JPH07153932A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH07153932A
JPH07153932A JP6234816A JP23481694A JPH07153932A JP H07153932 A JPH07153932 A JP H07153932A JP 6234816 A JP6234816 A JP 6234816A JP 23481694 A JP23481694 A JP 23481694A JP H07153932 A JPH07153932 A JP H07153932A
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JP
Japan
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sensor
light
potential
sensor unit
shielding film
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Application number
JP6234816A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Wakayama
利明 若山
Atsushi Asai
淳 浅井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ部の開口周縁の遮光膜と基板間を通し
ての入射光の漏れ込みに起因するスミアを低減できるの
みならず、センサ部の受光特性をも向上できる固体撮像
装置を提供する。 【構成】 Al等からなる遮光膜24を、センサ部11
上においてシリコン基板14に対して接触して設け、セ
ンサ部11の開口11aの周縁の遮光膜24と基板14
間に絶縁膜20を介在させないようにするとともに、電
位付与手段26によって遮光膜24に所定の電位を与え
る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に光電変換をなすセンサ部が2次元配列となったCC
Dエリア・センサや、当該センサ部が1次元配列となっ
たCCDリニア・センサとして用いて好適な固体撮像装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置の一例として、例えばイン
ターライン転送方式CCDエリア・センサの構成の概略
を図10に示す。図10において、水平及び垂直方向に
て2次元配列されかつ入射光を光電変換して得た信号電
荷を蓄積する複数個のセンサ部51と、これらセンサ部
51の垂直列毎に配されかつ読出しゲート部52を介し
て読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送
レジスタ53とによって撮像部54が構成されている。
【0003】この撮像部54において、センサ部51は
例えばフォトダイオードからなり、垂直転送レジスタ5
3はCCDによって構成されている。垂直転送レジスタ
53に読み出された信号電荷は、1走査線に相当する部
分ずつ順に水平転送レジスタ55に転送される。水平転
送レジスタ55は、CCDによって構成されており、1
走査線分の信号電荷を順次水平方向に転送する。水平転
送レジスタ55の最終端には、水平転送レジスタ55に
よって転送されてきた信号電荷を検出して信号電圧に変
換する例えばフローティング・ディフュージョン・アン
プ構成の電荷検出部56が配されている。
【0004】図10のX‐X線断面を図11に、そのY
‐Y線断面を図12にそれぞれ示す。これらの図から明
らかなように、センサ部51の読出しゲート部(RO
G)52側を除く周囲には、素子分離部を構成するP+
型不純物からなるチャネルストップ部(CS)57が形
成されている。また、N型シリコン基板58の読出しゲ
ート部52、垂直転送レジスタ(VCCD)53及びチ
ャネルストップ部57上には、シリコン酸化膜SiO2
等の絶縁膜59を介して転送電極60が配されている。
【0005】垂直転送レジスタ53において、電荷転送
方向(Y方向)に配列される転送電極60は、ポリシリ
コンによって2層構造にて形成されている。なお、垂直
転送レジスタ53相互間において、2層構造の転送電極
60の各層を互いに接続する配線パターン61a,61
bは、図12に示すように、チャネルストップ部57上
に形成されている。転送電極60の外側及びセンサ部5
1の開口51aを除く領域には、垂直転送レジスタ53
への外部光の入射を遮断するために、アルミニウム(A
l)等からなる遮光膜62が絶縁膜59を介して形成さ
れている。
【0006】上記構成CCDエリア・センサでは、遮光
膜62を絶縁膜59を介して基板58上に配した遮光構
造を採っているため、特に大光量が入射したときや、セ
ンサ部51に対して光が斜めに入射したときに、図13
に示すように、基板58の表面で反射した光のうち、セ
ンサ部51の開口51aの周縁の遮光膜62の下端面に
