JPH0697413A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１電荷転送素子の電荷転送路の幅を所定通
りに形成する。 【構成】 光像投影面にマトリック状に形成された光電
変換素子１群と、一方向に並設される光電変換素子列に
隣接して形成され前記光電変換素子列を構成する各光電
変換素子からの電荷を転送する第１電荷転送素子２と、
この第１電荷転送素子に直交しかつ前記光電変換素子群
に隣接して形成された第２電荷転送素子４とを備え、上
記各素子のそれぞれにおいて電気的分離がなされるため
それらの間にアイソレーション層５０が形成されている
とともに、前記光電変換素子列と第２電荷転送素子４と
の間に比較的面積の大きなアイソレーション層５０が形
成されている固体撮像素子において、前記光電変換素子
列と第２電荷転送素子４との間に形成されている比較的
面積の大きなアイソレーション層５０を、その中央部に
アイソレーション層が存在しない環状形状とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に係り、
特に二次元像の情報が得られる固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の固体撮像素子は、半導体材料か
ら構成され、その基板の主表面である光像投影面に光電
変換素子群がマトリック状に形成されている。

【０００３】そして、一方向に並設されるそれぞれの光
電変換素子列に隣接して第１電荷転送素子（垂直シフト
レジスタ）が形成され、該光電変換素子列を構成する各
光電変換素子からの電荷を光像投影面外の領域に転送す
るようになっている。

【０００４】さらに、これら第１電荷転送素子に直交し
かつ前記光電変換素子群に隣接して形成された第２電荷
転送素子（水平シフトレジスタ）が形成され、各第１電
荷転送素子からの電荷を電圧変換回路に送出するように
なっている。

【０００５】このように構成される固体撮像素子は、上
記各素子のそれぞれにおいて電気的分離がなされるため
それらの間にアイソレーション層が形成され、また、こ
のアイソレーション層は、各光電変換素子列と第２電荷
転送素子との間にも比較的面積の大きな領域として形成
されている。

【０００６】このように比較的面積の大きなアイソレー
ション層が形成されている領域は、その上層において第
１電荷転送素子からの電荷を第２電荷転送素子側へ読み
だすための電荷読出し電極（この電極は第１電荷転送素
子における電荷転送電極を兼ねている場合もある。）が
形成されることから、光電変換素子を形成することがで
きない領域となっているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された固体撮像素子は、上述したような比較的
面積の大きなアイソレーション層が形成されていること
によって、次のような問題点が残されていることが指摘
された。

【０００８】すなわち、該アイソレーション層を形成す
る際において、その面積が比較的大きいことから、平面
的に観察してその縦横方向に不純物層が必要以上に拡散
して形成されてしまうという現象が発生するようにな
る。

【０００９】この場合、特に、隣接する第１電荷転送素
子の形成されている領域にも浸入して形成される結果、
該第１電荷転送素子の転送路の幅（実効チャンネル幅）
を狭めてしまうことになっていた。

【００１０】このため、それぞれの第１電荷転送素子に
おける電荷転送量にばらつきを生じさせることになり、
その改善が望まれていた。

【００１１】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、その目的とするところのものは、第１
電荷転送素子の電荷転送路の幅を所定通りに形成できる
固体撮像素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による固体撮像素子は、基本的には、
光像投影面にマトリック状に形成された光電変換素子群
と、一方向に並設される光電変換素子列に隣接して形成
され前記光電変換素子列を構成する各光電変換素子から
の電荷を転送する第１電荷転送素子と、この第１電荷転
送素子に直交しかつ前記光電変換素子群に隣接して形成
された第２電荷転送素子とを備え、上記各素子のそれぞ
れにおいて電気的分離がなされるためそれらの間にアイ
ソレーション層が形成されているとともに、前記光電変
換素子列と第２電荷転送素子との間に比較的面積の大き
なアイソレーション層が形成されている固体撮像素子に
おいて、前記光電変換素子列と第２電荷転送素子との間
に形成されている比較的面積の大きなアイソレーション
層を、その中央部にアイソレーション層が存在しない環
状形状としたことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】このように構成した固体撮像素子は、特に、光
電変換素子列と第２電荷転送素子との間に形成されてい
る比較的面積の大きなアイソレーション層を、その中央
部にアイソレーション層が存在しない環状形状としたも
のである。

