JPS5823992B2 - solid state imaging device - Google Patents

solid state imaging device

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Publication number
JPS5823992B2
JPS5823992B2 JP52005953A JP595377A JPS5823992B2 JP S5823992 B2 JPS5823992 B2 JP S5823992B2 JP 52005953 A JP52005953 A JP 52005953A JP 595377 A JP595377 A JP 595377A JP S5823992 B2 JPS5823992 B2 JP S5823992B2
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JP
Japan
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substrate
diffusion layer
swelled
light
well
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JP52005953A
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Japanese (ja)
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久保征治
小池紀雄
竹本一八男
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Priority to FR7801742A priority patent/FR2378412A1/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビカメラなどに用いられる固体撮像装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device used in television cameras and the like.

第1図−は典型的な固体撮像装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a typical solid-state imaging device.

光ダイオード1と光ダイオーード1をソース部分とする
MO8形トランジスタ2とから構成される光電変換素子
をそれぞれ画素に対応して所定画素数だけ配夕]ル、撮
像画面の垂直方向に1列に配列された光電変換素子列は
信号線5により一括され、各列ごとにスイッチ用MO8
形トランジスタ3と信号線6とを介して出力端7に接続
しである。
Photoelectric conversion elements each consisting of a photodiode 1 and an MO8 type transistor 2 whose source is the photodiode 1 are arranged in a line in the vertical direction of the image pickup screen, corresponding to each pixel, for a predetermined number of pixels. The photoelectric conversion element rows are grouped together by a signal line 5, and each row is connected to a switch MO8.
It is connected to an output terminal 7 via a type transistor 3 and a signal line 6.

別にたとえばMO8O8形トレジスタからなる水平走査
口7.:’4..9と垂直走査回路10とがあって、水
平走査回路9は信号線8によって前記MOSトランジス
タ3のゲートを制御して水平走査を行い、垂直走査回路
10は撮像画面の水平方向に1列に配列された各光電変
換素子のMOSトランジスタ2のゲートを各列ごとに信
号線4により一括して直接制御して垂直走査を行う。
For example, a horizontal scanning port 7 consisting of an MO8O8 type register. :'4. .. 9 and a vertical scanning circuit 10, the horizontal scanning circuit 9 controls the gate of the MOS transistor 3 through a signal line 8 to perform horizontal scanning, and the vertical scanning circuits 10 are arranged in a line in the horizontal direction of the imaging screen. Vertical scanning is performed by directly controlling the gates of the MOS transistors 2 of the photoelectric conversion elements for each column by the signal line 4.

以下の説明においては電子を信号電荷とするnチャネル
形装置として述べるが、導電形および極性を逆にするこ
とにより、正孔を信号電荷とするpチャネル形装置につ
いても全く同様に説明できる。
In the following description, an n-channel type device using electrons as a signal charge will be described, but by reversing the conductivity type and polarity, a p-channel type device using holes as a signal charge can be explained in exactly the same manner.

光により発生した電子は光ダイオード1の接合容量に蓄
えられる。
Electrons generated by light are stored in the junction capacitance of the photodiode 1.

読み出す時には、垂直走査回路10の出す正の走査パル
スにより、信号線4を通じてMOSトランジスタ2を導
通させ、信号線8を通じて水平走査回路9の出す正の走
査パルスが順次MOSトランジスタ3を導通させる。
During reading, a positive scanning pulse issued by the vertical scanning circuit 10 causes the MOS transistor 2 to conduct through the signal line 4, and a positive scanning pulse issued from the horizontal scanning circuit 9 through the signal line 8 sequentially causes the MOS transistor 3 to conduct.

このようにして1度走査された後、つぎに走査されるま
での期間、画素に入射した光が光タイオード1により電
荷に変換され、光ダイオード1の接合容量に蓄積されて
いたものが信号電荷として順次読出される。
After being scanned once in this way, until the next scan, the light incident on the pixel is converted into an electric charge by the photodiode 1, and the amount accumulated in the junction capacitance of the photodiode 1 is converted into a signal charge. are read out sequentially.

第2図および第3図は従来の固体撮像装置の光電変換素
子の断面およびポテンシャルを示す図である。
FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the cross section and potential of a photoelectric conversion element of a conventional solid-state imaging device.

第2図aは、光電変換素子の(画面の)水平方向の平面
による断面図である。
FIG. 2a is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element taken along a plane in the horizontal direction (of the screen).

p形Si基板11とn膨拡散層12とでpn接合型の光
ダイオード1(第1図)を構成し、さらにn膨拡散層1
2はn膨拡散層13、多結晶Si等よりなるゲート電極
14と共にMOSトランジスタ2(第1図)を構成し、
前記拡散層12,13、ゲート電極14はそれぞれソー
ス、ドレイン、ゲート電極として動作する。
The p-type Si substrate 11 and the n-swelled diffusion layer 12 constitute a pn junction type photodiode 1 (FIG. 1), and the n-swelled diffusion layer 1
2 constitutes a MOS transistor 2 (FIG. 1) together with an n-swelled diffusion layer 13 and a gate electrode 14 made of polycrystalline Si or the like;
The diffusion layers 12 and 13 and the gate electrode 14 operate as a source, a drain, and a gate electrode, respectively.

