暗電流が増加される
問題がある。このため、暗電流が問題となる低速駆動C
CDの場合には、駆動電圧として暗電流が発生されない
マイナス電圧(すなわち、信号電荷が電子である場合)
のみが利用されている。
【0006】図3は電荷転送装置としてインタライント
ラスファ方式のCCDを使用したカラー固体撮像素子の
1つの画素に該当する断面を示したものである。図3に
よれば、色信号を出力させるために赤色、緑色、青色の
フィルター層22a−22cをホトダイオード13の上
側に形成する。また図3によれば、ある種類の光検出素
子(たとえば、P−N接合のホトダイオード)13が使
用される。
【0007】しかし、赤色フィルター、緑色フィルタ
ー、青色フィルターのようなカラーフィルターは、所望
する色以外の光は吸収し、所望する特定の波長の光のみ
を選択的に透過させるので、光の利用効率面においては
よくない。したがって、より高効率のカラー固体撮像素
子を実現するには、各々異なる波長帯域を有する赤色信
号、青色信号および緑色信号を同時に得る技術を必要と
する。しかし従来技術によれば、受信した光から各々異
なる波長帯域を有する色信号を得られる単一の固体撮像
素子を実現することは不可能であった。図3において、
符号1はn型シリコン基板、2bはp型ウェル基板、4
は第1電極絶縁膜、10はチャネルストップ領域、2
1,23は平坦化層、25はp型ホール蓄積層、26は
光遮断層、27は第1多結晶シリコン転送電極、28は
第2多結晶シリコン転送電極、29は第2電極絶縁膜を
各々示す。
【0008】図4は1つの半導体基板上に、互いに異な
る2つの分光感度を有する固体撮像素子の略構成ブロッ
ク図であり、図5は図4中、1つの画素部に該当する断
面図である。図5において、第1光検出素子は可視領域
用P−N接合のホトダイオード13であり、第2光検出
素子は積外線用ショットキーバリアダイオード12であ
る。ショットキーバリアダイオード12の物質としてP
tSiが使用される。図5において符号2b,4,1
0,29は図3と同一である。図4において、可視領域
の光検出素子13および赤外線領域の第1光検出素子1
2から各々独立的に信号電荷を読み取るために可視領域
の光信号電荷を転送する第2垂直CCD14aおよび赤
外線領域の光信号電荷を転送する第2垂直CCD14b
が設けられる。また、第1垂直CCD14aからの可視
領域の光信号電荷を出力側に転送する第1水平CCD1
7aおよび第2垂直CCD14bからの赤外線領域の光
信号電荷を出力側に転送する第2水平CCD17bが設
けられる。29aは第1水平CCD17aおよび第2水
平CCD17bを電気的に分離するための絶縁膜であ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術は第1種類と第2種類の光検出素子に対し
て各々独立的な信号電荷転送経路(すなわち、第1垂直
CCDおよび第2垂直CCD、第1水平CCDおよび第
2水平CCD)を必要とする。したがって、各信号電荷
転送経路を1つの装置に、共に集積化しなければならな
い問題がある。
【0010】本発明は前記従来の問題点を解消するため
のもので、暗電流の発生を減少できる電荷転送装置およ
び固体撮像素子を提供することにその目的がある。本発
明の他の目的は、カラーフィルター層を使用しない分光
機能を有する電荷転送装置および固体撮像素子を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は、多種の光を
検出できる高集積型電荷転送装置および固体撮像素子を
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、表面内に形成された埋込チャネ
ル領域上に、埋込チャネル領域とは反対の導電性を有す
る表面チャネル領域を形成することにより、埋込チャネ
ル領域と表面チャネル領域とが積層された2層構造の信
号電荷転送経路を有する電荷転送装置および固体撮像素
子を実現することにその目的がある。すなわち、本発明
によれば、積層されたチャネル領域中、表面チャネル領
域を基板とゲート絶縁膜との境界より発生する暗電流を
蓄積し排出することに利用し、埋込チャネル領域は光信
号電荷を転送することに利用することにより、暗電流が
低く、かつ高い信号対雑音比を有する固体撮像素子が実
現され、転送電極(またはゲート電極)にマイナスのみ
ならずプラス駆動電圧を印加しても暗電流が増加されな
く、転送される信号電荷量を最大に増加させることがで
きる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説
