JPS58161580A - 電荷転送形イメ−ジセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電荷転送形イメージセンナの改ＪＬＫ関する。

〔発明の技術的背景〕

最近、電荷転送形イメージセンナ、特にインクツイン転
送方式のイメージセンナが固体イメージセンナとして注
目されている。従来、かかるインタツイン転送方式のイ
メージセンナとしては第１図〜第５図に示すものが知ら
れているや図中の１は例えばｐ型の半導体基板である。

この基板１表面には、フォトダイオードとじての勤型の
感光画素２１　＊２Ｎ　＋・−からなる感光部が２次元
的に設けられている。これら感光部の各画素列間には、
前記画素！１ｅｊｌ・・・に蓄積した信号電荷を垂直方
向に転送する―直しノスタ３が設けられている。この垂
直レジスタＪＫは、その一部を構成するｎｆＪｊ、の電
荷転送チャネル４が前記画素列間に設けられている。ｉ
た、基板１狭間には、垂直レジスタ３で転送された信号
電荷を一走査毎に並直列変換して水平方向に転送し、外
部に信号を読み出す水平レジスタ（図示せず）が設けら
れている。前記基板１表面の画素ｊｌｓＪ意・・・、電
荷転送チャネル４及びダート領域５を除く部分には、ｐ
中型のチャネル阻止領域ｄ・・・が設けられている。前
記画素２１゜２１・・・等を含む基板１上には絶縁膜１
が設けられ、この絶縁膜１間の所定位置Ｋ、第１〜第５
の転送電極８１〜８１が段階的に離間して設けられてい
る。前記絶縁膜１上には、前記画素２１゜２寓・・・及
び各画素列における画素Ｊｌｐｊｌ・・・間部分に対応
する部分を除くように光遮蔽膜ｔが次に、前述した構造
のイメージセンサの動作について説明する。

まず、光が例えば画素２黛に入射すると、電荷が発生し
信号電荷として蓄積する。一定時間後、転送電極８２に
大きい正の電圧（ｖｌ）を印加すると、画素２！に蓄積
した信号電荷は、ダート領域５を通って電荷転送チャネ
ル４の電位の井戸に転送され不、なお、他の画素ｊｌｐ
Ｈ。

２４・・・にも信号電荷が発生し同様に電荷転送チャネ
ル４に転送される。つづいて、ｖｌよシ十分小さいクロ
、クツ臂ルスを垂直レジスタ３０転送電極（図示せず）
に印加することにより、垂直方向に信号電荷を転送し、
さらに水平レジスタを通して信号電荷が読み出される。

なお、この読出し期間に次の画面の信号電荷が画素２１
゜２ｍ・・・Ｋ蓄積されるが、垂直レジスタ３へ印加さ
れるりＯツク／中ルスの電圧が小さいため、画　　゛素
ｊｌｅｊｌ・・・に新たに蓄積される信号電荷がただち
に垂直レジスタ３へ転送されることはない。

さらに一定時間後、新たに蓄積された信号電荷は、垂直
レジスタ１の転送電極に電圧ｖ１を印加することにより
垂直レジスタ１へ転送される。

以下、前述と同様の動作を繰返すことにより次々と新し
い画面の信号が読み出される。

〔′＃免技術の問題点〕

しかしながら、前述した構造のイメージセンサにおいて
は、チャネル阻止領域６が電位の井戸とならないように
、該領域６に電荷転送チャネル４・・・の不純物濃度よ
り高い逆導電型の不純物が含まれる。したがりて、チャ
ネル阻止領域６の不純物が、画素２１．２．・・・等を
形成する際の高、６エ１ｉ、ｔ−横方向よ拡散し、第２
図にヶすように電荷転送チャネル４がチャネル阻止領域
６，６で両側から狭まれる場合、電荷転送チャネル４０
幅が設計値よりも狭くなる。その結果、垂直レジスタ３
で運べる最大電荷量が小さくなシ、イメージセンナのダ
イナ２．クレンジが小さくなるという欠点があ−）良。

また、第３図に示す如く、画素２ｍと電荷転送チャネル
４間のｒ−）領域５にはチャネル阻止領域６がないため
、この部分の電荷転送チャネル４は、第２図に示す如く
両側にチャネル阻止領域６がある場合と比較して横方向
に広くなる。その結果、第３図における電荷転送チャネ
ル４部分は、狭チャネル効果が小さく、第２図における
電荷転送チャネル４と比較して電位の井戸が深くなる。

従って、この深い電位の井戸部分に信号電荷の一部が残
留して垂直レジスタ１の転送効率が低下し、イメージセ
ンナとしての解偉度が劣化するという欠点を有していた
。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされた４ので、ダイナミ、
クレンノや解偉度の向上を図った電荷転送形イメージセ
ンナを提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、基板表面の電荷転送チャネルの両側のｆ−）
領域を除く部分に絶縁膜を介して障壁電極を設けた構造
を有し、かつこの障壁電極に直流電圧を印加することに
より、前記電荷転送チャネルに対して障壁電極下の基板
表面が電位障壁となるようにすることによって解偉度等
の特性の向上を図り九ことを骨子とする。

