JPH0691239B2 - Solid-state image sensor - Google Patents
Solid-state image sensorInfo
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- JPH0691239B2 JPH0691239B2 JP62170177A JP17017787A JPH0691239B2 JP H0691239 B2 JPH0691239 B2 JP H0691239B2 JP 62170177 A JP62170177 A JP 62170177A JP 17017787 A JP17017787 A JP 17017787A JP H0691239 B2 JPH0691239 B2 JP H0691239B2
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- 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〕 本発明は固体撮像素子に関する。The present invention relates to a solid-state image sensor.
近年、固体撮像素子は高密度、高解像度化される傾向に
ある。このような高密度化にあたっては、素子の受光領
域を十分に確保し、感度の低下を防止する必要がある。
従来の電荷結合素子を用いた固体撮像素子には、インタ
ライン型とフレーム転送型があり、高解像度化のために
は、一般にフレーム転送型が有利であるが、フレーム転
送型の場合、撮像部のほかにメモリ部を必要とするため
素子サイズが大きくなり、歩留まりが低下するという欠
点がある。In recent years, solid-state imaging devices have tended to have higher density and higher resolution. In order to achieve such a high density, it is necessary to sufficiently secure the light receiving region of the element and prevent the sensitivity from decreasing.
Conventional solid-state imaging devices using charge-coupled devices include interline types and frame transfer types. Generally, the frame transfer type is advantageous for higher resolution. In addition to the above, there is a drawback that the device size becomes large and the yield decreases because a memory unit is required.
第2図は従来のフレーム転送型固体撮像素子を模式的に
示した平面図である。撮像部1で光電変換された信号電
荷は、垂直ブランキング期間に駆動端子5,6から供給さ
れるパルスにより下方に転送され、メモリ部2に蓄積さ
れる。この信号電荷は、水平ブランキング期間に駆動端
子6,7に印加されるパルスにより水平の一列ずつ、水平
レジスタ3に転送され、さらに水平レジスタ3の中を左
方に転送され、出力アンプ4を介して出力端子8からビ
デオ信号として出力される。FIG. 2 is a plan view schematically showing a conventional frame transfer type solid-state imaging device. The signal charges photoelectrically converted by the image pickup unit 1 are transferred downward by the pulses supplied from the drive terminals 5 and 6 in the vertical blanking period, and are accumulated in the memory unit 2. This signal charge is transferred to the horizontal register 3 one by one in a horizontal row by a pulse applied to the drive terminals 6 and 7 in the horizontal blanking period, and further transferred to the left in the horizontal register 3 to output the output amplifier 4 to the left. A video signal is output from the output terminal 8 via the output terminal 8.
第3図は第2図に示す撮像部1の水平方向の単位素子の
断面図を示している。図において、11は一導電型、例え
ばP型の半導体基板、12は埋め込みチャネルを構成する
N型の半導体層で、各チャネルはチャネルストッパ13に
よって分離される。14はゲート酸化膜、15は転送電極、
16は表面酸化膜である。外部からの入射光は、素子の表
面側あるいは裏面から照射される。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a unit element in the horizontal direction of the image pickup section 1 shown in FIG. In the figure, 11 is a semiconductor substrate of one conductivity type, for example, P type, 12 is an N type semiconductor layer forming a buried channel, and each channel is separated by a channel stopper 13. 14 is a gate oxide film, 15 is a transfer electrode,
16 is a surface oxide film. Incident light from the outside is emitted from the front surface side or the back surface of the element.
一般に、素子の表面には、多結晶のシリコンが電極とし
て配線されており、素子表面から光を入射させる場合に
は、入射光の一部がこの多結晶シリコンで吸収されて感
度の低下を招く。このため、シリコン基板を10μm程度
に薄く削り、光を裏面から照射する素子が有利である。
しかし、シリコン基板を制御性よく10μm程度に薄くす
ることが困難である。また、従来のフレーム転送型の素
子では、電荷結合素子そのものが、本質的に受光部とシ
フトレジスタ部とを兼ねることになるため、1フィール
ド毎に、連続的に画像を撮像しようとする場合には、撮
像し終わった一画面を蓄積し、一水平ライン毎に信号を
読み出すためのフィールドメモリ部を設けている。In general, polycrystalline silicon is wired as an electrode on the surface of the element, and when light is incident from the surface of the element, a part of incident light is absorbed by the polycrystalline silicon, resulting in a decrease in sensitivity. . For this reason, an element in which the silicon substrate is thinly cut to about 10 μm and light is irradiated from the back surface is advantageous.