なお本図中15は5i02膜、16はアルミ信号線(第
1図中の信号線5)、17は入射光、18はSi基板1
1内の深い所で光17により発生した(電子・正孔対か
らの)電子である。
In this figure, 15 is the 5i02 film, 16 is the aluminum signal line (signal line 5 in Figure 1), 17 is the incident light, and 18 is the Si substrate 1.
These are electrons (from electron-hole pairs) generated by the light 17 deep inside the hole.

光17により発生した電子・正孔対のうち、電子がn膨
拡散層12に流入し、ゲート電極14に垂直走査パルス
が印加されるとn膨拡散層13を経て信号線16に導き
出される。
Among the electron-hole pairs generated by the light 17, electrons flow into the n-swelled diffusion layer 12, and when a vertical scanning pulse is applied to the gate electrode 14, they are led out to the signal line 16 via the n-swelled diffusion layer 13.

光17による電子は、n膨拡散層12内あるいはその近
傍だけでなく、拡散層12よりはるかに厚いSi基板1
1内の深い所でも図中18で示すごとく発生する。
The electrons caused by the light 17 are not only in or near the n-swelled diffusion layer 12, but also in the Si substrate 1, which is much thicker than the diffusion layer 12.
This phenomenon also occurs deep within the interior of 1, as shown by 18 in the figure.

深さXcrfLの所で厚さdXcrfL当り発生する電
子の量dI(C/s)は、光量IW当り、次式のように
なる。
The amount of electrons dI (C/s) generated per thickness dXcrfL at depth XcrfL per light amount IW is expressed by the following equation.

dI’−1081λe−αxdX (1)λは
光の波長(μm)、αはSi基板の吸光係数(CIrL
−’)である。
dI'-1081λe-αxdX (1) λ is the wavelength of light (μm), α is the extinction coefficient of the Si substrate (CIrL
-').

青、緑、赤の3原色の光(波長λはそれぞれ0.45μ
m、0.55μm 、065μm)に対し、αはそれぞ
れほぼ、2.4 X 10”。
Light of three primary colors: blue, green, and red (wavelength λ is 0.45μ each)
m, 0.55 μm, 065 μm), α is approximately 2.4×10”, respectively.

7.1 X 10+3,3.4 X10+3(crfL
’)である。
7.1 X 10+3, 3.4 X10+3 (crfL
').

(1)式かられかるごとく、波長に比例して発生ずる電
子数が多く、さらに波長の長い光は途中での吸収が少な
くSi基板の奥深くまで達して電子を発生する。
As can be seen from equation (1), the number of electrons generated increases in proportion to the wavelength, and light with a longer wavelength is less absorbed on the way and reaches deep into the Si substrate to generate electrons.

その結果、可視光中の赤や赤外線に対して著しく感度が
高い分光特性を示す。
As a result, it exhibits spectral characteristics that are extremely sensitive to red and infrared visible light.

また波長の長い光や長くなく、ても強い光はSi基板の
奥深くまで達し電子を発生するので、後述のごとく、解
像力の低下やブルーミングと呼ばれる明るくつぶれた領
域や明るい輝線の生ずる現象が生じ、画面を損う。
In addition, long-wavelength light or light that is not long but strong reaches deep into the Si substrate and generates electrons, which causes a decrease in resolution and blooming, a phenomenon in which bright collapsed areas and bright bright lines are generated. Damage the screen.

従来広く撮像光源として用いられてきたタングステンラ
ンプなどでは長波長成分が多く、この光源に対して分光
特性の不適合は長波長光を吸収する前置フィルタを用い
て何とか是正することもできるが、長波長光や強い光に
よる解像力低下、ブルーミングの発生はいかんともし難
く、固体撮像装置は結局実用化を妨げられてきた。
Tungsten lamps, which have traditionally been widely used as imaging light sources, have many long-wavelength components, and the mismatch in spectral characteristics for this light source can be corrected by using a pre-filter that absorbs long-wavelength light. The reduction in resolution and the occurrence of blooming due to wavelength light or strong light are difficult to manage, and the practical application of solid-state imaging devices has been hindered.

