JPH07249753A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH07249753A
JPH07249753A JP6042545A JP4254594A JPH07249753A JP H07249753 A JPH07249753 A JP H07249753A JP 6042545 A JP6042545 A JP 6042545A JP 4254594 A JP4254594 A JP 4254594A JP H07249753 A JPH07249753 A JP H07249753A
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JP
Japan
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region
photoelectric conversion
type region
charge
photodiode
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Pending
Application number
JP6042545A
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English (en)
Inventor
Wataru Kamisaka
渡 上坂
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
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Publication of JPH07249753A publication Critical patent/JPH07249753A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 読み出しゲート電極幅を拡大することで、固
体撮像装置の読み出し電圧の低下と、フォトダイオード
部の面積拡大に伴う感度の向上とを図る。 【構成】 シリコン基板中にp形領域、フォトダイオー
ドのn-型領域14、p型領域15、垂直CCD部のn
型領域16、p型領域17、およびp+型領域18を形
成した。シリコン基板上には、ゲート絶縁膜、1層目の
ポリシリコン電極19、2層目のポリシリコン電極20
を形成した。2層目のポリシリコン電極20の垂直フォ
トダイオード分離上の領域の線幅を広くして、一部その
端部がフォトダイオード領域にかかるようにし、2層目
のポリシリコン電極20がフォトダイオードに対して少
なくとも2面以上で接するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラ等に使用す
る固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、固体撮像装置はその小型化、高解
像度化に伴い、1画素のサイズが5μm×5μm程度と
非常に微細化されてきている。特に光電変換領域の面積
は3μm(垂直方向)×1.5μm(水平方向)程度と
なり、微細化を図る際の改良の対象が光電変換領域に集
中している。
【0003】図3は従来の固体撮像装置の平面図であ
る。図3において、1は光電変換部、2は電荷読み出し
領域、3は電荷転送領域、4はn-形領域、5はp形領
域、6はn形領域、7はp形領域、8はp+形領域、9
は1層目のポリシリコン電極、10は2層目のポリシリ
コン電極である。
【0004】固体撮像装置の単位画素は、大別して、光
電変換部1と電荷読み出し領域2と電荷転送領域3とで
構成されている。光電変換部1はn-形領域4で形成さ
れており、フォトダイオード領域と呼ばれている。
【0005】このフォトダイオード領域に接するよう
に、電荷読み出し領域2と2層目のポリシリコン電極1
0であるゲート電極が存在し、光電変換部内で蓄積され
た信号電荷を電荷転送領域3である垂直CCD部へ移動
させる働きをしている。
【0006】この2層目のポリシリコン電極10はn-
形領域に対して一面でのみ接しており、たとえばゲート
電極に読み出し電圧である15Vの電圧を印加して、電
荷読み出し領域2と電荷転送領域3のポテンシャルを光
電変換部1より深くすることで、電荷読み出し領域2の
接している面をゲート幅として信号電荷を電荷転送領域
3に移動させている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の構造では、信号電荷を光電変換部1から垂直C
CD部へ移動させるゲートの働きを電荷読み出し領域2
とゲート電極が行っている。この電荷読み出し領域2お
よびゲート電極は光電変換部1と一面でのみ接してい
る。その接している距離は1画素の垂直(V)方向の長
さの1/2以下である約2μmとなる。このゲート電極
が電荷読み出し電極となり、その2μmがゲート幅に対
応する。単位画素サイズの縮小は、ゲート幅の縮小につ
ながり、このゲートからなるMOSトランジスタのドレ
イン電流の低下につながる。すなわち、垂直CCD部に
移動する信号電荷量が減少し、光電変換部1に信号電荷
が残存する残像不良や、読み出し時の電圧が規格値以上
になる読み出し電圧不良が発生する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板の表
面に形成された光電変換領域と、前記光電変換領域で光
