JPH10173164A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＣＤ固体撮像素子のユニットセルサイズの
微細化を図る。 【解決手段】 表面に第２導電型の電荷蓄積層４８を有
する複数のセンサ部３２と、各センサ部列に対応した垂
直転送レジスタ３３を備え、センサ部３２の第１導電型
領域が読み出しゲート部３８に接する部分を除いて垂直
転送レジスタ３３の転送電極３４より所定距離ｄ₁ だけ
離れ、電荷蓄積層４８が転送電極３４に対してセルファ
ラインで形成され、この電荷蓄積層４８がチャネルスト
ップ領域を兼ねる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子、特
にＣＣＤ固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５及び図６は、従来のＣＣＤ固体撮像
素子の構成例、特にユニットセル部分を示す。従来のＣ
ＣＤ固体撮像素子１は、図５に示すように、複数のセン
サ部２がマトリックス状に配列され、各センサ部列の一
側にＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が設けられて成
る。垂直転送レジスタ３の転送電極４は、各センサ部２
に例えば第１層ポリシリコンからなる第１電極５と第２
層ポリシリコンからなる第２電極６が対応するように、
之等第１電極５及び第２電極６が垂直方向に沿って繰り
返し配列形成される。また之等第１電極５及び第２電極
６は、垂直方向に隣り合うセンサ部２の間を通って各垂
直転送レジスタ３に共通に形成される。

【０００３】そして、センサ部２と之に対応する垂直転
送レジスタ３間に第２電極６をゲート電極とする読み出
しゲート部７、即ちセンサ部２から信号電荷を垂直転送
レジスタ３へ読み出すための読み出しゲート部が形成さ
れる。またセンサ部２と反対側の垂直転送レジスタ３間
にはチャネルストップ領域８が垂直転送レジスタ３に沿
って形成される。

【０００４】図６は、図５のＡ−Ａ線上の断面における
半導体構造を示す。この半導体構造は、第１導電型例え
ばｎ型のシリコン基板１１に第２導電型例えばｐ型の第
１のウエル領域１２が形成され、この第１のｐ型ウエル
領域１２内にセンサ部２と、垂直転送レジスタ３を構成
するｎ型の転送領域１３と、ｐ型のチャネルストップ領
域８が夫々形成される。センサ部２は、ｐ型ウエル領域
１２と、之に形成されたｎ型不純物領域１５と、ｎ型不
純物領域１５の表面に形成された電荷蓄積層、本例では
ホール蓄積層となる高濃度のｐ型不純物領域１６とによ
る、いわゆるホール・アキュミュレイテッド・センサと
して構成される。読み出しゲート部７ではｐ^- 領域１７
が形成される。ｎ型転送領域１３下には第２のｐ型ウエ
ル領域１８が形成される。

【０００５】そして、ｎ型転送領域１３及び読み出しゲ
ート部７のｐ^- 領域１７上にわたってゲート絶縁膜１９
を介してポリシリコンによる転送電極４が形成され、こ
の転送電極４上を含む全面に層間絶縁膜２０が形成さ
れ、更にこの上にセンサ部２の直上位置に対応する開口
部２２を除いて全面に例えばＡｌ等による遮光膜２１が
形成される。

【０００６】このＣＣＤ固体撮像素子１では、転送電極
４の第２電極６に電圧を印加すると、図５中矢印ａで示
すようにセンサ部２にて光電変換されて蓄積された信号
電荷が読み出しゲート部７を通じて垂直転送レジスタ３
に読み出される。更に転送された信号電荷は転送電極４
の駆動で垂直転送レジスタ３内を垂直方向に転送され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、センサ部２
の信号電荷を、対応する垂直転送レジスタ３の所定の転
送電極下に読み出しするためには、必要最小限のチャネ
ルストップ領域８が必要であった。図５の構成において
は、読み出し時、垂直方向に隣接するセンサ部２からの
信号電荷が漏れ込まないようにするために、第２層ポリ
シリコンからなる第２電極６に読み出しゲート部７を設
ける必要があった。

【０００８】一方、従来のＣＣＤ固体撮像素子において
は、遮光膜２１の開口部２２の端部から光が入射して遮
光膜２１とシリコン基板との間で多重反射し、垂直転送
レジスタ３に入ることによるスミアの発生を低減するた
め、遮光膜２１の転送電極４のセンサ部２側の端部位置
から開口部２２までの部分（以下、張り出し部と記す）
を長く形成する対策がとられている。

【０００９】しかし乍ら、ユニットセルの微細化を進め
ていくと、チャネルストップ領域８の幅は縮小出来ない
ので、素子特性の悪化やスミアの劣化につながってい
た。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑み、ユニットセル
の微細化を可能にし、且つ任意の転送電極に読み出しゲ
ートを設ける事を可能にした固体撮像素子を提供するも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、センサ部の第１導電型領域が読み出しゲート部に
接する部分を除いて垂直転送レジスタの転送電極より所
定距離だけ離れ、センサ部表面の第２導電型の電荷蓄積
層が転送電極に対してセルファラインで形成された構成
とする。