撮像管の場合と同様、単一の固体撮像装置にモザイク状
に配置した3原色フィルタを重ねるといった方法による
単板カラー撮像装置の場合には、赤色光用ダイオードに
入射した光により発生した光電子が、隣接する他の色光
用の光電変換素子に流れこみ、取り出す電気信号の色情
報が混じる、いわゆる混色をおこすという新たな問題も
生ずる。
Similar to the case of image pickup tubes, in the case of a single-chip color imaging device in which three primary color filters arranged in a mosaic pattern are stacked on a single solid-state imaging device, photoelectrons generated by light incident on a red light diode are A new problem arises in that the color information of the electric signal flowing into the adjacent photoelectric conversion element for other color light and being extracted is mixed, causing so-called color mixing.

ブルーミング、解像度等従来の固体撮像装置の欠点につ
いて更に詳しく説明する。
The shortcomings of conventional solid-state imaging devices, such as blooming and resolution, will be explained in more detail.

第3図aは、光電変換素子の(画面の)垂直方向の平面
による断面図で、隣接−りる光電変換素子の受光部n膨
拡散層12および12.p’ 形Si基板11 、5
i02膜15、光17、Si基板11中で光17により
生じた(電子・正孔対の)電子108゜109等を示し
である。
FIG. 3a is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element taken along a plane in the vertical direction (to the screen), showing the light-receiving portions of the adjacent photoelectric conversion elements n-swelled diffusion layers 12 and 12. p' type Si substrate 11, 5
It shows electrons 108° and 109 (electron/hole pairs) generated by the light 17 in the i02 film 15, the light 17, and the Si substrate 11.

n膨拡散層12,12’等はそれぞれp形Si基板11
と共に光ダイオードを構成し、入射した光を電荷に変え
てダイオードの接合容量に蓄積する。
The n-swelled diffusion layers 12, 12', etc. are each formed on a p-type Si substrate 11.
Together, they form a photodiode, converting incident light into charges and storing them in the diode's junction capacitance.

走査によって前記蓄積された電荷が電気信号として取り
出される。
The accumulated charge is extracted as an electrical signal by scanning.

第3図に示すような位置に、動作説明用に、点A、B。Points A and B are located at the positions shown in FIG. 3 for the purpose of explaining the operation.

Cを選定する。Select C.

これら3点間の初期ポテンシャルの状態を第3図すに曲
線111で、同図Cに曲線113で示しである。
The state of the initial potential between these three points is shown by a curve 111 in FIG. 3 and by a curve 113 in C of the same figure.

いまn膨拡散層12にのみ光17が入射している場合に
ついて述べる。
The case where the light 17 is incident only on the n-swelled diffusion layer 12 will now be described.

光17によりn膨拡散層12内で生成する正孔がp形S
i基板11に流出し、p形Si基板11内で生成した電
子108がn膨拡散層12に流入し、入射光量に従いA
点のポテンシャルが矢印110で示すように土昇すると
いう光電反応がおこる。
Holes generated in the n-swelled diffusion layer 12 by the light 17 become p-type S
Electrons 108 flowing into the i-substrate 11 and generated within the p-type Si substrate 11 flow into the n-swelled diffusion layer 12, and A
A photoelectric reaction occurs in which the potential at the point rises as indicated by an arrow 110.

以上が正常な動作であるが、固体撮像装置の場合、複数
個の光電変換素子が近接して単一基板に並んでいるので
、入射する光17が長波長成分を含んでいたり、光が強
かったりすると、光17はp形Si基板11中に深く侵
入して上記以外の電荷の流れを生ずる。
The above is normal operation, but in the case of solid-state imaging devices, multiple photoelectric conversion elements are arranged closely on a single substrate, so the incident light 17 may contain long wavelength components or be strong. In this case, the light 17 penetrates deeply into the p-type Si substrate 11 and causes a flow of charges other than those described above.

すなわち光17によりSi基板11中で生成した電子1
08は、その生成場所がn膨拡散層12の極く近辺の場
合以外は、拡散によってn膨拡散層12(のごく近く)
に到達する。
That is, electrons 1 generated in the Si substrate 11 by the light 17
08 is generated by diffusion (very close to the n-swelling diffusion layer 12), unless the generation location is very close to the n-swelling diffusion layer 12.
reach.

n膨拡散層12の近傍ではn膨拡散層12とSi基板1
1間の拡散電位差によるドリフト電界に助けられる。
In the vicinity of the n-swelling diffusion layer 12, the n-swelling diffusion layer 12 and the Si substrate 1
This is aided by the drift electric field due to the diffusion potential difference between 1 and 1.

この範囲は、電位差およびp形Si基板11の不純物濃
度によるが、大抵数μm程度で、これより深い所では拡
散が支配的である。
This range depends on the potential difference and the impurity concentration of the p-type Si substrate 11, but is usually about several micrometers, and diffusion is predominant at deeper depths.