However, it is difficult to controllably thin the silicon substrate to about 10 μm. Further, in the conventional frame transfer type element, the charge coupled element itself essentially serves as both the light receiving section and the shift register section. Therefore, in the case of continuously capturing an image for each field. Is equipped with a field memory unit for accumulating one imaged image and reading out a signal for each horizontal line.
従来のフレーム転送型固体撮像素子では、光電変換部の
他に、撮像し終わった画像を一時的に蓄えておくための
フィールドメモリ部2を必要とするため、素子サイズが
大きくなり、歩留まりが低下するという欠点があった。
また、入射光を裏面から照射する素子では、シリコン基
板を制御性よく薄膜化することが困難であった。In the conventional frame transfer type solid-state imaging device, in addition to the photoelectric conversion unit, the field memory unit 2 for temporarily storing the captured image is required, so that the device size increases and the yield decreases. There was a drawback to do.
Further, it is difficult to thin the silicon substrate with good controllability in an element that irradiates incident light from the back surface.
本発明の目的は、このような問題点を解決し、素子サイ
ズを小形化すると共に、高感度・高解像度の素子を歩留
り良く形成できる固体撮像素子を提供することにある。An object of the present invention is to solve such problems, to provide a solid-state image pickup device capable of forming an element having a small size and a high sensitivity and a high resolution with a high yield.
本発明の固体撮像素子は、一導電型の半導体基板の一主
面に複数列の電荷結合素子によるシフトレジスタが並列
的に形成され、裏面には前記半導体基板とは反対導電型
の複数の半導体領域が形成され、前記主表面から裏面に
向けて表面を絶縁膜で被覆された埋め込み電極が貫いて
形成され、前記シフトレジスタ及び前記半導体領域は水
平方向には前記埋め込み電極によって分離され、前記半
導体領域は電荷転送方向にはチャネルストップあるいは
前記半導体基板によって分離されて受光部となる画素を
構成し、前記半導体領域によって構成される各画素は前
記シフトレジスタの一転送段に対応して配置され、前記
半導体領域と前記電荷結合素子とは前記埋め込み電極に
よって電気的に結合または分離されてなることを特徴と
する。In the solid-state imaging device of the present invention, shift registers composed of a plurality of columns of charge-coupled devices are formed in parallel on one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, and a plurality of semiconductors of conductivity types opposite to the semiconductor substrate are formed on the back surface. A region is formed, and a buried electrode whose surface is covered with an insulating film is formed so as to penetrate from the main surface to the back surface, and the shift register and the semiconductor region are horizontally separated by the buried electrode. The region constitutes a pixel which becomes a light receiving portion by being separated by a channel stop or the semiconductor substrate in the charge transfer direction, and each pixel constituted by the semiconductor region is arranged corresponding to one transfer stage of the shift register, The semiconductor region and the charge coupled device may be electrically coupled or separated by the embedded electrode.
本発明の構成による素子は、光電変換をつかさどるフォ
トダイオードが半導体基板の裏面に形成され、光電変換
された信号電荷を転送するための電荷結合素子によるシ
フトレジスタが基板表面側に形成され、これらフォトダ
イオードと電荷結合素子とが、基板を表面側から裏面側
に貫いて形成される多結晶シリコンによるゲート電極に
よって結合されてなる構成となっており、光電変換部と
シフトレジスタ部とが場所的に独立して形成されている
ので、光電変換機能と信号電荷転送機能とを、独立に行
わしめることが可能となる。さらに、光電変換部すなわ
ちフォトダイオードとシフトレジスタ部すなわちフィー
ルドメモリ部とは、基板の両面にそれぞれ形成される構
成となっており、従来のように同一平面内に形成されて
いないため、素子サイズの低減が可能となる。In the device according to the configuration of the present invention, a photodiode that controls photoelectric conversion is formed on the back surface of the semiconductor substrate, and a shift register by a charge-coupled device for transferring photoelectrically converted signal charges is formed on the substrate front surface side. The diode and the charge-coupled device are configured to be coupled by a gate electrode made of polycrystalline silicon formed by penetrating the substrate from the front surface side to the back surface side, and the photoelectric conversion unit and the shift register unit are spatially arranged. Since they are formed independently, the photoelectric conversion function and the signal charge transfer function can be performed independently. Further, since the photoelectric conversion unit, that is, the photodiode and the shift register unit, that is, the field memory unit are formed on both surfaces of the substrate, respectively, and are not formed in the same plane as in the conventional case, the element size It is possible to reduce.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の単位素子の断面図である。この図では、P型半導体基
板11の表面側に、従来と同様に埋め込みチャネル12が形
成され、電荷結合素子によるシフトレジスタが構成され
る。一方、基板の裏面側にはN型半導体領域によるフォ
トダイオード21が形成され、また、基板11を貫いて表面
側から裏面側に多結晶シリコンによるゲート電極22が酸
化膜23を介して形成されている。すなわち、フォトダイ
オードをMOSトランジスタのソース、埋め込みチャネル1
2をドレイン、ゲート電極22をゲートとするようなトラ
ンジスタが基板内部に形成される構成となっている。FIG. 1 is a sectional view of a unit element of a semiconductor chip showing a main part of one embodiment of the present invention. In this figure, a buried channel 12 is formed on the surface side of a P-type semiconductor substrate 11 as in the conventional case, and a shift register including charge-coupled devices is formed. On the other hand, a photodiode 21 made of an N-type semiconductor region is formed on the back surface side of the substrate, and a gate electrode 22 made of polycrystalline silicon is formed through the substrate 11 from the front surface side to the back surface side via an oxide film 23. There is. That is, the photodiode is the source of the MOS transistor and the buried channel 1
A transistor having the drain 2 and the gate electrode 22 as the gate is formed inside the substrate.