電変換された信号電荷を転送するための電荷転送領域
と、前記光電変換領域内に蓄積された信号電荷を前記電
荷転送領域へ読み出すための電荷読み出し領域と、前記
電荷転送領域および前記電荷読み出し領域上にゲート絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記光電変換領
域を除く、前記電荷転送領域と前記電荷読み出し領域と
前記ゲート電極上とに遮光膜を備え、前記光電変換領域
に対して前記電荷読み出し領域およびゲート電極が少な
くとも2面以上接している。
【0009】
【作用】この構成により、2層目のポリシリコン電極
(読み出しゲート電極)をフォトダイオードに2面以上
で接させることで、読み出しゲート電極のゲート幅を拡
大することが可能となり、ドレイン電流の増加、すなわ
ち読み出し特性を向上させ、読み出し電圧を低下させる
ことができる。また、読み出しゲート電極の垂直方向の
幅を縮小させることも可能となり、より小型化、微細化
の進展した固体撮像装置を実現することが可能となる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0011】図1は、本発明の一実施例による固体撮像
装置の平面図である。11は光電変換部、12は電荷読
み出し領域、13は電荷転送領域、14はn-形領域、
15はp形領域、16はn形領域、17はp形領域、1
8はp+形領域、19は1層目のポリシリコン電極、2
0は2層目のポリシリコン電極である。
【0012】図に示すように、大別すると固体撮像装置
の単位画素は、光電変換部11、電荷読み出し領域1
2、および電荷転送領域13で構成されている。そし
て、これらの領域は、約1014cm-3の不純物濃度のn
形シリコン基板中に形成された、約1015cm-3の不純
物濃度で約5μmの深さのp形ウエル(図示せず)中に
作りこまれている。p形ウエルは光電変換部11の不要
電荷を排出するのに設けられている。すなわち、p形ウ
エルの電位を0V、シリコン基板の電位を3.5V以上
の電圧に設定して、強い入射光により発生する過剰信号
電荷が他の画素や電荷転送領域13に漏れ込むのをシリ
コン基板側に排出することで避けている。n -形領域1
4の不純物濃度は約1016cm-3で、約2μmの深さで
ある。n-形領域14は外部から光が入射すると、その
内部に電子と正孔とのペアが発生する。電子は隣接する
電荷読み出し領域12と電荷転送領域13を経て信号電
荷となる。正孔はp形ウエルを介してシリコン基板の外
部に排出される。このように、n -形領域14は入射し
た光を信号電荷に変換する部分である。
【0013】また、p形ウエルの内にはp形領域15が
形成されている。p形領域15はシリコン基板で発生す
る信号のうち雑音となる信号電荷が垂直CCD部である
n形領域16へ拡散するのを防止する働きがある。
【0014】ここで、p形領域15の深さは約1μmで
ある。また、不純物濃度は約1016cm-3である。p形
領域15は垂直CCDとなるn形領域16を囲んでい
る。一般的にこのような構造をHi−C構造と呼ぶ。
【0015】垂直CCD部はn形領域16で形成されて
いる。垂直CCD部はフォトダイオードで形成された信
号電荷を転送するための転送領域である。ここでn形領
域16の深さは約0.5μmである。またn形領域16
の不純物濃度は1016〜101 7cm-3である。
【0016】また、光電変換部11で発生した信号電荷
を垂直CCD部へ読み出す際、光電変換部11のポテン
シャルより垂直CCD部のポテンシャルが低くなる。ま
た垂直CCD部に運ばれた信号電荷が光電変換部11に
逆流したり、あるいは垂直CCD部に信号電荷が存在し
ている際に光電変換部11で形成された信号電荷が垂直
CCD部へと流れ込んだりしないようにする必要があ
る。このため、読み出し時のポテンシャル制御を行うp
形領域17が光電変換部11と垂直CCD部の間に形成
されている。ここで、p形領域17の不純物濃度は10
16〜1017cm-3であり、深さは約1μmである。
【0017】固体撮像装置は光電変換部11と垂直CC
D部が一対となり、それがマトリックス状に形成されて
いる。この対と隣合う対との間を電気的に分離するのが
+形領域18である。p+形領域18は垂直CCD部と
平行に配置され、かつ隣接する垂直方向のフォトダイオ
ード間の分離を行うため、垂直CCD部と垂直方向にも
配置されている。
【0018】ここで、p+形領域18の不純物濃度は1
17〜1018cm-3であり、深さは約1μmである。
【0019】上記の各拡散層の上部には1層目のポリシ
リコン電極19と2層目のポリシリコン電極20が位置
する。各々のポリシリコン電極19,20の下層にはゲ
ート絶縁膜として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜と
の積層膜、もしくはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜と
シリコン酸化膜との積層膜が存在する(図示せず)。シ
リコン酸化膜とシリコン窒化膜の膜厚は各々約50nm
である。1層目のポリシリコン電極19は垂直CCD部
の約1/2と垂直フォトダイオード間の分離部を覆って
おり、設計的にその形状は従来例のポリシリコン電極と
同一である。2層目のポリシリコン電極20は、1層目
のポリシリコン電極19が覆っていない垂直CCD部の