この場合、隣接するn膨拡散層12′方向に拡散する電
子109のようなものが必ず生ずる。
In this case, something like the electron 109 that diffuses in the direction of the adjacent n-swelled diffusion layer 12' is sure to occur.

第3図すに示すように、このようなSi基板中のかなり
深い点Bからn膨拡散層12′中の点Cに到る間には、
n膨拡散層12中の点Aに到る間と同様にポテンシャル
の障壁となるものなどはなく、両者の差は距離だけであ
る。
As shown in FIG. 3, from point B, which is quite deep in the Si substrate, to point C in the n-swelled diffusion layer 12',
As in the case of reaching point A in the n-swelling diffusion layer 12, there is no barrier to the potential, and the only difference between the two is the distance.

点BがSi基板中の深い所にあれば、当然そこからn膨
拡散層12.12’に流入する電子数の差は小さくなる
If point B is deep in the Si substrate, naturally the difference in the number of electrons flowing from there into the n-swelled diffusion layer 12, 12' becomes smaller.

すなわち固体撮像装置の解像力が低下することになる。In other words, the resolving power of the solid-state imaging device is reduced.

前述したごとく、隣接光電変換素子が異なった色情報を
蓄えようとする単板カラー撮像装置の場合、異なる色光
の情報が入り込むことになり、混色をおこすことになる
As described above, in the case of a single-chip color imaging device in which adjacent photoelectric conversion elements attempt to store different color information, information of different color lights will enter, resulting in color mixing.

言うまでもなく、固体撮像装置の解像力の向上あるいは
カラー化をはかつて、画素したがって対応する光電変換
素子を小形化するほど、AB間とBC間の距離の差が小
さくなり、この問題は重大となる。
Needless to say, as improvements in resolution or colorization of solid-state imaging devices are made, the smaller the pixels and therefore the corresponding photoelectric conversion elements become, the smaller the difference in distance between AB and BC becomes, and this problem becomes more serious.

また単に光17が強い場合にも、点Aで代表されるn膨
拡散層12のポテンシャルは上昇し、やがて点Bで代表
されるSi基板11のポテンシャルに等しくなる。
Furthermore, even when the light 17 is simply strong, the potential of the n-swelled diffusion layer 12 represented by point A increases and eventually becomes equal to the potential of the Si substrate 11 represented by point B.

通常この状態を蓄積作用を行う光ダイオードが飽和した
として扱っている。
Normally, this state is treated as if the photodiode that performs the storage function is saturated.

しかし正確には光17の強度が大きい場合、n膨拡散層
12内で生成した正孔、Si基板11内で生成した電子
は、pn接合における拡散電界が依然残っているため、
相変らず光電流として流れ続ける。
However, to be more precise, when the intensity of the light 17 is large, the holes generated in the n-swelled diffusion layer 12 and the electrons generated in the Si substrate 11 are affected by the diffusion electric field at the p-n junction.
It continues to flow as a photocurrent.

この結果、゛n形拡散層12内の多数キャリアが過剰と
なり、第3図すにおけるポテンシャル曲線112あるい
は同図Cにおけるポテンシャル曲線114で示すごとく
、点Aのポテンシャルが点Bのポテンシャルより高くな
る。
As a result, the majority carriers in the n-type diffusion layer 12 become excessive, and the potential at point A becomes higher than the potential at point B, as shown by potential curve 112 in FIG. 3 or potential curve 114 in FIG. 3C.

これはpn接合に順バイアスを印加した場合と同等であ
り、したがってn膨拡散層12からp形Si基板11へ
多数キャリアである電子の注入がおこる。
This is equivalent to applying a forward bias to the pn junction, and therefore electrons, which are majority carriers, are injected from the n-swelled diffusion layer 12 into the p-type Si substrate 11.

この注入量は点Aと点Bとの間のポテンシャルの差に従
うため、光17の強度あるいはこれによって発生する光
電流とつりあった所で点Aのポテンシャル上昇が止まる
Since the amount of injection follows the potential difference between points A and B, the potential increase at point A stops when the intensity of the light 17 or the photocurrent generated thereby is balanced.

すなわち光17の強度が十分大きい場合には、点Aのポ
テンシャルは点Bのポテンシャルより高くなる。
That is, if the intensity of the light 17 is sufficiently large, the potential at point A will be higher than the potential at point B.

この現象は太陽電池などにおける光電効果と同じである
This phenomenon is the same as the photoelectric effect in solar cells and the like.

第3図Cに示すように、この注入された電子119は、
Si基板11内では少数キャリアであり、拡散して矢印
117で示すごとく点Cすなわち隣接光電変換素子のn
膨拡散層12′に流入される。
As shown in FIG. 3C, the injected electrons 119 are
They are minority carriers in the Si substrate 11, and are diffused to a point C, that is, n of an adjacent photoelectric conversion element, as shown by an arrow 117.
It flows into the swelling diffusion layer 12'.