〔発明の実施例〕

本発明の１実施例であるインクライン転送方式のイメー
ジセンサを、第６図〜第１０図に基づいて説明する。な
お、第１図〜第５図に示すイメージセンサと同部材のも
のは同符号を用い、説明を省略する。

図中１はｐ型半導体基板である。この基板１表面には、
第１図〜第５図に示したイメージセンナと同様に画素２
１．２．・・・、垂直レジスタ３、電荷転送チャネル４
及び水平レジスタ（図示せず）が設けられている。前記
基板１上には絶縁膜１が設けられている。そして、前記
電荷転送チャネル４の両側のダート領域５を除く部分に
は、障壁電極２１・・・が前記絶縁膜ｒの第１層膜を介
して設けられている。同絶縁膜ｉ内の第２層には、第２
、第４、第５の転送電極Ｊｌｙ８４＊８藝が互いに離間
して設けられている。同絶縁膜ｉ内の第３層には、第１
、第３の転送電極８１、＄９が互いに離間して設けられ
ている。前記絶縁膜ｉ上には、前記画素’１＋２１・・
・に対応する部分、及び各画素列における画素’１＋Ｊ
１・・・間部分に対応する部分を除くようにＡｔの光遮
蔽膜９が設けられている・ 次に、前述した構造のイメージセンナの製造方法を、第
１１図（ａ）　、　（ｂ）　〜第１４図（ａ）　、　（
ｂ）に基づいて説明する。

中　まず、ｐ型半導体基板１上に第１の絶縁膜７１を形
成した。つづいて、この絶縁膜７１上に障壁電極となる
導体層を堆積した後、写真蝕刻法によりｔ４ターニング
して画素形成予定部及び電荷転送チャネル形成予定部に
対応する部分が開孔した導体層・ダター７２２を形成し
た０次に、この導体層ツタターフ２２をマスクとして基
板１にリンを所定条件下でイオン注入、熱処理を施こし
、画素（７１）　＋　ｊｍ　ｒ　Ｉｓ・・・及び電荷転
送チャネル４を形成した（第１１図（１）　、　（ｂ）
図示）。

次いで、画素２寓と電荷転送チャネル４間のダート領域
５に対応する導体層・臂ターフ２２を常法によシエ、チ
ング除去し、障壁電極２ノを形成した（第１２図（１）
、伽）図示）。

（１１）次に、前記障壁電極２１をマスクとして第°１
の絶縁膜７１を選択的に工、チンダ除去した後、全面に
第２の絶縁膜７鵞を形成した（第１３図（ａ）、伽）図
示）、つづいて、常法によ）、全面に導体層（図示せず
）の堆積、ノ臂ターニングを繰り返して所望の所に第１
〜第５の転送電極Ｃｓ５）、ｓ＊　ｅ８ｓ　ｅ　（Ｊ１
４）−（ｇ修）を夫々形成した０次に、全面に第３の絶
縁膜１ｓを形成し九。

この後、全面にＡｊを蒸着し、Δタ一二ンダして前記画
素Ｊ１＊Ｊ！・・・及び各画素列における画素ｊｌｅＪ
ｌ・・・間部分に対応する部分が開孔したＡｔからなる
光遮蔽膜９を形成し、所望のインクライン転送方式のイ
メージセンサを製造し九（第１４図（ａ）　、　（ｂ）
図示）。なお、前記第１〜第３の絶縁膜７１〜７３を一
体にした４のが、第７図〜第１Ｏ図中の絶縁膜７に対応
する。

次に、本発明のイメージセンナの動作を説明する０画素
ロ、２！・・・への光入射、信号電荷の発生郷の動作祉
従来例と同様であるから、相違点のみ説明する。即ち、
障壁電極２１には、基板１と同一電圧または一定の直流
電圧Ｖ、を印加して動作させる。ここでＶ、は、電荷転
送チャネル４に対して障壁電極２１下の基板１表面が電
位障壁となる電圧に選ぶ。

しかして、前述した構造のイメージセンサによれば、電
荷転送チャネル４は、障壁電極２１となる導体層ノ臂タ
ーン２２をマスクとして基板１にリンを導入した後、熱
処理によシリンが横方向に拡散する九め広い電荷転送チ
ャネル４を形成できる。従って、垂直レジスタ３の運べ
る最大信号電荷量が大きくなり、ダイナミ、クレンゾが
大きくなる。

また、電荷転送チャネル４の両側の基板１表面には、従
来の如くチャネル阻止領域がないため、電荷転送チャネ
ル４の電位の井戸は、第１〜第５の転送電極７１〜７ｓ
に印加する電圧によシー義的に決ｔｂ、従来の如く場所
によって井戸が深くなったりすることがない、従って、
垂直レジスタ３による電荷転送が効率的に行われ、イメ
ージセンナとしての解偉度が向上する。