【００１４】このようにアイソレーション層を環状とす
ることによって、その形成の際に、平面的に観察してそ
の縦横方向に不純物層が必要以上に拡散して形成されて
しまうということがなくなる。

【００１５】そして、このアイソレーション層の形成さ
れる領域は、その上層において第１電荷転送素子からの
電荷を第２電荷転送素子側へ読みだすための電荷読出し
電極が形成される領域であることから、上述のように該
アイソレーション層を環状形状としてもそれによる弊害
は全くみられないものとなる。

【００１６】むしろ、上述したアイソレーション層を環
状形状とすることは、第１電荷転送素子に隣接する各光
電変換素子がその周囲をほぼ環状形状からなるアイソレ
ーション層によって電気的分離が図られて構成されてい
ることから、条件が同等となり、第１電荷転送素子の電
荷転送路への浸入度合が均等になる。

【００１７】したがって、該電荷転送路の幅の小さい部
分が特に形成されてしまうことはなく、該幅を所定通り
に形成できることになる。

【００１８】

【実施例】図３は、本発明による固体撮像装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【００１９】同図は、一チップの半導体基板の主表面に
図示のような配列で各素子が形成されたものとなってい
る。同図において、前記半導体基板の主表面の光像投影
領域に複数のフォトダイオード１がマトリックス状に配
列されて形成されている。

【００２０】ここで、フォトダイオード１は、光照射に
よりその光の強度に応じて電荷を発生する光電変換素子
である。

【００２１】また、列方向に配列されたフォトダイオー
ド１の群毎に該列方向に沿って形成された垂直シフトレ
ジスタ（第１電荷転送素子）２があり、これら各垂直シ
フトレジスタ２はＣＣＤ素子から構成されている。

【００２２】これら垂直シフトレジスタ２は、それぞれ
列方向に配列された各フォトダイオード１にて発生した
電荷を読出すとともに、この電荷を列方向に沿って前記
光像投影領域外に転送させるものとなっている。

【００２３】なお、各フォトダイオード１から垂直シフ
トレジスタ２への電荷読出しは、図示しない電荷読出し
ゲートによりなされるようになっている。

【００２４】さらに、各垂直シフトレジスタ２からそれ
ぞれ転送されてきた電荷は、水平シフトレジスタ４（第
２電荷転送素子）に出力され、この水平シフトレジスタ
４によって水平方向に転送されるようになっている。こ
の水平シフトレジスタ４は、前記各垂直シフトレジスタ
２と同様にＣＣＤ素子により構成されている。

【００２５】水平シフトレジスタ４からの出力は、出力
回路５に入力され、この出力回路５において例えば電圧
に変換され、外部に取り出されるようになっている。

【００２６】図４は、前記垂直シフトレジスタ２である
ＣＣＤ素子とフォトダイオード１との関係を詳細に示し
た平面構成図である。

【００２７】同図において、図中散点領域がフォトダイ
オード１の形成領域となっており、これらフォトダイオ
ード１はマトリックス状に配置されている。

【００２８】そして、列方向（図中縦方向）に配置され
た各フォトダイオード群の間には、第１電荷転送路３５
が形成されている。第１電荷転送路３５は、図中左側に
位置付けられている各フォトダイオード１からの電荷を
読みだし、かつ転送するようになっている。