明する。まず、図6は、本発明による電荷転送装置(す
なわちCCD)を概略的に説明するための説明図で、信
号電荷を転送するチャネル領域の断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示すものである。図7
は、本発明によるCCDの断面図である。図7におい
て、第1導電型半導体基板31としてp型シリコン基板
が使用され、第2導電型埋込チャネル領域32としてn
型シリコン層、第1導電型表面チャネル領域33として
p型シリコン層が使用された。表面チャネル領域33で
あるp型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜34として
形成され、さらにその上に複数の転送電極35として多
結晶シリコン層が形成される。
【0013】ここで36は電導帯のポテンシャルプロフ
ァイルを、37は価電子帯のポテンシャルプロファイル
を、38は多数の転送電極35としての多結晶シリコン
層に印加される電圧を示す。図7に示すように、1つの
表面チャネル領域33と1つの埋込チャネル領域32と
からなる各チャネル領域は、チャネルストップ領域39
であるp+ 型シリコン領域によって電気的に分離され
る。ここで符号+は高濃度の不純物を示す。表面チャネ
ル領域33の信号電荷を排出し、ノイズおよび暗電流が
ない信号電荷を埋込チャネル領域より読み取るために
は、表面チャネル領域33および埋込チャネル領域32
からそれぞれ独立的に信号電荷を出力させる必要があ
る。このような構造を図8に示す。
【0014】図8ないし図10は、本発明による電荷転
送装置を示すものである。図8および図9に示すよう
に、掃引出力(sweep out)用電極(またはゲ
ート電極)35hにより表面チャネル領域33からの暗
電流を排出させる掃引出力ドレーン40aが電荷転送経
路の中間部分に設けられる。図8および図10に示すよ
うに、信号電荷の注入のために信号電荷注入用電極35
aおよび信号電荷注入用ソース40bが設けられ、転送
電極35jにより埋込チャネル領域32からの信号電荷
を検出するフローティンブ拡散領域40cが設けられ
る。この時、表面チャネル領域33には信号電荷が注入
しないので信号電荷注入用電極35aは埋込チャネル領
域32上のみ形成される。ここで、符号35b−35
i,35jは図6における複数の転送電極を示す。
【0015】図8ないし図10に示すように、電荷転送
装置(すなわちCCD)は、第1導電型半導体基板3
1;第1導電型半導体基板31の表面に形成された第1
導電型表面チャネル領域33;表面チャネル領域33の
下側に形成され、一側部が表面チャネル領域33より長
く形成された第2導電型の埋込チャネル領域32;半導
体基板の全表面に形成された電極絶縁膜34;半導体基
板の表面において表面チャネル領域33より長く形成さ
れた埋込チャネル領域32の一側部と接触されるように
形成される信号電荷注入用ソース40b;半導体基板の
表面において埋込チャネル領域32の他側部と接触され
るように形成され、信号電荷を検出するためのフローテ
ィング拡散(Floating Diffusion)
ゾーン40c;半導体基板31の表面において前記表面
チャネル領域33の他側面と一定距離をおいて形成さ
れ、表面チャネル領域33に蓄積された暗電流を排出さ
せるための掃引出力ドレーン40a;電極絶縁膜34の
表面の表面チャネル領域33より長く形成された埋込チ
ャネル領域32の一側部の上に形成され、信号電荷を埋
込チャネル領域32に注入するための信号電荷注入用電
極35a;電極絶縁膜34の表面の、表面チャネル領域
33と掃引出力ドレーン40aとの間の該当する部分に
形成され、表面チャネル領域33の他側部から掃引出力
ドレーン40aに暗電流を伝達するための掃引出力用電
極35h;かつ、電極絶縁膜34の表面の表面チャネル
領域33の上側に該当する部分の信号電荷注入用電極3
5aと掃引出力ドレーン40aとの間に一定間隔をおい
て形成される複数の転送電極35;を備える。図8と9
とに示すように、表面チャネル領域33から掃引出力電
極(ゲート電極)35hを経て暗電流が流れるように、
掃引出力ドレイン40aは電荷転送路の中央に配置され
る。電荷注入用電極35aおよび電荷注入ソース40b
は信号電荷注入を行う。フローティング拡散領域40c
は転送電極35jを経て埋込チャネル領域からの信号電
荷を検出するように働く。信号電荷が表面チャネル領域
に注入されないように、電荷注入電極35aは埋込チャ
ネル領域32の上にだけ配置されている。
