JPS581597B2 - コタイサツゾウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像装置に係わる。

固体撮像装置としてＣＣＵ（チャージ・カプルド・デバ
イス）と呼称される電荷移送素子が配列されて構成され
るものがある。

このＣＣＵは第１図に示す如く半導体基体１上に全面的
にＳｉＯ２等よりなる絶縁層２が被着され、この絶縁層
２上に複数の島状の電極金属層３が配列されてなり各金
属層３に関して金属層Ｍ一絶縁層■一半導体Ｓよシ成る
ＭＩＳ構造を有する電荷転送部が配列されてなり、２つ
おきの電荷転送部の電極３を夫々組として夫々の組に関
して共通に線路ｌ１ｌ２ｌ３が導出され、各線路間に３
相のクロックパルスφ１φ２φ３が印加されるようにな
される。

そして、半導体基体１に与えられた光学像の光の濃淡に
応じて各電荷転送部の基体１の表面に発生した少数キャ
リャを３相のクロックパルスによって順次隣合う所定の
転送部へと転送して行き、転送部の一方の配列端よりこ
の光学像に応じた少数キャリャに碁＜電気信号をとり出
す。

このよりなＣＣＤを用いた固休撮像装置は、第２図に
示す如く同一牛導体基体に光学像を電気信号に変換する
センサ一部４と、このセンサ一部４よりの電気信号を一
旦蓄積する蓄積部５と、この蓄積部５よりの信号を順次
読み出す読み出し部６とを有して成る。

センサ一部４及び蓄積部５は夫々同数の転送部が一方向
に配列された同数のＣＣＤを複数列配列しで形成し、各
列のＣＯＤに差渡って夫々対応する行の転送部の電極金
属層３を相互に連結して成る。

各センサ一部４及び蓄積部５の各ＣＯＤの共通の２つ置
きの金属層３より夫々線路Ｌ１Ｌ２Ｌ３及びＬ１′Ｌ２
′Ｌ３′を通じて夫々３つの端子Ｔ及びＴ′を導出し之
等端子Ｔ及びＴ′に夫夫３相のクロックパルスを与え、
センサ一部４に生じた光学像に応じたキャリャを蓄積部
５へと転送し、この蓄積部５に一旦例えば一画面分を蓄
積するようになす。

又読み出し部６は複数の転送部が蓄積部５の行方向に対
応して設けられて成り、２つ置きの転送部の電極金属層
を組として３つの端子ｔが導出され、之に３相のクロッ
クパルスが印加されて蓄積部５の例えば最下行より信号
を順次出力端子ｔｏｕｔへと転送して読み出すようにな
される。

７はチャンネルストッパーとなる高不純物濃度領域であ
る。

このような構成による固体撮像装置のセンサ一部４に於
ける光学像の受光はセンサ一部４の各ＣＣＤの金属層３
間の間隙を通じてなされる。

従って受光量を大となさんとするには、金属層３間の間
隔ができるだけ大きいことが望ましい。

ところがＣＣＤに於では、転送部間の間隔云い換えれば
金属層３間の間隔を大とするほど転送効率が低下する。

従って、この種固体撮像装置に於では、受光効率と転送
効率が相容れない関係にあって十分な出力が得られない
。

本発明は、このような欠点を回避した固体撮像装置を提
供するものである。

第３図について本発明の一例を説明するに、この場合に
於でも例えば共通の半導体基体に、光学像を受光し、之
に応じた電気信号を得るセンサ一部８と、之よりの信号
を一旦蓄積する蓄積部９と読み出し部１０とより構成す
る。

センサ一部８は、複数の電荷移送素子１１，（１１ａ，
１ｌｂ．１１ｃ・・・・・・・・・）を互に平行に列方
向に沿って配、列する。

各電荷移送素子１１は、その延長方向即ち列方向に沿う
一部の断面を第４図に示したように一の導電形、例えば
Ｐ形の比較的低い不純物濃度を有するシリコン基体即ら
牛導体基体１２に、Ｓｉ０２の如き、光透過性の絶縁層
１３を形成し、之め上に所要の間隔ｄを保持して牛導体
薄層電極１４を所要の巾Ｗを以って被着する。