入射する成分があり、この反射光成分が基板58と遮光
膜62との間の絶縁膜59内で屈折を繰り返し、最終的
に垂直転送レジスタ53を構成する信号電荷転送層63
に飛び込む、即ち入射光の一部がセンサ部51の開口5
1aの周縁の遮光膜62と基板58間を通して信号電荷
転送層63に漏れ込むことになる。この信号電荷転送層
63に漏れ込んだ光は光電子を発生し、これが一因とな
ってスミアが発生し、再生画面に縦筋が現れることにな
る。
【0007】このスミアの発生を抑制すべくなされたC
CDエリア・センサとして、例えば特開昭63−142
859号公報に開示のものが知られている。このCCD
エリア・センサにおいては、センサ部表面または、セン
サ部と転送部の分離領域表面または、センサ部間の分離
領域表面の少なくとも一部が遮光膜と接触した構成とな
っており、遮光膜と基板表面とが接触した状態にあるこ
とにより、従来両者間の隙間から垂直転送レジスタの信
号電荷転送層に漏れ込んでいた光を遮断し、スミアの発
生を抑制するというものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図11に示
すように、センサ部51が信号電荷蓄積層64上に正孔
蓄積層65を有するHAD(Holl Accumulation Diode:
正孔蓄積ダイオード)構造のCCDエリア・センサにお
いては、センサ部51の界面(以下、センサ界面と称す
る)の電位を、チャネルストップ部57の電位によって
0V以下に抑えるようにしている。しかしながら、セン
サ部51の周辺部と内部とでは電圧降下などに起因して
電位差が生じることにより、特に内部ではセンサ界面の
電位が正となるため、センサ界面を正孔で満たすことが
できなくなる。その結果、界面で発生する電子が信号電
荷蓄積層64に溜まり、暗電流が特に内部で増加した
り、あるいは偽信号となって再生画面上に白点欠陥とし
て現れるという問題があった。この偽信号の問題に限ら
ず、従来のセンサ部51では、その構造上の制約から、
感度やS/Nなどの受光特性の向上にも限界があった。
【0009】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、センサ部の開口周縁
の遮光膜と基板間を通しての入射光の漏れ込みに起因す
るスミアを低減できるのみならず、暗電流をも低減で
き、さらにまたセンサ部の受光特性を向上できる固体撮
像装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、少なくとも1列分設けられた複数個のセンサ部
と、このセンサ部から読出しゲート部を介して読み出さ
れた信号電荷を転送する電荷転送部と、センサ部の少な
くとも読出しゲート部と反対側に設けられた素子分離部
と、基板の少なくとも電荷転送部及び読出しゲート部上
に絶縁膜を介して配された転送電極と、電荷転送部への
外部光の入射を遮断すべく転送電極の外側及びセンサ部
の開口を除く領域に配されかつセンサ部上において基板
に接触して設けられた遮光膜とを具備した固体撮像装置
であって、遮光膜に所定の電位を与える電位付与手段を
備えた構成となっている。
【0011】
【作用】上記構成の固体撮像装置において、遮光膜がセ
ンサ部上において基板に接触していることで、センサ部
に対して光が斜めに入射しても、その入射光の一部が遮
光膜と基板間を通して電荷転送部側へ漏れ込むことはな
い。したがって、センサ部の開口周縁の遮光膜と基板間
を通しての入射光の漏れ込みに起因するスミアを低減で
きる。さらに、基板とコンタクトがとられている遮光膜
に対して所定の電位を与えることで、センサ部周辺の環
境の影響を受けることなく、センサ界面の電位をセンサ
表面領域の擬フェルミレベル以下に設定できる。その結
果、暗電流を低減し、また偽信号の発生を抑制できるの
で、再生画面上に現れる白点欠陥を低減できる。また、
センサ部の受光時に、センサ部の表面電位よりも低い電
位を与えることで、光電変換により発生した少数キャリ
アが遮光膜に逃げる。これにより、電子・正孔の再結合
確率を小さくでき、これに伴ってセンサ部の受光特性を
向上できる。
【0012】
【実施例】以下、例えばCCDエリア・センサに適用さ
れた本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明は、センサ部が2次元配列となったCCD
エリア・センサへの適用に限定されるものでなく、セン
サ部が1次元配列となったCCDリニア・センサにも同
様に適用し得るものである。
【0013】図1は、本発明の一実施例を示す断面構造
図であり、図10のX‐X線断面に対応している。図1
において、センサ部11は、N型シリコン基板14上の
第1Pウェル(P‐well1)15の表面領域に形成
された浅いP++型不純物からなる正孔蓄積層(第2導電
型の半導体層)16と、この正孔蓄積層16の下方に形
成されたN型不純物からなる信号電荷蓄積層(第1導電
型の半導体装)18とによって構成されたHAD構造を