【0016】図11は本発明の第2実施例として単一の
種類の光検出素子を用いたインタライン転送方式の固体
撮像素子に、本発明の電荷転送装置(すなわち、CC
D)を適用したものである。図11において、図8乃至
図10における電荷注入ソース40bおよび信号電荷注
入用電極35aが各々n型光検出素子43および転送電
極49が使用される。図11の中、n型光検出素子43
は埋込ホトダイオードといわれる構造として、暗電流の
低域のために、その(n型光検出素子43)上側にp+
型ホール蓄積層44が形成されている。したがってp型
ウェル42と第1電極絶縁膜45aとの境界面から電子
発生を抑制する。n型光検出素子43から電荷転送領域
であるCCDへの電荷転送を制御するものは電荷注入用
転送電極49である。埋設されたn型光検出素子43よ
り発生された信号電荷を垂直CCDであるn型埋込チャ
ネル領域52に転送する。図11において、p型ウェル
はオーバフロードレーンを抑制するために、n型光検出
素子43の下方は浅く、それ以外の部分は深く形成され
る。もし、p型表面チャネル領域51を信号電荷転送に
利用しようとする場合、表面チャネル領域51からの転
送された信号電荷を掃引するための図8の掃引出力ドレ
ーン40aを信号電荷の検出のためのフローティング拡
散ゾーン40cに変更して構成し、p型表面チャネル領
域51上に図8の信号電荷注入用ソース40bを追加す
ればよい。図11において、符号41はn型シリコン基
板、42はp型ウェル、45は電極絶縁膜、46は平坦
化層、50は光遮断層、47は第1多結晶シリコン転送
電極、46bは電極を外部と絶縁させるための第2電極
絶縁膜、48は第2多結晶シリコン転送電極、53はp
+ 型チャネルストップ領域である。これらの機能は通常
のもであるので、詳細な説明は省略する。
【0017】図11によれば、本発明の第2実施例によ
る固体撮像素子は、p型シリコン基板41;p型シリコ
ン基板41上に形成されるp型ウェル42;ウェル42
の表面に、一定間隔をおいて形成され、暗電流を低減す
るためにホールを蓄積する複数のp+ 型ホール蓄積層4
4;ホール蓄積層44の下側に形成され、一方がホール
蓄積層44より長く形成される複数の光検出素子43;
p型ウェル44の表面より一側面が光検出素子43の一
側面と当接されるように形成される複数のn型の埋込チ
ャネル領域52;埋込チャネル領域52の表面より一方
が埋込チャネル領域52より短く形成される複数のp型
の表面チャネル領域51;表面チャネル領域51および
埋込チャネル領域52の他方とホール蓄積層44および
光検出素子43の他方との間に形成される複数のp+
チャネルストップ領域53;埋込チャネル領域52、表
面チャネル領域51、チャネルストップ領域53、光検
出素子43、ホール蓄積層44の全ての表面にわたって
形成される第1電極絶縁膜45a;第1電極絶縁膜45
aの表面の表面チャネル領域51より長く形成された埋
込チャネル領域52の一方の上側に形成された複数の信
号電荷注入用電極49;第1電極絶縁膜45aの表面の
表面チャネル領域51の上側部分に順次形成される複数
の第1多結晶シリコン転送電極47および第2多結晶シ
リコン転送電極48;電極を互いに絶縁させるとともに
外部とも絶縁させる複数の第2電極絶縁膜45b;第2
電極絶縁膜45b上に形成される複数の光遮断層50;
かつ、第1電極絶縁膜45aおよび光遮断層50上に形
成する平坦化層46;を備える。
【0018】図12は本発明の第3実施例における単一
の種類の光検出素子を用いたフレーム転方式の固体撮像
素子に、本発明の電荷転送装置(CCD)を適用したも
のである。図12によれば、p型表面チャネル領域57
およびn型埋込チャネル領域56はすべて光検出素子と
して使用され、このような点が第3実施例の特徴であ
る。図12において、符号54は平坦化層、55はp型
ウェル、58は電極絶縁膜、59は転送電極、60は平
坦化層、61はp型チャネルストップ領域を示す。
【0019】フレーム転送方式の固体撮像素子は表面が
全て受光部であるので、図12に示したフレーム転送方
式の固体撮像素子も、やはり受光部を中心として説明さ
れることができる。この場合、p型チャネルストップ領
域57を適切に選択すれば、p型チャネルストップ領域
57には、主に短波長の入射光によって発生された信号
電荷が蓄積され、かつn型埋込チャネル領域56には長
波長の入射光によって発生された信号電荷が蓄積され
る。何故ならば、シリコンは可視領域の光を吸収する時
に、波長に非常に大きく依存するためである。結局、短
波長の光はシリコン表面から短い距離においてほとんど