この牛導体薄層電極１４は、その厚みが２０００λ程度
に薄く選ばれて光透過性を有するようになされたシリコ
ンの多結晶体よシ構成できる。

この場合、このシリコン多結晶体中には不純物をドープ
して低抵抗層とする。

絶縁層１３は牛導体薄層電極１４下に於ては例えば１２
００Åの薄い厚みとし、電極１４間に於では例えば３０
００Åの厚い部分１３Ａを形成する。

そして、この絶縁層１３の特に半導体薄層電極１４間の
厚みの厚い部分１３Ａ上に金属電極１５を形成する。

各金属電極１５は、夫々その対応する各一側特にキャリ
ャの転送方向に関する後端側（第４図に於て右側）を、
この側に於て隣合う半導体薄層電極１４の一部に跨る如
く延長させて互に電気的に連結する。

このようにして電荷移送素子１１が、半導体基体１２の
表面に、絶縁層１３と之の上に形成された金属電極１５
と、之に連結された多結晶半導体薄層電極１４とによっ
て夫々電荷転送部１６が形成されて一方向に配列されて
構成される。

このような構成による電荷転送部１６は、その一側と他
側とで即ちキャリャの転送方向に関する前端側と後端側
とで（第４図では左側と右側とで）表面電位が相違する
。

即ち、各転送部１６の一側（左側）には、厚い絶縁層部
分１３Ａが形成され、他側（右側）は、絶縁層１３の薄
い部分によって形成されているので各転送部１６の電極
１５に（従って電極１５と、之に連結された牛導体薄層
電極１４とに）所定のクロツク電圧を印加するとき、各
転送部１５に於でその一側（左側）に比し他側（右側）
の方がキャリャに対する深いポテンシャルの井戸が生ず
る。

このような構成による電荷移送素子１１，（１１ａ，１
ｌｂ，１１ｃ・・・・・・・・・）は、互に対応する転
送部１６が行方向に沿って配列されるように形成し、特
に本発明に於ては之等全素子１１ａ，１ｌｂ，１１ｃ・
・・・・・・・・の対応する行の転送部１６の金属電極
１５を第３図に示すように共通に各行方向に沿って形成
する。

この場合、各行の金属電極１５は、列方向に隣合う各転
送部１６の半導体薄層電極１４間の絶縁層部分１３Ａ上
の全域に差渡り且つ転送方向に関して後端側に於で半導
体薄層電極１４上にその一部が跨る如く形成するも、で
きるだけ金属電極１５間の間隙Ｓは大なる巾に選定する
。

そして、１つ置きに隣合う金属電極１５を組として、２
組の金属電極１５群より夫々線路Ｌｓ１及びＬｓ２によ
って端子Ｔｓを導出して２相のクロックパルス電圧を印
加するようになす。

之等線路Ｌｓ１及びＬｓ２は、光学像を受光することの
ない無効領域に於で、各金属電極１５より延長して形成
した導電層より構成し得る。

尚、図示しないが蓄積部９と読み出し部１０に於ても、
上述したセンサ一部８を構成した電荷移送素子と同様の
構成による電荷移送素子を以って構成し得る。

蓄積部９はセンサ一部８に於ける列数と同数の列数即ち
電荷移送素子１１の数と同数の素子数を以って形成し、
且つその行数も同数に即ち各素子１１の電荷転送部と同
数の転送部を有する素子より構成する。

ＴＭは、蓄積部９の電荷転送クロツクパルス電圧の印加
端子、ＴＲは読み出し部１０の端子である。

又、Ｔｏｕｔは読み出し部１０の映像信号取シ出しの出
力端子である。

１７は各素子１１間を分離するチャンネルストッパーと
なる高不純物濃度領域である。

次に、上述した本発明による固体撮像装置の製法の一例
を第５図を参照して説明する。

先ず、第５図Ａに示す如く例えばＰ形の比較的低い不純
物濃度を有するシリコン基体１２を用意し、之の表面に
ＳｉＯ２の如き拡散マスクとなり得る絶縁層１３′を周
知の手段、例えば化学的気相成長法によって十分大なる
厚みに形成する。