さらにポテンシャル曲線112および114で示すごと
く、注入された電子によりSi基板11内でも僅かなが
ら電子をn膨拡散層12から遠去からせる電界が生じ、
前記単に拡散によるだけの場合よりも隣接n膨拡散層1
2′に向う電子(たとえば第3図b)に示す電子118
)の比率を増加させる。
Furthermore, as shown by potential curves 112 and 114, the injected electrons generate an electric field within the Si substrate 11 that moves the electrons away from the n-swelled diffusion layer 12, albeit slightly.
The adjacent n-swelled diffusion layer 1 is smaller than the case simply due to diffusion.
2' (for example, the electron 118 shown in Figure 3b)
) increase the ratio of

特にS 102膜15とSi基板11の界面効果により
Si基板11の表面ではSi基板11の内部より電子に
対するポテンシャルが下り易いが、この場合注入電子の
通路がSi基板11の表面にできた形となり、効率良く
隣接するn膨拡散層を飽和させ、さらにはpn接合を順
バイアス化させ続ける。
In particular, due to the interface effect between the S102 film 15 and the Si substrate 11, the potential for electrons on the surface of the Si substrate 11 is more likely to drop than inside the Si substrate 11, but in this case, a path for the injected electrons is created on the surface of the Si substrate 11. , efficiently saturates the adjacent n-swelled diffusion layer, and furthermore continues to forward bias the pn junction.

画像信号としては点状の光点をうつしたにもかかわらず
白くつぶれた領域のひろがるいわゆるプルーミングを生
ずることになる。
As an image signal, a so-called pluming occurs in which a white area spreads out even though a point-like light spot is transmitted.

第2図は前述のように、1光電変換素子を構成する光ダ
イオードと、このダイオードをソースとするMO8I−
ランリスタの断面をaに、この部分のポテンシャルの状
態をす、cに示している。
As mentioned above, FIG. 2 shows a photodiode constituting one photoelectric conversion element and a MO8I-
The cross section of the Lanristor is shown in a, and the potential state of this part is shown in c.

同図aに示すように代表点としてり、E、F3点を選び
、その3点間の初期ポテンシャルの状態を同図す中面線
131.c中曲線133で示す。
As shown in Figure a, three points E and F are selected as representative points, and the state of the initial potential between these three points is determined by the midplane line 131. It is shown by curve 133 in c.

第3図について隣接光ダイオード間の光電子の流出、混
入について述べたが、第2図に示した部分でも全く同様
のことが生ずる。
The outflow and mixing of photoelectrons between adjacent photodiodes has been described with reference to FIG. 3, but exactly the same thing occurs in the portion shown in FIG.

光ダイオードを構成するn膨拡散層12に入射した光の
長波長成分によりSi基板11の奥深く例えば点Eで生
成された光電子は、DE間とDE間の距離の比に従い、
n膨拡散層13に流出する。
Photoelectrons generated deep inside the Si substrate 11, for example at point E, by the long wavelength component of the light incident on the n-swelled diffusion layer 12 constituting the photodiode, are generated according to the ratio of the distance between DEs and the distance between DEs.
It flows out into the n-swelled diffusion layer 13.

この結果、信号線16(第1図甲信号線5)を共有する
他の光電変換素子の信号を読み出している時に、n膨拡
散層12に入射した光による光電子信号が混入する。
As a result, when a signal from another photoelectric conversion element sharing the signal line 16 (signal line 5 in FIG. 1A) is being read out, a photoelectronic signal due to light incident on the n-swelled diffusion layer 12 is mixed in.

さらに入射光の強度が大きくなると、点Eで代表される
Si基板11中からの拡散によるこの種の光電子数が入
射光強度にほぼ比例して大きくなると同時に、n膨拡散
層12とSi基板11とで形成するpn接合が順バイア
スとなり、n膨拡散層12から入射光量にほぼ比例した
数の電子がSi基板11に注入される。
Further, as the intensity of the incident light increases, the number of photoelectrons of this type due to diffusion from the Si substrate 11 represented by point E increases approximately in proportion to the intensity of the incident light. The pn junction formed by this becomes a forward bias, and a number of electrons approximately proportional to the amount of incident light are injected from the n-swelled diffusion layer 12 into the Si substrate 11.

この模様を第2図す、cにおいて、それぞれポテンシャ
ル曲M132,134で示す。
This pattern is shown by potential curves M132 and M134, respectively, in FIG. 2c.

同図Cより明らかなように、n膨拡散層12から多数キ
ャリアの電子139がn膨拡散層13に流イtこむ。
As is clear from FIG. C, majority carrier electrons 139 flow from the n-swelled diffusion layer 12 into the n-swelled diffusion layer 13.