吸収され、長い波長の光はシリコン表面から遠い距離に
おいてほとんど吸収される。このように表面チャネル領
域57および埋込チャネル領域56より得られる信号電
荷を各々独立的に出力させると入射光の色に関する情報
が得られる。もちろん、2つのチャネル領域のみで元の
色を再現するほどの情報を得ることはないが、対称物の
色や照明源の波長分布に限定条件を賦与するさらに他の
手段を追加することにより色信号を分離することができ
る。
【0020】図12によれば、本発明の第3実施例によ
る固体撮像素子は、n型シリコン基板54;n型シリコ
ン基板54上に形成されるp型ウェル55;ウェル55
の表面に、一定間隔をおいて形成される複数のp型表面
チャネル領域57;表面チャネル領域57の下側に表面
チャネル領域57と当節されるように形成されるn型埋
込チャネル領域56;表面チャネル領域57およびn型
埋込チャネル領域56からなる各チャネル領域の側面間
に形成される複数のp型チャネルストップ領域61;チ
ャネルストップ領域61、埋込チャネル領域56および
表面チャネル領域57の全面に形成される電極絶縁膜5
8;電極絶縁膜58上に形成される転送電極59;かつ
転送電極59上に形成される平坦化層;を備える。
【0021】図13、図14は本発明の第4実施例を示
したもので、本発明の電荷転送装置(すなわち、CC
D)を適用した2つの種類の光検出素子を有する固体撮
像素子を示したものである。この固体撮像素子は、可視
領域用P−N接合のホトダイオード72と、赤外線領域
用PtSiとを使用したショットキーバリアダイオード
71が垂直CCD75を中心として各々両側に配列され
ており、可視領域用P−N接合のホトダイオード72
は、図14に示すように、埋込チャネル領域用電極74
によってn型第1埋込チャネル領域78に信号電荷を転
送し、ショットキーバリアダイオード71は表面チャネ
ル領域用電極73によって信号電荷をp型表面チャネル
領域77に転送する。すなわち、埋込チャネル領域用電
極74は垂直CCD75および可視領域用P−N接合の
ホトダイオード72上にわたって形成され、表面チャネ
ル領域用電極73は赤外線領域用ショットキーバリアダ
イオード71および垂直CCD75上にわたって形成さ
れる。また赤外線領域用ショットキーバリアダイオード
71は該当する垂直CCD75の左側に、可視領域用P
−N接合のホトダイオード72は該当する垂直VCCD
75の右側に1:1に対応して配置される。
【0022】また赤外線領域用ショットキーバリアダイ
オード71および可視領域用P−N接合のホトダイオー
ド72は、各1つの該当する垂直VCCD75と1つの
水平CCD76を共有する。何故ならば、図14に示す
ように、可視領域の光信号電荷、赤外線領域の光信号電
荷は、表面チャネル領域77および第1埋込チャネル領
域78を介して独立的に転送されるためである。図13
に示すように、第4実施例の固体撮像素子は、複数の垂
直CCD75に対して1つの水平CCD76が使用され
る。図14に示すように、赤外線領域の光によって信号
電荷は表面チャネル領域77に、可視領域の光信号電荷
は第2埋込チャネル領域79を介して第1埋込チャネル
領域78に転送される。また赤外線領域の光信号電荷は
表面チャネル領域用電極73によって、可視領域の光信
号電荷は埋込チャネル領域用電極74によって独立的に
読み取れる。図14に示すように、固体撮像素子の1つ
の画素に対応する断面構造によれば、転送電極80は図
5の従来構造の転送電極5に比べて横方向に長さ縮小さ
れた長さを有する。符号76aは出力される信号電荷を
感知するセンシングアンプ、81は第1電極絶縁膜、8
2は第2電極絶縁膜、83はチャネルストップ領域、8
4はp型半導体基板を示す。第4実施例において、光検
出素子の配列は2次元であるが、もちろん1次元の配列
の態様を有する固体撮像素子にも同様に応用できる。
【0023】図13および図14によれば、本発明の第
4実施例による固体撮像素子は、p型半導体基板84;
半導体基板84の表面に、一定間隔をおいて形成される
複数のp型チャネルストップ領域83;チャネルストッ
プ領域の間の中央部分に該当する半導体基板84の表面
内に形成される複数のp型表面チャネル領域77;表面
チャネル領域の下方に当接されるように形成される複数
のn型第1埋込チャネル領域78;表面チャネル領域7
7および第1埋込チャネル領域78の一側面と一定間隔
をおいて形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域
とは当接するように形成される複数の可視領域用P−N