この絶縁層１３′にフォトエッチングによって、チャン
ネルストッパー領域を形成する拡散窓１３１′を形成す
る。

第５図Ｂに示す如く、この窓１３ｉを通じてＰ形の不純
物を高濃度を以って拡散して高不純物濃度のＰ形のチャ
ンネルストッパー領域１７を形成する。

又、図示しないが読み出し部１０の出力側に形成するダ
イオードの拡散を行う。

第５図Ｃに示す如く、各電荷移送素子１１を形成せ４ん
とする部分の絶縁層１３′を一旦除去して此処に例えば
１２００Åの厚みを以って絶縁層１３を基体１２の表面
を熱酸化して形成する５。

第５図Ｄに示す如く、絶縁層１３上に所要の間隔ｄを保
持して不純物がドープされた例えばシリコンより成る半
導体薄層電極１４を例えば２０００人の厚みに形成すや
。

この電極１４の形成は、不純物がドープされたシリコン
を蒸着、スパツタ等によって金面的に被着し、不要部分
を除去して形成し得る。

第５図Ｅに示す如く、電極１４上を覆って全面的にＳｊ
ｏ２の如き絶縁層１３を３０００Å程度の厚みに全面的
に化学的気相成長法等によって形盛する。

第５図Ｆに示す如く、電極１４の電荷転送
方向の前端側の一部上の絶縁層１３をフォトエッチング
によって除去して電極窓１３ａを形成する。

第５図Ｇに示す如く、各半導体薄層電極１４間上に金属
電極１５をその一部が各電極１４の前端側に窓１３ａを
通じて連接する如く形成し、複数の転送部１６を配ダル
て電荷移送素子１１を形成する。

このようにして形成された電荷移送素子１１は、電極１
４下に於ては第５図Ｃに示した工程によって形成した薄
い絶縁層１３のみが存し、電極１５下の他部に於では２
層の絶縁層１３によって大なる厚みの部分１３Ａが形成
される。

又、基体１２の電荷移送素子１１の形成される部分以外
の表面は、第５図Ａ及びＥの工程で夫々形成した厚みの
大なる絶縁層１３′と１３とによって覆うので表面の不
活性化を確実に行うことができる。

尚、上述の製法による場合、第５図Ｆに示す工程での窓
１３ａの形成の為のフォトエッチングに際して、この窓
１３ａが電極１４内上に跨って、部分１３Ａの一部を除
去してしまって、その後形成する金属電極１５が基体に
接触してしまうことがないように、窓１３ａは、フォト
エッチングの精度を考慮して第５図Ｆ及び第４図に示す
如く、電極１４上側に巾Ｗ。

たけ入り込んだ位置に形成されるようにする。

ところがこのように巾Ｗ。を持たせると、電極１５と１
４との接触部を一定巾に選ぶとすると、この巾Ｗ。

だけ受光巾が減少されることになる。

そこで、このような欠点を回避するには、第６図に示す
如く絶縁層１３上に、之に対するエッチング液ではエッ
チングされにくいエッチングレジスト層１８例えば厚み
５００ÅのＳｉ３Ｎ４層を、第５図Ｃの工程で絶縁層１
３の瘉成後に形成し、第５図Ｆの子程のエッチングに際
して窓１３ａが電極１４上よりはずれた位置に跨っても
、このレジスト層１８がエッチングのストッパーとして
作用して下層の層１３を保護し、金属電極１５の基体１
２との短絡を阻止させるようになし得る。

云い換えれば、窓１３ａが巾Ｗ。だけ電極１４上に入り
込む考慮を不要とし、それだけ受光面積を増大させるこ
ともできる。

上述の本発明装置によれば、その少くともセンサ一部８
を構成する電荷移送素子１１の各転送部１６が、電荷の
転送方向に関して、この転送部１６を構成する絶縁層１
３の厚みが異るようになされて表面電位が異るように、
即ち、各転送部１６に関して電荷が一方向に移送される
ようになされているので、上述したように１つ置きの転
送部１６を組として２組の転送部１６に２相のクロツク
パルスを与えてその転送を所定方向に行っていくことが
できる。