この結果、画像信号としては、1画素にしたがってそこ
の光電変換素子に強い光が照射すると、信号線を共有す
る光電変換素子すべてに光が照射しているように画面に
輝線があられれる固体撮像装置独特のブルーミング現象
が生ずる。
As a result, as an image signal, when strong light is irradiated on the photoelectric conversion element of one pixel, a bright line appears on the screen as if the light was irradiated on all the photoelectric conversion elements that share the signal line. A blooming phenomenon unique to the device occurs.

n膨拡散層12からn膨拡散層13へ電子が注入する効
果は(第2図に示した場合についても同様であるが)、
n膨拡散層12をエミッタ、Si基板11をベース、n
膨拡散層13をコレクタとするラテラルバイポーラトラ
ンジスタにおけるコレクタ電流とエミッタ電流との関係
よりも、下記の2理由で通常一層効率良く行われる。
The effect of electron injection from the n-swelling diffusion layer 12 to the n-swelling diffusion layer 13 (the same applies to the case shown in FIG. 2) is as follows.
n-swelled diffusion layer 12 as emitter, Si substrate 11 as base, n
This is usually performed more efficiently than the relationship between collector current and emitter current in a lateral bipolar transistor having the swelling diffusion layer 13 as the collector for the following two reasons.

第一の理由は、MOSトランジスタのソースとしてのn
膨拡散層12のポテンシャル上昇によるしきい値電圧の
変化でゲート電極14にチャネルを断つバイアス電圧を
与えているにもかかわらず、ドレインとなるn膨拡散層
13との間が導通し、n膨拡散層12のポテンシャルが
しきい値電圧の変化を解消すべく下るまで電子を引き出
してしまうことである。
The first reason is that n
Even though a bias voltage is applied to the gate electrode 14 to cut off the channel due to a change in threshold voltage due to an increase in the potential of the swelling diffusion layer 12, conduction occurs between the gate electrode 14 and the n-swelling diffusion layer 13, which becomes the drain, and the n-swelling diffusion layer 12 becomes conductive. The problem is that electrons are drawn out until the potential of the diffusion layer 12 drops to eliminate the change in threshold voltage.

第二の理由はゲート電極14の下のSi基板11表面の
ポテンシャルは、通常MOSトランジスタが非導通状態
にあってもSi基板11内部より低い。
The second reason is that the potential on the surface of the Si substrate 11 under the gate electrode 14 is usually lower than the potential inside the Si substrate 11 even when the MOS transistor is in a non-conducting state.

従って前述の第3図に示した光タイオード間のSiO□
膜15膜下5場合と同様に、注入電子の通路ができた形
となり、注入電子は効率良くn膨拡散層13へ流出する
Therefore, the SiO □ between the photodiodes shown in FIG.
As in the case of the film 15 under the film 5, a path is created for the injected electrons, and the injected electrons efficiently flow out to the n-swelled diffusion layer 13.

これらの効果を押えるためには、ゲート電極14に印加
する非導通用バイアスを十分負にする以外に手段(具体
的にはSi基板11内のポテンシャルをゲート電極14
の下で平坦にするフラットバンド電圧以下の負の電圧と
する)はないが、同一基板上に設けられた走査回路によ
ってこの様な負電圧を発生することは困難である。
In order to suppress these effects, other than making the non-conducting bias applied to the gate electrode 14 sufficiently negative (specifically, reducing the potential within the Si substrate 11 to the gate electrode 14)
However, it is difficult to generate such a negative voltage by a scanning circuit provided on the same substrate.

たとい十分な負電圧をゲート電極14に印加することが
可能となったとしても、前述のラテラルバイポーラトラ
ンジスタとして流れる電流だけの流出は避けられない。
Even if it becomes possible to apply a sufficient negative voltage to the gate electrode 14, only the current flowing as the aforementioned lateral bipolar transistor will inevitably flow out.

さらに従来の固体撮像装置では、Si基板11は光ダイ
オード1やMOS トランジスタ2(いずれも第1図中
)の直接構成要素となり、前記2素子の特性を左右する
が、通常Si基板の不純物濃度には局部的に10%以上
の変動があるのを免れなし)。
Furthermore, in conventional solid-state imaging devices, the Si substrate 11 is a direct component of the photodiode 1 and the MOS transistor 2 (both shown in Figure 1), and influences the characteristics of the two elements. It is inevitable that there will be local fluctuations of 10% or more).

この不均一は単結晶Siの製法に由来し、これを小さく
押えるためにはSi基板11が著しく高価なものとなる
ことを覚悟しなければならない。
This non-uniformity originates from the manufacturing method of single-crystal Si, and in order to keep this non-uniformity small, one must be prepared for the Si substrate 11 to become extremely expensive.