接合のホトダイオード72;表面チャネル領域77およ
び第1埋込チャネル領域78の他側面と一定間隔をおい
て形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域83と
は当接するように形成される複数の赤外線領域用PtS
iのショットキーバリアダイオード71;表面チャネル
領域77および第1埋込チャネル領域78の他側面とシ
ョットキーバリアダイオード71との間に該当する半導
体基板84の表面内に形成される複数の第2埋込チャネ
ル領域79;チャネルストップ領域83、表面チャネル
領域77、半導体基板84、第2埋込チャネル領域7
9、P−N接合のホトダイオード72およびショットキ
ーバリアダイオード71の全ての表面にわたって形成さ
れる第1電極絶縁膜81;第1電極絶縁膜81の表面
中、ホトダイオード72と表面チャネル領域77の間に
該当する部分に形成され、ホトダイオード71から表面
チャネル領域77に信号電荷を転送するための表面チャ
ネル領域用電極73;第1電極絶縁膜81の表面の前記
第2埋込チャネル領域79に該当する部分に形成され、
ショットキーバリアダイオード71から第2埋込チャネ
ル領域79を介して第1埋込チャネル領域78に信号電
荷を転送するための複数の埋込チャネル領域用電極7
4;第1電極絶縁膜81の表面の表面チャネル領域77
に該当する部分に形成される複数の転送電極80;転送
電極80と表面チャネル領域用電極73および埋込チャ
ネル領域用電極74を外部と絶縁させる複数の第2電極
絶縁膜82;複数の表面チャネル領域77および第1埋
込チャネル領域78からの信号電荷を入力される順序の
通り出力する水平CCD76;かつ、水平CCD76か
らの信号電荷を感知するセンシングアンプ76a;を備
える。また、第4実施例は、光検出素子の種類も2つの
種類に限定されなく、複数の種類の光検出素子を配列さ
せて多色の信号電荷を読み取るために応用できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1つの電荷転送領域内に2つの独立されたチャネルが実
現でき、暗電流の低域および信号対雑音比の向上を得る
ことができ、かつ入射光からいろいろな色情報を得るこ
とができ、画素の高集積化を実現することができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の表面チャネルCCDの断面と、その断面
によるポテンシャルプロファイル(profile)を
示す図である。
【図2】従来の埋込チャネルCCDの断面と、その断面
によるポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図3】従来のCCD固体撮像素子の1つの画素に該当
する断面である。
【図4】従来のCCD固体撮像素子の概略構成ブロック
図である。
【図5】従来のCCD固体撮像素子の1つの画素に該当
する断面である。
【図6】本発明によるCCDの断面と、その断面による
ポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図7】本発明によるCCDの断面図である。
【図8】本発明の第1実施例によるCCDの平面図であ
る。
【図9】図8のa−a線による断面図である。
【図10】図8のb−b線による断面図である。
【図11】本発明の第2実施例による、本発明のCCD
を従来のCCD固体撮像素子に適用した場合における1
つの画素に該当する断面である。
【図12】本発明の第3実施例による、フレーム転送方
式の固体撮像素子に本発明のCCDを適用した場合にお
ける1つの画素に該当する断面である。
【図13】本発明の第4実施例によるCCDの平面図で
ある。
【図14】本発明の第4実施例によるフレーム転送方式
の固体撮像素子に本発明のCCDを適用した場合におけ
る1つの画素に該当する断面である。
【符号の説明】
31 半導体基板 32 埋込チャネル領域 33 表面チャネル領域 34 電極絶縁膜 35 多数の転送電極 35a 信号電荷注入用電極 39 チャネルストップ領域 35h 掃引出力用電極 40a 掃引出力ドレーン 40b 信号電荷注入用ソース 40c フローティング拡散ゾーン 35b〜35g,35i〜35j 転送電極 71 ショットキーバリアダイオード 72 P−N接合のホトダイオード 73 表面チャネル領域用電極 74 埋込チャネル領域用電極 75 垂直VCCD 76 水平CCD 76a センシングアンプ 77 表面チャネル領域 78 第1埋込チャネル領域 79 第2埋込チャネル領域 80 転送電極 81 第1電極絶縁膜 82 第2電極絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シンジ・ウヤ 大韓民国・ギョンギ−ド・カチョン−シ・ オンムン−ドン・ズゴン アパートメン ト・266−51