【００１２】この構成によれば、センサ部の第１導電型
領域が読み出しゲート部を除いて転送電極より離れ、即
ちオフセットされ、且つセンサ部表面の電荷蓄積層が転
送電極に対してセルファラインで形成されることによ
り、オフセット領域に対応する部分の電荷蓄積層がチャ
ネルストップ領域として兼用される。之によって、ユニ
ットセルの微細化が可能となる。また、従来のチャネル
ストップ領域が省略されるので、その分、遮光膜の張り
出し部に振り向ければスミアの低減が図られる。更に任
意の転送電極に読み出しゲート部を設けることが可能と
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る固体撮像素子は、表
面に第２導電型の電荷蓄積層を有する複数のセンサ部
と、各センサ部列に対応した垂直転送レジスタとを備
え、センサ部の第１導電型領域が読み出しゲート部に接
する部分を除いて垂直転送レジスタの転送電極より所定
距離だけ離れ（いわゆるオフセットされ）、前記第１導
電型領域の表面の第２導電型の電荷蓄積層が転送電極に
対してセルファラインで形成された構成とする。

【００１４】本発明は、上記固体撮像素子において、セ
ンサ表面の電荷蓄積層がセンサ部を分離するためのチャ
ネルストップ領域を兼ねた構成とする。

【００１５】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１６】図１〜図３は、本発明に係るＣＣＤ固体撮
像素子の一実施例を示すもので、特にそのユニットセル
部分を示す。本実施例のＣＣＤ固体撮像素子３１は、図
１に示すように、複数のセンサ部３２がマトリックス状
に配列され、各センサ部列の一側にＣＣＤ構造の垂直転
送レジスタ３３が設けられる。垂直転送レジスタ３３の
転送電極３４は、各センサ部３２に例えば第１層ポリシ
リコンからなる第１電極３５と第２層ポリシリコンから
なる第２電極３６が対応するように、之等第１電極３５
及び第２電極３６が垂直方向に沿って繰り返し配列形成
される。之等第１電極３５及び第２電極３６は、垂直方
向に隣り合うセンサ部３２の間を通って各垂直転送レジ
スタ３３に共通に形成される。

【００１７】センサ部３２は、後述するように、第１の
ｐ型ウエル領域４２とｎ型不純物領域５０と、表面の電
荷蓄積層即ちホール蓄積層４８とからなるいわゆるホー
ル・アキュミュレイテッド・センサとして構成され、実
質的にｎ型不純物領域５０の面積で形成される。

【００１８】本例では、センサ部３２と垂直転送レジス
タ３３間において、転送電極３４の第２電極３５の一部
を読み出しゲート電極とする読み出しゲート部３８が形
成され、実質的なセンサ部３２が一部この読み出しゲー
ト部３８に接すると共に、センサ部３２の読み出しゲー
ト部３８に接する部分を除く他の全部が転送電極３４か
ら所定距離ｄ₁ だけ離れ、いわゆるオフセットされるよ
うに形成される。

【００１９】センサ部３２の表面のホール蓄積層４８
は、転送電極３４によって囲まれた領域内のオフセット
領域（即ち、センサ部３２と転送電極３４との間の離間
領域）を含む全面に形成され、図１の斜線で示すオフセ
ット領域に形成された部分のホール蓄積層４８が、チャ
ネルストップ領域を兼ねる。

【００２０】図２は図１のＢ−Ｂ断面、図３は図１のＣ
−Ｃ断面における半導体構造を示す。この半導体構造
は、第１導電型例えばｎ型のシリコン半導体基板４１に
第２導電型例えばｐ型の第１のウエル領域４２が形成さ
れ、この第１のｐ型ウエル領域４２内に垂直転送レジス
タ３３を構成するｎ型の転送領域４３が形成される。こ
のｎ型転送領域４３の直下には第２のｐ型ウエル領域４
４が形成される。４５は読み出しゲート部３８を構成す
る低濃度のｐ型半導体領域を示す。ｎ型転送領域４３及
びｐ型半導体領域４５上にはゲート絶縁膜４６を介して
ポリシリコンの第１電極３５及び第２電極３６による転
送電極３４が形成される。

【００２１】そして、この転送電極３４をマスクにした
イオン注入によるセルファラインにてセンサ部３２の表
面を構成するホール蓄積層となる高濃度のｐ型不純物領
域４８が形成される。さらに、第１のｐ型ウエル領域４
２内には、読み出しゲート部３８に接する部分を除いて
転送電極３４から距離ｄ₁ だけオフセットされるよう
に、フォトレジストマスクを介してイオン注入にてｐ型
不純物領域、即ちホール蓄積層４８下に対応した位置に
ｎ型不純物領域５０が形成される。ここに、第１のｐ型
ウエル領域４２とｎ型不純物領域５０とホール蓄積層４
８とによる、いわゆるホール・アキュミュレイテッド・
センサと呼ばれるセンサ部３２が形成される。

【００２２】そして、転送電極３４上を含む全面に層間
絶縁膜５１が形成され、更に、この上にセンサ部３２が
望む開口部５２を除いて全面に例えばＡｌ等による遮光
膜５２が形成される。