採っている。また、P+ 型不純物からなるチャネルスト
ップ部17は、素子分離部として正孔蓄積層16及び信
号電荷蓄積層18に隣接して形成されている。
【0014】垂直転送レジスタ(VCCD)13は、第
1Pウェル15の表面領域に、読出しゲート部(RO
G)12を挟んで形成されたN型不純物からなる信号電
荷転送層19と、読出しゲート部12、信号電荷転送層
19及びチャネルストップ部17上にシリコン酸化膜S
iO2 からなる絶縁膜20を介して形成されたポリシリ
コンからなる転送電極21によって構成されている。こ
の垂直転送レジスタ13において、信号電荷転送層19
の下方には、スミアの発生を抑制するために、第2Pウ
ェル(P‐well2)23が形成されている。
【0015】転送電極21の外側及びセンサ部11の開
口11aを除く領域には、垂直転送レジスタ13の信号
電荷転送層19への外部光の入射を遮断するために、ア
ルミニウム(Al)等からなる遮光膜24が形成されて
いる。この遮光膜24は、転送電極21の外側において
は絶縁膜20を介して設けられる一方、センサ部11の
開口11aの周縁においては絶縁膜20を介さずに直接
に基板14上にコンタクトがとられている。そして、こ
の遮光膜24には、電位付与手段26によって所定の電
位が与えられるようになっている。遮光膜24及びセン
サ部11の上方は、透明な薄い保護膜25によって覆わ
れている。
【0016】ここで、遮光膜24の形成方法について、
図2の工程図に基づいて説明する。先ず、遮光膜24を
形成する前に、図2(A)に示すように、フォトリソグ
ラフィにより絶縁膜20をパターニングし、次いでドラ
イエッチングにてシリコン基板14まで絶縁膜20を除
去することによって溝27を形成する(工程1)。な
お、絶縁膜20のうち、20aはポリシリコン酸化膜、
20bは堆積酸化膜である。ただし、コンタクト抵抗を
下げるために、低いエネルギーのBやBF2 などのP型
不純物のイオン注入を行うこともある。また、溝27の
深さが通常200nm以上あるので、Bの場合は、約3
0keV以下であれば問題なくマスク追加のないセルフ
アライメントでイオン注入できる。その後、図2(B)
に示すように、遮光膜24をスパッタなどの方法により
成膜する(工程2)。このとき、絶縁膜20に予め形成
された溝27が遮光膜材料で埋まるようにする。そし
て、センサ部11へ光を入射するためにフォトリソグラ
フィとエッチングによりパターニングし、図2(C)に
示すように、センサ部11の開口11aを形成する(工
程3)。
【0017】上記構成のCCDエリア・センサにおいて
は、遮光膜24をセンサ部11上において基板14に接
触して設けたことにより、センサ部11の開口11aの
周縁の遮光膜24と基板14間に絶縁膜20が介在しな
いことになる。これにより、センサ部11に対して特に
大光量が入射したり、光が斜めに入射した場合であった
も、その入射光の一部が遮光膜24と基板14間を通し
て垂直転送レジスタ13の信号電荷転送層19へ漏れ込
むことはない。したがって、センサ部11の開口11a
の周縁の遮光膜24と基板14間を通しての入射光の漏
れ込みに起因するスミアを低減できる。
【0018】また、遮光膜24に所定の電位を与える電
位付与手段26を設け、この電位付与手段26によって
遮光膜24に所望の電位を与えることにより、以下のよ
うな作用効果が得られる。すなわち、その一態様とし
て、遮光膜24に与える電位を適宜調節し、センサ界面
の電位をコントロールする。これにより、センサ部11
の周辺部と内部とで電圧降下などに起因して電位差が生
じたとしても、その影響を受けることなくセンサ界面の
電位を正孔蓄積層16の擬フェルミレベル以下に設定で
きる。正孔蓄積層16の擬フェルミレベルは、例えば不
純物濃度が充分高い(1020個/cm3 程度)場合には
0.5V程度となる。したがって、これよりも低い電位
を与えれば界面準位が埋まり、なおかつ正孔蓄積層16
のエネルギーレベルがほぼフラットになるため、界面準
位や不純物準位から電子が発生するのを抑制できる。そ
の結果、センサ部11での偽信号の発生を抑制できるた
め、この偽信号に起因して再生画面上に現れる白点欠陥
を低減できることになる。
【0019】他の態様として、センサ部11の受光時
に、ホール抵抗が減少するセンサ部11の表面電位より
も低い電位を遮光膜24に与えるようにする。このよう
に、遮光膜24にセンサ部11の表面電位に対して低い
方向に電位差を持たせることにより、図3に示すよう
に、光電変換により発生した少数キャリア(図中では、
正孔h)を遮光膜24に逃がす経路が形成される。そし
て、この経路を経て少数キャリアが遮光膜24に逃げ
る。その結果、光電変換により発生した電子e・正孔h
対のうち間もなく再結合して消滅する分が減少する。
【0020】すなわち、遮光膜24に対してセンサ部1
1の表面電位よりも低い電位を与えることにより、電子
e・正孔h対の再結合確率を小さくすることができる。
これにより、感度及びS/Nを向上でき、また暗電流を
低減できることにより、特に低照度下におけるノイズレ