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型半導体基板;第1導電型半導
    体基板の表面に形成された第1導電型表面チャネル領
    域;表面チャネル領域の下側に形成され、一側部が表面
    チャネル領域より長く形成された第2導電型の埋込チャ
    ネル領域;半導体基板の全表面に形成された電極絶縁
    膜;半導体基板の表面において前記表面チャネル領域よ
    り長く形成された埋込チャネル領域の一側部と接触され
    るように形成される信号電荷注入用ソース;半導体基板
    の表面において前記埋込チャネル領域の他側部と接触さ
    れるように形成され、信号電荷を検出するためのフロー
    ティング拡散ゾーン;半導体基板の表面において前記表
    面チャネル領域の他側部と一定距離をおいて形成され、
    表面チャネル領域に蓄積された暗電流を排出させるため
    の掃引出力ドレーン;電極絶縁膜の表面の表面チャネル
    領域より長く形成された埋込チャネル領域の一側部の上
    に形成され、信号電荷を埋込チャネル領域に注入するた
    めの信号電荷注入用電極;電極絶縁膜の表面の表面チャ
    ネル領域と掃引出力ドレーンとの間の該当する部分に形
    成され、表面チャネル領域の他側部から掃引出力ドレー
    ンに暗電流を伝達するための掃引出力用電極;かつ、電
    極絶縁膜の表面の信号電荷注入用電極と掃引出力ドレー
    ンとの間および表面チャネル領域の上側に該当する部分
    に一定間隔をおいて形成される複数の転送電極;を備え
    ることを特徴とする電荷転送装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型半導体基板は、p型シリコン
    基板であることを特徴とする第1項記載の電荷転送装
    置。
  3. 【請求項3】 第1導電型半導体基板;半導体基板上に
    形成される第2導電型ウェル;前記ウェルの表面に、一
    定間隔をおいて形成され、暗電流を低減するためにホー
    ルを蓄積する複数の第2導電型ホール蓄積層;ホール蓄
    積層の下側に形成され、一方がホール蓄積層より長く形
    成される複数の光検出素子;前記ウェルの表面より一側
    部が光検出素子の一側部と当接されるように形成される
    複数の第1導電型の埋込チャネル領域;一側部が前記埋
    込チャネル領域より短く形成される複数の第2導電型の
    表面チャネル領域;表面チャネル領域および埋込チャネ
    ル領域の他方とホール蓄積層および光検出素子の他方と
    の間に形成される複数の第2導電型チャネルストップ領
    域;埋込チャネル領域、表面チャネル領域、チャネルス
    トップ領域、光検出素子、ホール蓄積層の全ての表面に
    わたって形成される第1電極絶縁膜;電極絶縁膜の表面
    の表面チャネル領域より長く形成された埋込チャネル領
    域の一方上に形成された複数の信号電荷注入用電極;電
    極絶縁膜の表面の表面チャネル領域の上側部分に順次形
    成される複数の第1転送電極および第2転送電極;電極
    を互いに絶縁させ、それと同時に外部と絶縁させる複数
    の第2電極絶縁膜;前記第2電極絶縁膜上に形成される
    複数の光遮断層;かつ、前記第1電極絶縁膜および光遮
    断層上に形成する平坦化層;を備えることを特徴とする
    固体撮像素子。
  4. 【請求項4】 前記複数の光検出素子は、単一の種類の
    ものであることを特徴とする第3項記載の固体撮像素
    子。
  5. 【請求項5】 第2導電型ウェルは、オーバフロードレ
    ーンを抑制するために、第1導電型の光検出素子の下方
    は浅く、それ以外の部分は深く形成することを特徴とす
    る第3項記載の固体撮像素子。
  6. 【請求項6】 第2導電型ホール蓄積層およびチャネル
    ストップ領域は、前記ウェルより高濃度であることを特
    徴とする第3項記載の固体撮像素子。
  7. 【請求項7】 信号電荷注入用電極と、第1転送電極お
    よび第2転送電極は、すべて多結晶シリコンであること
    を特徴とする第3項記載の固体撮像素子。