残りと、垂直フォトダイオード分離との間の上の1層目
のポリシリコン電極19の上を覆っている。ここで、2
層目のポリシリコン電極20の垂直フォトダイオード分
離上の領域は、その線幅を広くして、一部その端部が光
電変換部11にかかるように設計されている。この構成
により2層目のポリシリコン電極20は、光電変換部1
1に対して2面で接することとなり、読み出し電極のゲ
ート幅を拡大することができる。さらに、光電変換部1
1および電荷読み出し領域12に対して二次元的に読み
出し電圧を印加することができる。このとき、そのポテ
ンシャル変化は大きくなる。たとえば、ゲート幅は垂直
方向1.5μmと水平方向(垂直フォトダイオード分離
部)1μmに拡大し、従来の垂直方向1.5μmに対し
て、読み出し特性を向上させる(読み出し電圧の低下)
ことができる。
【0020】ポリシリコン電極形成後、絶縁膜、遮光
膜、配線、および保護膜を形成すると固体撮像装置は完
成する。
【0021】なお、本発明に従い固体撮像装置を試作し
た結果、図2に示すように読み出し電圧が従来のものと
比べて0.5〜1.0V低下することを確認した。また、
読み出し電圧の規格14.5Vに対して、従来の構造で
は読み出しゲート幅を1.5μm以上に設計することが
必要であったが、本発明により1.0μm程度まで狭く
することができる。この読み出しゲート幅の縮小はフォ
トダイオード部の面積を大きくすることを可能にし、結
果的に感度の向上も可能となる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、固体撮像装置の2層目
のポリシリコン電極(読み出しゲート電極)をフォトダ
イオードに対して2面以上で接させることで、読み出し
ゲート電極幅を拡大することが可能となり、その読み出
し特性を向上させ、読み出し電圧を低下させることがで
きる。
【0023】また、本発明によれば、同一読み出し電圧
の場合、読み出しゲート電極の垂直方向の幅を縮小する
ことで、フォトダイオード部の面積拡大が可能となり、
結果的に感度の向上も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による固体撮像装置の平面図
【図2】読み出し電圧の読み出しゲート幅依存性を示す
【図3】従来例の固体撮像装置の平面図
【符号の説明】
1 光電変換部 2 電荷読み出し領域 3 電荷転送領域 4 n-形領域 5 p形領域 6 n形領域 7 p形領域 8 p+形領域 9 1層目のポリシリコン電極 10 2層目のポリシリコン電極(読み出しゲート電
極) 11 光電変換部 12 電荷読み出し領域 13 電荷転送領域 14 n-形領域 15 p形領域 16 n形領域 17 p形領域 18 p+形領域 19 1層目のポリシリコン電極 20 2層目のポリシリコン電極(読み出しゲート電
極)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に形成された光電変換
    領域と、前記光電変換領域で光電変換された信号電荷を
    転送するための電荷転送領域と、前記光電変換領域内に
    蓄積された信号電荷を前記電荷転送領域へ読み出すため
    の電荷読み出し領域と、前記電荷転送領域および前記電
    荷読み出し領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、前記光電変換領域を除く、前記電荷転送領
    域と前記電荷読み出し領域と前記ゲート電極上とに遮光
    膜を備え、前記光電変換領域に対して前記電荷読み出し
    領域およびゲート電極が少なくとも2面以上接している
    ことを特徴とする固体撮像装置。
JP6042545A 1994-03-14 1994-03-14 固体撮像装置 Pending JPH07249753A (ja)

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JP6042545A JPH07249753A (ja) 1994-03-14 1994-03-14 固体撮像装置

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JP6042545A JPH07249753A (ja) 1994-03-14 1994-03-14 固体撮像装置

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JP6042545A Pending JPH07249753A (ja) 1994-03-14 1994-03-14 固体撮像装置

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JP (1) JPH07249753A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100370148B1 (ko) * 1996-11-27 2003-04-03 주식회사 하이닉스반도체 고체촬상소자

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100370148B1 (ko) * 1996-11-27 2003-04-03 주식회사 하이닉스반도체 고체촬상소자

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