なお、本発明に係る電荷転送形イメージセンサとして社
、前述した構造のものに限らず、次に示す構造のもので
もよい。

第１５図に示す如く、障壁電極２ノ下の基板１表面にｐ
土星の半導体領域２１を形成した構造のもの、かかる構
造のイメージセンサにおいて、画素（ｊｔ）−（ｊｍ）
−Ｊｓ・・・及び電荷転送チャネル４の形成社、基板１
表面にｐ型の不純物を導入した後、前述した実施例と同
様にして導体層／イメージ２２を形成し、しかる後、こ
の／４ターン２２をマスクとしてｎ型の不純物を多量導
入、熱処理によシ行なった。

第１５図図示のイメージセンサによれば、障壁電極２１
下の基板１表面にｐ土星の半導体領域２３が形成されて
いるため、第３の転送電極２１の印加ノルスの銹導によ
り障壁電極２１の電圧が高く電位障壁が維持される。

また、第１６図に示す如く、所定の障壁電極２１下の基
板１表面にｎ型不純物を極めて低濃度に含むｎ−型の半
導体領域２４、及びこの半導体領域２４に隣接し九基板
１表面にｎ型不純物を高濃度に含むｎ十薬のドレイン領
域２５が設けられた構造のものでもよい。かかる構造の
イメージセンサにおいては、画素２３に過剰な電荷が蓄
積すると、電位障壁２１の半導体領域２４に形成される
電位の井戸を通ってさらに深い井戸を有するドレイン領
域２５に排出される。

第１６図図示のイメージセンサによれば、障壁電極ｚ１
がドレイン領域２５への過剰電荷の排出を制御する制御
ダートと一体に形成されるため、製造を簡単化できる。

なお、上記実施例では基板としてｐ型の場合について述
べたが、これに限らず、ｎ型の場合でもよい。

また、上記実施例では感光画素がフォトダイオードであ
る場合についたが、これに限らず、透明電極を絶縁膜を
介して設けたＭＯ８形ダイオードあるいは光導電膜を用
いた感光画素でも同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、従来と比べてダイナ
ミ、クレンノや解偉度を向上させたインクライン転送方
式のイメージセンナ等の高傅頼性の電荷転送形イメー・
ゾセンサを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインタライン転送方式のイメージセンサ
の平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第
３図は第１図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第４図は第１図
のＣ−Ｃ＠ｌｆｃ治う断面図、第５図社第１図のＤ　−
Ｄ＠に沿う断面図、第６図は本発明の１実施例であるイ
ンクツイン転送方式のイメージセンサの平面図、第７図
は第６図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第８図は第６図のＢ
−Ｂ線に溢う断面図、第９図は第６図のＣ−Ｃ線にθう
断面図、第１０図は第６図のＤ−Ｄ線に沿う断面図、第
１１図（ａ）、伽）〜第１４図（＆）　、　Ｃｂ）は、
第６図〜第１０図図示のイメージセンサの製造方法を、
第６図のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿りた工程順に示す断面
図、第１５図及び第１６図は、夫々本発明の他の実施例
を示すインタ〉イン転送方式のイメージセンサの断面図
である。 １・・・ｐ型半導体基板、！１　ｐ２鵞＋２Ｂ・・・感
光画素、３・・・垂直レジスタ、４・・・電荷転送チャ
ネル、５・・・ｒ−ト領域、６・・・チャネル阻止領域
、７・・・絶縁膜、８１〜８ｓ・・・転送電極、９・・
・光遮蔽膜、２１・・・障壁電極、２２・・・導体層ノ
４ターン、２３・・・ｐ土星の半導体領域、２４・・・
ｎ−型の半導体領域、２５・・・ｎ十薬のドレイン領域
。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第４図　　　
　第５図 第６図 １８７図　　　　第８図 第９図　　　　ＩＩ　１ｏ　Ｈ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　第１導電型の半導体基板表面に設けられ光入力に
   応答して電荷を発生すゐ感光画素と、前記基板に感光画
   素と近接して設けられ皺感光画素に蓄積した電荷を順次
   読み出す電荷転送形シフトレジスタとを具備した電荷転
   送形イメージセンナにおいて、前記感光画素の電荷を前
   記シフトレジスタの電荷転送チャネルへ転送するための
   ｆ−）領域を除く部分に絶縁膜を介して障壁電極を設け
   、かつ障壁電極に直流電圧を印加することによシ、前記
   電荷転送チャネルに対して障壁電極下の基板表面が電位
   障壁となるようにしたことを特徴とする電荷転送形イメ
   ージセンサ− ２、電荷転送チャネルが、障壁電極となる金属ノーター
   ンをマスクとして半導体基板表面へ第２導電型の不純物
   をイオン注入することによプ形成されるものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電荷転送形イ
   メージセンナ。 ３、障壁電極が、感光画素に近接して設けられゐドレイ
   ン領域への過剰電荷の排出を。制御する制御ｆｆ−）と
   一体に形成されるものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電荷転送形イメージセンナ。