【００２９】電荷の読みだしおよび転送は、一層目に形
成された転送電極３０Ｂ、二層目に形成された転送電極
３０Ａによってなされるようになっている。

【００３０】転送電極３０Ｂおよび転送電極３０Ａはそ
れぞれ電荷転送路３５に沿って順次交互に配置されてい
るとともに、電荷転送路方向における転送電極３０Ａ
（二層目）の両端は、それぞれ転送電極３０Ｂ（一層
目）の上方に位置付けられ重畳領域を有するようになっ
ている。

【００３１】また、転送電極３０Ａの両脇辺（電荷転送
路３５と平行な辺）は、その一方の辺において転送電極
３０Ｂの対応する辺の延長線上に位置付けられている
が、他方の辺はフォトダイオード１の領域に及んで延在
されている。この転送電極３０Ａの前記延在部は、該フ
ォトダイオード１の電荷を読みだすための電荷読み出し
電極の機能を持たせるためのものである。

【００３２】そして、これら各電荷転送路３５上の転送
電極３０Ｂ、３０Ａは、隣接する電荷転送路３５上の転
送電極３０Ｂ、３０Ａと共通に転送信号が印加されるよ
うにそれらは互いに接続されている。

【００３３】図５は、前記垂直シフトレジスタ２である
ＣＣＤ素子と水平シフトレジスタ４であるＣＣＤ素子と
の関係を詳細に示した平面構成図である。

【００３４】同図において、前記第１電荷転送路３５と
直交して第２電荷転送路３８が形成されており、この第
２電荷転送路３８は前記各第１電荷転送路３５から転送
されてくる電荷を読みだし、そのまま図中左側へ転送す
るようになっている。

【００３５】その電荷の読みだしおよび転送は、一層目
に形成された転送電極４０Ｂ、二層目に形成された転送
電極４０Ａによってなされるようになっている。

【００３６】転送電極４０Ｂおよび転送電極４０Ａはそ
れぞれ電荷転送路３８に沿って順次交互に配置されてい
るとともに、電荷転送路方向における転送電極３０Ａ
（二層目）の両端は、それぞれ転送電極３０Ｂ（一層
目）の上方に位置付けられ重畳領域を有するようになっ
ている。

【００３７】図１は、上記図４および図５において、各
転送電極３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ、４０Ｂを除いた半導
体基板の主表面を示した平面図である。

【００３８】同図において、フォトダイオード１が形成
されている領域において、Ｎ型拡散層（図中、Ｎ型拡散
層の形成領域を散点領域で示している）が形成されてい
る。

【００３９】また、第１電荷転送路３５、第２電荷転送
路３８の各領域においてもＮ型拡散層が形成されてい
る。

【００４０】そして、フォトダイオード１と第１電荷転
送路３５、フォトダイオード１と第２電荷転送路３８と
の相互の電気的分離を図るためのアイソレーション層５
０がＰ型拡散層で形成されている。

【００４１】ここで、フォトダイオード１と第１電荷転
送路３５との間においては、フォトダイオード１から第
１電荷転送路３５への電荷読みだし領域１Ａがあり、し
たがって、この領域の部分には前記アイソレーション層
５０が形成されていないものとなっている。

【００４２】また、第１電荷転送路３５に沿って並設さ
れているフォトダイオード１群と第２電荷転送論理リン
ク３８との間には、該フォトダイオード１が形成されて
いない（あるいは機能していない）領域があり、この領
域には、図５に示すように、第１電荷転送路３５から第
２電荷転送路３８への電荷読みだしおよび転送を行なう
転送電極４０Ａ、４０Ｂが形成されるようになってい
る。

【００４３】そして、この領域において形成されるアイ
ソレーション層５０は、この実施例では、特に、その中
央部において該アイソレーション層が形成されていない
環状形状となっている。ここで、従来では、前記中央部
においてもアイソレーション層が形成され、従って平面
的に観て比較的面積の広いものとなっていた。