一方固体撮像装置は画素数を十分確保しようとすると通
常のICなどに比し極めて大形なチップとなり、Si基
板不純物濃度不均一それにもとすく各素子特性の不均一
の悪影響は深刻で、実用化阻害原因の一つになっている
On the other hand, in order to secure a sufficient number of pixels in solid-state imaging devices, the chip becomes extremely large compared to ordinary ICs, and the adverse effects of uneven impurity concentration on the Si substrate and uneven characteristics of each element are serious, making it difficult to put into practical use. This is one of the causes of inhibition.

本発明は従来の固体撮像装置の分光感度特性不良、長波
長光や光強度の大きい場合の解像度低下やブルーミング
、画面各部の画質不均一などの諸欠点を除去した固体撮
像装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that eliminates various drawbacks of conventional solid-state imaging devices, such as poor spectral sensitivity characteristics, reduced resolution and blooming when using long wavelength light or high light intensity, and uneven image quality in various parts of the screen. purpose.

上記目的を達成するために本発明においては、半導体基
板の表面にこの半導体基板と逆の導電形を有する半導体
層(以後ウェルと呼ぶ)を設けて垂直方向にはバイポー
ラトランジスタ構造とし、このウェルと半導体基板との
間には逆バイアス電圧印加手段を設け、光電変換素子群
はこのウェル土に配列することとした。
In order to achieve the above object, in the present invention, a semiconductor layer (hereinafter referred to as a well) having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is provided on the surface of the semiconductor substrate, and a bipolar transistor structure is formed in the vertical direction. A reverse bias voltage applying means was provided between the semiconductor substrate and the photoelectric conversion element group was arranged in this well soil.

第4図は本発明−実施例図である。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

n形のSi基板31にp形のウェル21を設け、このウ
ェル21を従来構造(第2図、第3図)のSi基板11
に見立て、pn接合型の光ダイオードを構成し且つ、n
膨拡散層をエミッタ、ウェル21をベース、n形のSi
基板31をコレクタとする縦形のバイポーラトランジス
タ(ベース接地に相当する)を構成し、同時にMO8I
−ランリスタのソースとなるn膨拡散層22、ドレイン
となるn膨拡散層23、ゲート電極24によって1画素
に対する光電変換素子を形成する。
A p-type well 21 is provided on an n-type Si substrate 31, and this well 21 is connected to the Si substrate 11 of the conventional structure (FIGS. 2 and 3).
, a pn junction type photodiode is configured, and n
The swelling diffusion layer is the emitter, the well 21 is the base, and the n-type Si
A vertical bipolar transistor (corresponding to a common base) is configured with the substrate 31 as the collector, and at the same time MO8I
- A photoelectric conversion element for one pixel is formed by the n-swelled diffusion layer 22 which becomes the source of the run lister, the n-swelled diffusion layer 23 which becomes the drain, and the gate electrode 24.

ウェル21には、オーミック接触を行うためのp十拡散
層32およびAdなとの良導体からなる電極36を介し
て、電源30によりSi基板31との間に逆バイアスを
印加する。
A reverse bias is applied between the well 21 and the Si substrate 31 by a power source 30 via a p-type diffusion layer 32 for making ohmic contact and an electrode 36 made of a good conductor such as Ad.

p十拡散層32の代りにn膨拡散層にしてもよい。Instead of the p-type diffusion layer 32, an n-type diffusion layer may be used.

ウェル21との間の接合が順方向となるため所定のバイ
アスを与えることが可能である。
Since the junction with the well 21 is in the forward direction, it is possible to apply a predetermined bias.

本発明を、光電変換素子およびその近傍の断面およびポ
テンシャルを示す第5,6図によって詳説する。
The present invention will be explained in detail with reference to FIGS. 5 and 6 showing the cross section and potential of the photoelectric conversion element and its vicinity.

第5図aは、本発明に係る隣接する2個の光電変換素子
の(画面の)垂直方向の平面による断面図で、図中22
、22’は隣接する光電変換素子の受光部でpn接合
型光ダイオードを構成し同時にMOSトランジスタのソ
ースとなるn膨拡散層である。
FIG. 5a is a sectional view taken along a plane in the vertical direction (of the screen) of two adjacent photoelectric conversion elements according to the present invention;
, 22' are n-swelled diffusion layers that constitute a pn junction photodiode in the light receiving portion of the adjacent photoelectric conversion element and also serve as a source of a MOS transistor.