このゲート電極22は、フォトダイオード21の画素間、あ
るいは電荷結合素子のチャネル間の素子分離の役割も果
たしている。半導体基板11の厚みは、数10μm程度であ
り、入射光は素子の裏面から照射される。The gate electrode 22 also plays the role of element isolation between the pixels of the photodiode 21 or between the channels of the charge coupled device. The thickness of the semiconductor substrate 11 is about several tens of μm, and incident light is emitted from the back surface of the device.
入射光は、フォトダイオード21で光電変換され、蓄積さ
れる。一定期間の後、ゲート電極22に読出しパルス電圧
を印加すると、信号電荷はフォトダイオードからゲート
電極22にそって埋め込みチャネル12へと転送される。こ
の動作により、フォトダイオード21は基準電位に設定さ
れ、再び光電変換と信号電荷の蓄積を開始する。一方、
埋め込みチャネル12に転送された電荷は、転送ゲート電
極22に印加されるパルスに同期してチャネル中を転送さ
れ出力される。この転送期間中にフォトダイオード21で
は、光電変換が行われ、次のフィールドの信号電荷が蓄
積される。すなわち、埋め込みチャネル12でのシフトレ
ジスタ動作とフォトダイオード21での光電変換動作が、
別々の場所でそれぞれ独立になされることになる。さら
に、フォトダイオード21と埋め込みチャネル12によるシ
フトレジスタとは、基板11の両面に形成されるため、素
子サイズが大きくなることはない。Incident light is photoelectrically converted by the photodiode 21 and accumulated. When a read pulse voltage is applied to the gate electrode 22 after a certain period of time, the signal charges are transferred from the photodiode along the gate electrode 22 to the buried channel 12. By this operation, the photodiode 21 is set to the reference potential, and photoelectric conversion and signal charge accumulation are started again. on the other hand,
The charges transferred to the buried channel 12 are transferred and output in the channel in synchronization with the pulse applied to the transfer gate electrode 22. During this transfer period, photoelectric conversion is performed in the photodiode 21 and the signal charge of the next field is accumulated. That is, the shift register operation in the buried channel 12 and the photoelectric conversion operation in the photodiode 21 are
It will be done independently in different places. Furthermore, since the photodiode 21 and the shift register including the buried channel 12 are formed on both surfaces of the substrate 11, the element size does not increase.
また、本実施例の素子では、光が裏面から入射され、フ
ォトダイオード21に蓄積されるわけであるが、フォトダ
イオード21から埋め込みチャネル12への信号電荷の転送
を効率良く行わせるには、ゲート電極22の長さ、すなわ
ち基板11の厚みを数μmから数10μm程度に薄くしてお
く必要がある。この素子では、ゲート電極22の形成に際
し、シリコン基板11に数μmから数10μmの溝を穿ち、
所定の酸化を施し、酸化膜23を形成し、その後多結晶シ
リコンをこの溝に埋め込み、さらに導電性をもたせてゲ
ート電極22としている。このような素子構造で、基板裏
面から基板シリコンをエッチングするとゲート電極22を
覆う酸化膜23の基板裏面部が、基板シリコンのエッチン
グ停止作用を果たすこととなり、基板の厚みを正確に制
御できることとなる。Further, in the device of this embodiment, light is incident from the back surface and is accumulated in the photodiode 21, but in order to efficiently transfer the signal charge from the photodiode 21 to the buried channel 12, It is necessary to reduce the length of the electrode 22, that is, the thickness of the substrate 11 to several μm to several tens of μm. In this element, when the gate electrode 22 is formed, a groove of several μm to several tens of μm is formed in the silicon substrate 11,
Predetermined oxidation is performed to form an oxide film 23, and then polycrystal silicon is embedded in this groove, and the gate electrode 22 is made to have conductivity. In such an element structure, when the substrate silicon is etched from the substrate rear surface, the substrate rear surface portion of the oxide film 23 covering the gate electrode 22 serves as an etching stopper action for the substrate silicon, and the thickness of the substrate can be accurately controlled. .