又、上述の本発明装置によれば、各転送部１６の後端側
には、金属電極１５が形成されることがなく、光透過性
を有する薄い半導体電極１４によって形成しているので
、この部分よシも受光することができ、能率の良い受光
を行うことができる。

又、この受光部分の巾即ち金属電極１５間の間隔Ｓは、
この部分に半導体電極１４が存在しているので、この間
隔Ｓを大としても、転送部１６間の間隔を大とすること
にはならず転送効率を低下させることがない。

云い換えれば、受光能率と転送効率とが相容れない関係
にあることがなく双方を満足させることができるもので
ある。

又、上述の本発明構成によれば、受光部は光透過性の半
導体薄層電極１４によって構成するが他部に於では各列
の電荷移送素子１１ａ．１ｌｂ，１１ｃ・・・・・・の
各行に関して共通に金属電極１５を延長して設けてクロ
ツクパルスの給電用端子を導出するものであるから、こ
の給電用端子と各転送部１６までに介存する分布抵抗は
十分小さくでき、スイッチング特性の向上を図ることが
できる。

また、上述の本発明構成によれば、各電荷転送素子の各
半導体薄層電極にこれに沿って金属電極が連接して給電
がなされるようにしているので、分布抵抗の低減化をは
かることができ、これに伴って牛導体薄層電極を十分薄
くできて、受光効率を高めることができる。

尚、本明細書に於で、列、行の呼称は任意の一方向と之
と交る方向を便宜上呼称したものであって、水平垂直方
向を限定して指称するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体撮像装置を構成する電荷移送素子の
要部の拡大断面図、第２図は従来の固体撮像装置の構成
図、第３図は本発明による固体撮像装置の一例の構成図
、第４図はその電荷移送素子の一例を示す要部の拡大略
線的断面図、第５図はその一製造方法を示す工程図、第
６図は本発明装置の電荷移送素子の他の例を示す要部の
拡大略線的断面図である。 ８はセンサ一部、９は蓄積部、１０は読み出し部、１１
は電荷移送素子、１２は半導体基体、１３は絶縁層、１
４は半導体薄層電極、１５は金属電極、１６は転送部で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基体の受光側の一主面に光透過性絶縁層が形
   成され、該主面に臨んで一方向に延長する複数の電荷移
   送素子が並置配列されて成り、上記絶縁層上に上記各電
   荷移送素子に対して共通にこれら電荷移送素子の延長方
   向を横切って複数の光透過性半導体薄層電極が所要の間
   隔を保持して並置配列されると共に、これら各半導体薄
   層電極の夫々に対応して該半導体薄層電極の延長方向に
   沿う一側縁に沿って夫々金属電極が並置配列され、上記
   各半導体薄層電極とその各一側縁部に隣り合う半導体薄
   層電極とを組として、該各組の電極によって上記各電荷
   移送素子において夫々上記半導体薄層電極下と金属電極
   下とで転送電荷に対して異るポテンシャルが形成された
   電荷移送部が構成されるようにし、該各組の亀極におい
   て各金属電極の一側縁が対応する上記半導体薄層電極の
   上記一側縁のほぼ全長に渡って互いに直接的に重なり合
   うようになされ、上記金属電極の他側線は、絶縁層を介
   して隣シ合う他の組の牛導体薄層電極の他側縁と重な如
   合うようになされ、上記金属電極のうち隣り合う１つ置
   きの金属電極を組として該組の金属電極間に２相のクロ
   ツク電圧を印加して、上記金属電極が重ねられていない
   半導体薄層電極とこれの下の上記絶縁層を介して入射す
   る光によって発生した電荷を、上記各電荷移送素子にお
   いて一方向に転送することを特徴とする固体撮像装置。