【００４４】さらに、この領域に形成されたアイソレー
ション層５０は、フォトダイオード１の形成領域に形成
されたアイソレーション層５０とほぼ同様の形状をな
し、フォトダイオード１の形成領域に形成されたアイソ
レーション層５０と異なる部分は、電荷読みだしに相当
する領域においてもアイソレーション層が形成されてい
ることにある。

【００４５】図１のIIａ−IIａ線、IIｂ−IIｂ線におけ
る断面図をそれぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。各
図から判るように、アイソレーション層２０の間に位置
づけられる第１電荷転送路３５は、その周辺の条件が全
く同じであることから、その幅Ｗもいづれにおいて全く
同じになる。

【００４６】この実施例のように構成した固体撮像素子
は、フォトダイオード１群と水平シフトレジスタ４との
間に形成されている比較的面積の大きなアイソレーショ
ン層を、その中央部にアイソレーション層が存在しない
環状形状としたものである。

【００４７】このようにアイソレーション層５０を環状
とすることによって、その形成の際に、平面的に観察し
てその縦横方向に不純物層が必要以上に拡散して形成さ
れてしまうということがなくなる。

【００４８】そして、このアイソレーション層５０の形
成される領域（その中央部を含む）は、その上層におい
て垂直シフトレジスタ２からの電荷を水平シフトレジス
タ４側へ読みだすための電荷読出し電極が形成される領
域であることから、上述のように該アイソレーション層
５０を環状形状としてもそれによる弊害は全くみられな
いものとなる。

【００４９】むしろ、上述したアイソレーション層５０
を環状形状とすることは、垂直シフトレジスタ２に隣接
する各フォトダイオード１がその周囲をほぼ環状形状か
らなるアイソレーション層５０によって電気的分離が図
られて構成されていることから、それらと条件が同等と
なり、垂直シフトレジスタ２の電荷転送路３５への拡散
浸入度合が均等になる。

【００５０】したがって、該電荷転送路３５の幅の小さ
い部分が特に形成されてしまうことはなく、該幅を所定
通りに形成できることになる。

【００５１】上述した実施例では、アイソレーション層
としてはＰ型の拡散層からなるものであるが、Ｎ型の拡
散層であってもよいし、またシリコン酸化膜等であって
もよいことはいうまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による固体撮像素子によれば、第１電荷転送素子
の電荷転送路の幅を所定通りに形成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す説
明図で、電荷転送電極を除いた半導体基板の主表面を示
す平面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１のIIａ−IIａ
線、IIｂ−IIｂ線における断面図である。

【図３】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す概
略構成図である。

【図４】本発明による固体撮像素子のフォトダイオード
と垂直シフトレジスタとの関係における電荷転送電極の
一実施例を示した平面図である。

【図５】本発明による固体撮像素子の垂直シフトレジス
タと水平シフトレジスタとの関係における電荷転送電極
の一実施例を示した平面図である。

【符号の説明】

１ フォトダイオード（光電変換素子） ３５ 第１電荷転送路 ３８ 第２電荷転送路 ５０ アイソレーション層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光像投影面にマトリック状に形成された
   光電変換素子群と、一方向に並設される光電変換素子列
   に隣接して形成され前記光電変換素子列を構成する各光
   電変換素子からの電荷を転送する第１電荷転送素子と、
   この第１電荷転送素子に直交しかつ前記光電変換素子群
   に隣接して形成された第２電荷転送素子とを備え、上記
   各素子のそれぞれにおいて電気的分離がなされるためそ
   れらの間にアイソレーション層が形成されているととも
   に、前記光電変換素子列と第２電荷転送素子との間に比
   較的面積の大きなアイソレーション層が形成されている
   固体撮像素子において、 前記光電変換素子列と第２電荷転送素子との間に形成さ
   れている比較的面積の大きなアイソレーション層を、そ
   の中央部にアイソレーション層が存在しない環状形状と
   したことを特徴とする固体撮像素子。