以上説明したように本発明は、フォトダイオードを基板
の裏面に、シフトレジスタを基板の表面側に形成できる
ため、素子サイズを小さくすることが出来、その結果、
極めて高感度で、高解像度の素子が歩留り良く形成でき
るという効果がある。As described above, according to the present invention, since the photodiode can be formed on the back surface of the substrate and the shift register can be formed on the front surface side of the substrate, the element size can be reduced.
There is an effect that a device having extremely high sensitivity and high resolution can be formed with high yield.
第1図は本発明の一実施例の主要部の単位素子断面図、
第2図,第3図は従来のフレーム転送型固体撮像素子の
模式的平面図およびその撮像部の単位素子断面図であ
る。 1……撮像部、2……メモリ部、3……水平レジスタ、
4……出力アンプ、5,6,7……駆動端子、8……出力端
子、11……P型半導体基板、12,12′……N型半導体
層、13,13′……チャネルストッパ、14……ゲート酸化
膜、15……転送電極、16……表面酸化膜、21,21′……
フォトダイオード、22,22′……ゲート電極、23,23′…
…酸化膜。FIG. 1 is a sectional view of a unit device of a main part of an embodiment of the present invention,
2 and 3 are a schematic plan view of a conventional frame transfer type solid-state image pickup device and a sectional view of a unit device of the image pickup section. 1 ... Imaging unit, 2 ... Memory unit, 3 ... Horizontal register,
4 ... Output amplifier, 5,6,7 ... Drive terminal, 8 ... Output terminal, 11 ... P-type semiconductor substrate, 12,12 '... N-type semiconductor layer, 13,13' ... Channel stopper, 14 …… Gate oxide film, 15 …… Transfer electrode, 16 …… Surface oxide film, 21,21 ′ ……
Photodiode, 22,22 '... Gate electrode, 23,23' ...
…Oxide film.
Claims (1)
電荷結合素子によるシフトレジスタが並列的に形成さ
れ、裏面には前記半導体基板とは反対導電型の複数の半
導体領域が形成され、前記主表面から裏面に向けて表面
を絶縁膜で被覆された埋め込み電極が貫いて形成され、
前記シフトレジスタ及び前記半導体領域は水平方向には
前記埋め込み電極によって分離され、前記半導体領域は
電荷転送方向にはチャネルストップあるいは前記半導体
基板によって分離されて受光部となる画素を構成し、前
記半導体領域によって構成される各画素は前記シフトレ
ジスタの一転送段に対応して配置され、前記半導体領域
と前記電荷結合素子とは前記埋め込み電極によって電気
的に結合または分離されてなることを特徴とする固体撮
像素子。1. A shift register composed of a plurality of columns of charge-coupled devices is formed in parallel on one main surface of a semiconductor substrate of one conductivity type, and a plurality of semiconductor regions of opposite conductivity type to the semiconductor substrate are formed on the back surface. And a buried electrode whose surface is covered with an insulating film is formed so as to penetrate from the main surface to the back surface,
The shift register and the semiconductor region are horizontally separated by the embedded electrode, and the semiconductor region is separated by a channel stop in the charge transfer direction or by the semiconductor substrate to form a pixel serving as a light receiving portion. Each pixel constituted by is arranged corresponding to one transfer stage of the shift register, and the semiconductor region and the charge coupled device are electrically coupled or separated by the embedded electrode. Image sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62170177A JPH0691239B2 (en) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | Solid-state image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62170177A JPH0691239B2 (en) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | Solid-state image sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS6413763A JPS6413763A (en) | 1989-01-18 |
JPH0691239B2 true JPH0691239B2 (en) | 1994-11-14 |
Family
ID=15900117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62170177A Expired - Lifetime JPH0691239B2 (en) | 1987-07-07 | 1987-07-07 | Solid-state image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0691239B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02194558A (en) * | 1989-01-21 | 1990-08-01 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
-
1987
- 1987-07-07 JP JP62170177A patent/JPH0691239B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS6413763A (en) | 1989-01-18 |
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