ベルを低減でき、しかも飽和光量以上に入射光量がある
場合のセンサ部11の蓄積量が一定に近くなる、いわゆ
るQknee特性を向上できるなど、センサ部11の受
光特性を向上できることになる。なお、図3中におい
て、矢印が正孔の進行経路である。
【0021】また、垂直転送レジスタ13の垂直転送時
に、信号電荷転送層19のある瞬間での電位よりも低い
電位を遮光膜24に与えることにより、通常はほぼフロ
ーティング状態にある読出しゲート部12及びチャネル
ストップ部17の領域の電位をGNDレベル以下に固定
でき、垂直転送レジスタ13の周辺部の電位を安定化さ
せることができる。これにより、図4に示すように、少
数キャリアである正孔hの抜けを容易にできるため、暗
電流を低減でき、転送効率を向上できるとともに、正孔
hが第2Pウェル23、チャネルストップ部17、第1
Pウェル15に蓄積される量が少なくなり、転送部での
取扱電荷量(電荷蓄積量)が少なくて済む。
【0022】図5及び図6に、基板14に対する遮光膜
24のコンタクト部分の平面パターンを示す。図5
(A)の例は、遮光膜24のコンタクト部分24aを垂
直転送レジスタ13側のみにその転送方向に沿って形成
したものである。この例の場合には、センサ部11の開
口11aから垂直転送レジスタ13への光入射阻止を主
に考量している。図5(A)において、×印は光電変換
が行われる場所を示している。図5(B)の例は、遮光
膜24のコンタクト部分24aをセンサ部11を挟んで
両側に垂直転送方向に沿って形成したものである。この
例の場合には、センサ部11の開口11aから両側へ垂
直転送レジスタ13への光入射阻止を考量している。
【0023】図6(A)の例は、遮光膜24のコンタク
ト部分24aをセンサ部11の周囲全体を囲うように形
成したものである。この例の場合には、センサ部11の
開口11aから全ての経路への光入射阻止を考慮してい
る。すなわち、両側の垂直転送レジスタ13のみなら
ず、垂直方向での隣接画素への光入射阻止をも考慮して
いる。図6(B)の例は、図6(A)の例の場合と同様
に、全ての経路への光入射を阻止すべく遮光膜24のコ
ンタクト部分24aをセンサ部11の周囲全体を囲うよ
うに形成するとともに、その一部分を開放したものであ
る。このように、ループ状のパターンの一部を開放する
のは、以下の理由による。すなわち、遮光膜24を形成
後、プラズマCVD法などを用いてSiNを堆積し、3
00℃以上の熱処理により水素を注入して基板14をシ
リコン酸化膜SiO2 との間の界面準位を埋めることに
より、ノイズレベルを低減できる。このための経路を開
けるために、スミアに影響しないループ状のパターンの
一部を開放するのである。
【0024】図7は、本発明の他の実施例を示す断面構
造図であり、図10のX‐X線断面に対応している。ま
た、図8は、図10のY‐Y線断面に対応した断面構造
を示している。本実施例においては、垂直転送レジスタ
13の転送電極21を、基板14の読出しゲート部12
及び信号電荷転送層19上のみに形成するとともに、遮
光膜24をセンサ部11及びチャネルストップ部17上
において基板14に接触して設けた構成となっている。
センサ部11上における遮光膜24の基板14に対して
のコンタクトに関しては、先の実施例の場合には、セン
サ部11の開口11aの周縁にて行うとしたが、本実施
例では、図7に示す如くX方向においてその片側のみ
で、さらに図8に示す如くY方向においもその片側のみ
で行うものとする。
【0025】上述したように、垂直転送レジスタ13の
転送電極21を、読出しゲート部12及び信号電荷転送
層19上のみに形成し、転送電極21のX方向における
幅を図1の実施例の場合よりも狭くすることにより、遮
光膜24を基板14に接触させる領域を広くとれるの
で、その接触を容易に行えることになる。また、遮光膜
24の基板14に対するコンタクトを、センサ部11上
のみならず、チャネルストップ部17上でもとるように
したことにより、遮光膜24の電位を調節することによ
ってチャネルストップ部17とセンサ界面の電位をコン
トロールできる。したがって、チャネルストップ部17
及びセンサ界面の電位を擬フェルミレベル以下に設定す
ることにより、センサ部11での偽信号の発生を抑制で
きるため、この偽信号に起因して再生画面上に現れる白
点欠陥を低減できることになる。
【0026】垂直転送レジスタ13において、電荷転送
方向(Y方向)に配列される転送電極21は、ポリシリ
コンによって2層構造にて形成されている。なお、垂直
転送レジスタ13相互間において、2層構造の転送電極
21の各層を互いに接続する配線パターン22a,22
bは、図8に示すように、電荷転送方向における画素
(センサ部11)間のチャネルストップ部17上に形成
されている。ここで、配線パターン22a,22bのY
方向での幅をその片側において、図12に示す従来構造
の場合よりも狭くすることにより、Y方向でも遮光膜2
4の基板14に対するコンタクトをとることができ、し