【００２３】垂直転送レジスタ３３は、本例では４相駆
動パルスにて駆動するようにしている。垂直転送レジス
タ３３に読み出された信号電荷は、転送電極３４の駆動
で垂直転送レジスタ３３内を垂直方向に転送されるよう
になる。

【００２４】かかる構成のＣＣＤ固体撮像素子３１によ
れば、転送電極３４の第２電極３６に高レベルの電圧を
印加することにより、センサ部３２に光電変換されて蓄
積された信号電荷は、図１中矢印ｂで示すようにセンサ
部３２より第２電極３６で形成されて読み出しゲート部
３８を通じて対応する垂直転送レジスタ３３に読み出さ
れる。

【００２５】このとき、センサ部３２の読み出しゲート
部３８に接する以外の部分では、転送電極３４から距離
ｄ₁ だけオフセットされており、且つセンサ部３２のホ
ール蓄積層４８がチャネルストップ領域として働くの
で、信号電荷が反対側の垂直転送レジスタ３３に漏れ込
むことがない。

【００２６】このように、チャネルストップ領域が省略
され、センサ部３２のホール蓄積層４８によってチャネ
ルストップ領域が兼用されるので、チャネルストップ領
域を形成するためのイオン注入工程が削減される。

【００２７】チャネルストップ領域が省略されるので、
その分、Ａｌ遮光膜の張り出し部に振り向けることが可
能となり、スミアの更なる低減が図れる。

【００２８】さらに、センサ部３２が転送電極からオフ
セットされる事と、ホール蓄積層４８がチャネルストッ
プ領域を兼用する事とによって、チャネルストップの省
略がなされるため、ユニットセルサイズの微細化ができ
る。

【００２９】図４は、本発明に係る固体撮像素子の他の
実施例を示す。本例の固体撮像素子５５は、前述の図１
の構成において、読み出しゲート部３８の位置を変更
し、即ち、読み出しゲート部３８を転送電極３４の第１
層ポリシリコンからなる第１電極３５の一部を読み出し
ゲート電極として形成し、その他は図１と同様にした構
成である。図１と対応する部分には同一符号を付して重
複説明を省略する。

【００３０】即ちセンサ部３２は、第１電極３５に形成
された読み出しゲート部３８に接する部分を除いて、他
は転送電極３４から所定距離ｄ₁ だけオフセットされ
る。そして、センサ部３２表面のホール蓄積層４８が、
転送電極３４で囲まれた領域間でオフセット領域を含む
全面に形成され、そのオフセット領域に対応するホール
蓄積層４８の部分がチャネルストップ領域を兼ねるよう
にしている。

【００３１】この構成においても、転送電極３４の第１
電極３５に高レベルの電圧を印加することにより、セン
サ部３２にて光電変換されて蓄積された信号電荷は、図
４中矢印ｂで示すように、センサ部３２より第１電極３
５で形成された読み出しゲート部３８を通じて対応する
垂直転送レジスタ３３に読み出される。

【００３２】特に、従来では第１電極に読み出しゲート
部を形成した場合、垂直方向に隣り合うセンサ部からの
信号電荷が一部誤って混合して読み出される恐れが生じ
ていたが本実施例では、このような心配は全く生じな
い。そして本実施例においても、上述の図１と同様の効
果を奏するものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像素子によれば、従
来のチャネルストップ領域が省略されるので、ユニット
セルサイズをより微細化することができる。

【００３４】上記チャネルストップ領域が省略された
分、遮光膜のセンサ部側への張り出し長さを大きくと
れ、スミアの更なる低減が図れる。逆に上記チャネルス
トップ領域が省略された分、センサ部の開口を広げるこ
とが可能となり、感度向上が図れる。チャネルストップ
領域の省略で、製造工程の削減が図れる。

【００３５】そして、従来構造では転送電極の第２層ポ
リシリコンによる第２電極でしか読み出しゲート部を形
成できなかったが、本発明においては、転送電極の第１
電極、第２電極等の任意の電極で読み出しゲート部を形
成することが可能となり、設計の自由度が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施例を示す要
部の構成図である。

【図２】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図３】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図４】本発明に係る固体撮像素子の他の実施例を示す
要部の構成図である。

【図５】従来の固体撮像素子を示す構成図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線上の断面図である。

【符号の説明】

３１ ＣＣＤ固体撮像素子、３２ センサ部、３３ 垂
直転送レジスタ、３４転送電極、３５ 第１電極、３６
第２電極、３８ 読み出しゲート部、４８センサ部表
面のホール蓄積層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に第２導電型の電荷蓄積層を有する
   複数のセンサ部と、 各センサ部列に対応した垂直転送レジスタを備え、 前記センサ部の第１導電型領域が読み出しゲート部に接
   する部分を除いて前記垂直転送レジスタの転送電極より
   所定距離だけ離れ、 前記第１導電型領域の表面の第２導電型の電荷蓄積層が
   前記転送電極に対してセルファラインで形成されて成る
   ことを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記センサ部表面の電荷蓄積層が前記セ
   ンサ部を分離するためのチャネルストップ領域を兼ねて
   成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。