  8. 【請求項8】 第1導電型半導体基板;半導体基板上に
    形成される第2導電型ウェル;前記ウェルの表面内に、
    一定間隔をおいて形成される複数の第2導電型表面チャ
    ネル領域;表面チャネル領域の下側に、このチャネルス
    トップ領域に当接するように形成される第1導電型埋込
    チャネル領域;表面チャネル領域と埋込チャネル領域と
    からなる各チャネル領域の側面間に形成される複数の第
    2導電型埋込チャネルストップ領域;チャネルストップ
    領域、埋込チャネル領域および表面チャネル領域の全面
    にわたって形成される電極絶縁膜;電極絶縁膜上形成さ
    れる転送電極;かつ、転送電極に形成される平坦化層;
    を備えることを特徴とする固体撮像素子。
  9. 【請求項9】 表面チャネル領域には短波長の光によっ
    て信号電荷が独立的に発生され、埋込チャネル領域には
    長波長の光によって信号電荷が独立的に発生されるよう
    に、表面チャネル領域および埋込チャネル領域の深さが
    調節されることを特徴とする第8項記載の固体撮像素
    子。
  10. 【請求項10】 前記ウェルは、オーバフロードレーン
    を防止するために、埋込チャネル領域の下方は浅く、そ
    れ以外の部分は深く形成することを特徴とする第8項記
    載の固体撮像素子。
  11. 【請求項11】 第1導電型半導体基板;半導体基板の
    表面内に、一定間隔をおいて形成される複数の第1導電
    型チャネルストップ領域;チャネルストップ領域の間の
    中央部分に該当する半導体基板の表面に形成される複数
    の第1導電型表面チャネル領域;第2導電型を有し、表
    面チャネル領域の下方に当接されるように形成される複
    数の第1埋込チャネル領域;表面チャネル領域および第
    1埋込チャネル領域の一側部と一定間隔をおいて形成さ
    れ、かつ隣接するチャネルストップ領域とは当接するよ
    うに形成される複数の第1光検出素子;表面チャネル領
    域および第1埋込チャネル領域の他側部と一定間隔をお
    いて形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域とは
    当接するように形成される複数の第2光検出素子;表面
    チャネル領域および第1埋込チャネル領域の他側部と第
    2光検出素子との間に該当する半導体基板の表面に形成
    される複数の第2埋込チャネル領域;チャネルストップ
    領域、表面チャネル領域、半導体基板、第2埋込チャネ
    ル領域、第1光検出素子および第2光検出素子の全ての
    表面にわたって形成される第1電極絶縁膜;第1電極絶
    縁膜の表面の第1光検出素子と表面チャネル領域との間
    に該当する部分に形成され、第1光検出素子から表面チ
    ャネル領域に信号電荷を転送するための表面チャネル領
    域用電極;第1電極絶縁膜の表面の前記第2埋込チャネ
    ル領域に該当する部分に形成され、第2光検出素子から
    第2埋込チャネル領域に信号電荷を転送するための複数
    の埋込チャネル領域用電極;第1電極絶縁膜の表面の表
    面チャネル領域に該当する部分に形成される複数の転送
    電極;転送電極と表面チャネル領域用電極および埋込チ
    ャネル領域用電極を外部と絶縁させる複数の第2電極絶
    縁膜;複数の表面チャネル領域および第1埋込チャネル
    領域からの信号電荷を入力される順序の通り出力する水
    平信号電荷転送領域;かつ、水平信号電荷転送領域から
    の信号電荷を感知するセンシングアンプ;を備えること
    を特徴とする固体撮像素子。
  12. 【請求項12】 第1光検出素子は、可視領域の光を入
    射するためのP−N接合ダイオードであり、第2光検出
    素子は、赤外線領域の光を入射するためのショットキー
    バリアダイオードであることを特徴とする第11項記載
    の固体撮像素子。
  13. 【請求項13】 ショットキーバリアダイオードの物質
    は、PtSiであることを特徴とする第12項記載の固
    体撮像素子。
  14. 【請求項14】 光検出素子は、2つに制限されること
    はなく、多数の種類の光検出素子が規則的に配列される
    ことができることを特徴とする第11項記載の固体撮像
    素子。
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