かも配線パターン22a,22bの幅を狭くしたこと
で、コンタクトをとる領域を広くとれるので、容易にコ
ンタクトがとれることになる。
【0027】なお、図8の例の場合には、Y方向の片側
のみで遮光膜24の基板14に対するコンタクトをとる
構成としたが、図9に示すように、Y方向の両側でコン
タクトをとるようにすることも可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の固
体撮像装置によれば、遮光膜をセンサ部上において基板
に接触して設けるとともに、この遮光膜に対して所定の
電位を与える構成としたことにより、センサ部の開口周
縁の遮光膜と基板間に絶縁膜が介在せず、センサ部への
入射光の一部が遮光膜と基板間を通して電荷転送部側へ
漏れ込むことがないため、センサ部の開口周縁の遮光膜
と基板間を通しての入射光の漏れ込みに起因するスミア
を低減できる。しかも、遮光膜の電位を適宜所望の電位
に設定することで、スミアを低減できるのみならず、セ
ンサ部の感度やS/Nなどの受光特性を向上できるとと
もに、垂直転送レジスタの電荷蓄積特性及び転送特性を
向上できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CCDエリア・センサに適用された本発明の一
実施例を示すセンサ部周辺の断面構造図であり、図10
のX‐X線断面に対応している。
【図2】遮光膜の形成方法を示す工程図である。
【図3】受光時の少数キャリア経路を示す概念図であ
る。
【図4】垂直転送レジスタの電荷蓄積時の少数キャリア
経路を示す概念図である。
【図5】遮光膜のコンタクト部分の平面パターン図(そ
の1)である。
【図6】遮光膜のコンタクト部分の平面パターン図(そ
の2)である。
【図7】本発明の他の実施例を示すセンサ部周辺の断面
構造図であり、図10のX‐X線断面に対応している。
【図8】本発明の他の実施例を示すセンサ部周辺の断面
構造図であり、図10のY‐Y線断面に対応している。
【図9】本発明の他の実施例の変形例を示すセンサ部周
辺の断面構造図であり、図10のY‐Y線断面に対応し
ている。
【図10】インターライン転送方式CCDエリア・セン
サの概略構成図である。
【図11】従来例を示すセンサ部周辺の断面構造図であ
り、図10のX‐X線断面に対応している。
【図12】従来例を示すセンサ部周辺の断面構造図であ
り、図10のY‐Y線断面に対応している。
【図13】センサ部からの垂直転送レジスタへの光の漏
込みの状態を示す図11の要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
11 センサ部 12 読出しゲート部(ROG) 13 垂直転送レジスタ(VCCD) 16 正孔蓄積層 17 チャネルストップ部 18 信号電荷蓄積層 19 信号電荷転送層 21 転送電極 24 遮光膜 26 電位付与手段

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1列分設けられた複数個のセ
    ンサ部と、前記センサ部から読出しゲート部を介して読
    み出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記セン
    サ部の少なくとも前記読出しゲート部と反対側に設けら
    れた素子分離部と、前記センサ部、前記電荷転送部及び
    前記素子分離部が形成された基板の少なくとも前記電荷
    転送部及び前記読出しゲート部上に絶縁膜を介して配さ
    れた転送電極と、前記電荷転送部への外部光の入射を遮
    断すべく前記転送電極の外側及び前記センサ部の開口を
    除く領域に配されかつ前記センサ部上において前記基板
    に接触して設けられた遮光膜とを具備した固体撮像装置
    であって、 前記遮光膜に所定の電位を与える電位付与手段を備えた
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記センサ部は、第1導電型の半導体層
    と、この第1導電型の半導体層の表面に設けられた第2
    導電型の半導体層とからなり、 前記所定の電位は、前記センサ部の界面の電位を前記第
    2導電型の半導体層の擬フェルミレベルと同じか又はそ
    れよりも低い電位にする電位であることを特徴とする請
    求項2記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記所定の電位は、前記センサ部の表面
    電位よりも低い電位であり、少なくとも受光時に与えら
    れることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記基板と前記遮光膜との接触領域は、
    前記センサ部上と前記素子分離部上とに跨がっているこ
    とを特徴とする請求項1,2又は3記載の固体撮像装
    置。
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