説明のため図示のように代表点G、H,LJ 、に、L
の諸点を選び、これらの各点のポテンシャルの状態を第
5図す、cに示す。
For explanation, representative points G, H, LJ, L as shown in the figure
, and the state of the potential at each of these points is shown in Figure 5, c.

p形のウェル21とn形Si基板31の間に電源30に
より逆バイアスが印加されているから、n膨拡散層22
に入射した光は、この拡散層22内か、拡散層22の下
の薄いウェル21内でしか信号にあずかる光電子を生成
しない。
Since a reverse bias is applied between the p-type well 21 and the n-type Si substrate 31 by the power supply 30, the n-swelled diffusion layer 22
Light incident on the diffusion layer 22 generates photoelectrons that participate in the signal only within the diffusion layer 22 or within the thin well 21 below the diffusion layer 22.

長波長光や強い光によってSi基板31内で生成された
電子は、Si基板31内では多数キャリアであるため、
第5図すでわかる様に、たとえば点■で生成された場合
、ウェルによる高い障壁を越えることができず、点Gに
も点Jにも移ることができない。
Since electrons generated within the Si substrate 31 by long wavelength light or strong light are majority carriers within the Si substrate 31,
As can be seen from FIG. 5, for example, when generated at point 2, it cannot cross the high barrier caused by the well and cannot move to point G or point J.

n膨拡散層22の下のウェル21が薄いため、ここで生
成される光電子に対してはn膨拡散層22からの拡散電
界がドリフト電界として働き、n膨拡散層22′に拡散
して行く確率は極めて小さくなる。
Since the well 21 under the n-swelled diffusion layer 22 is thin, the diffusion electric field from the n-swelled diffusion layer 22 acts as a drift electric field for the photoelectrons generated here, and the photoelectrons diffuse into the n-swelled diffusion layer 22'. The probability is extremely small.

さらにSi基板31からのドリフト電界も作用し、n膨
拡散層22に向わない光電子はSi基板31に流出しn
膨拡散層22′に向うことはなくなる。
Furthermore, the drift electric field from the Si substrate 31 acts, and photoelectrons that are not directed toward the n-swelled diffusion layer 22 flow into the Si substrate 31.
It no longer goes toward the swelling diffusion layer 22'.

従って長波長光感度ばかり高いSi基板を用いた固体撮
像装置の分光特性を是正するのみならず、隣接する光電
変換素子への信号流出による解像力低下もさけられる。
Therefore, it is possible not only to correct the spectral characteristics of a solid-state imaging device using a Si substrate with high sensitivity to long-wavelength light, but also to avoid deterioration in resolution due to signal leakage to adjacent photoelectric conversion elements.

強い入射光により、第3図に示した場合同様n膨拡散層
22のポテンシャルは、第5図す、cに示すポテンシャ
ル曲!152,154のように上昇し、ウェル21への
剰余電子の注入が生ずる。
Due to strong incident light, the potential of the n-swelled diffusion layer 22, similar to the case shown in FIG. 3, changes to the potential curve shown in FIG. 152 and 154, and surplus electrons are injected into the well 21.

しかし注入電子のほとんどはウェルをベースとする縦方
向のバイポーラトランジスタが導通状態になって6)る
ために、n膨拡散層22の下の薄いウェル21を越えて
Si基板31に流出する。
However, most of the injected electrons flow out into the Si substrate 31 over the thin well 21 under the n-swelled diffusion layer 22 because the vertical bipolar transistor based on the well becomes conductive (6).

更に隣接n膨拡散層22′に向った僅かな電子も、その
途中のウェル21内で例えば点にでSi基板31内の点
りに向う成分が少なくない。
Furthermore, even a small number of electrons directed toward the adjacent n-swelled diffusion layer 22' have a considerable amount of components directed toward points within the Si substrate 31, for example, in the well 21 along the way.

結局n膨拡散層22′まで到達できる電子数は極く僅か
なものとなる。
In the end, the number of electrons that can reach the n-swelled diffusion layer 22' is extremely small.

更に電源30によるSi基板31とウェル21の間の逆
バイアスを十分大きくとれば、n膨拡散層22とSi基
板31との間の部分のウェル21を空乏化してしまうこ
とにより、点GI間の障壁そのものを低くして、n膨拡
散層22のポテンシャル上昇を制限し、電子のウェルへ
の注入そのものを押えることができる。
Furthermore, if the reverse bias between the Si substrate 31 and the well 21 by the power source 30 is made sufficiently large, the well 21 in the portion between the n-swelled diffusion layer 22 and the Si substrate 31 will be depleted, and the By lowering the barrier itself, it is possible to limit the increase in the potential of the n-swelled diffusion layer 22 and suppress the injection of electrons into the well.

こうして光電変換素子間のブルーミングを完全に防ぐこ
とができる。
In this way, blooming between photoelectric conversion elements can be completely prevented.

第6図aは、光電変換素子の(画面の)水平方向の平面
による断面図で、説明のため図示のように代表点M、N
、P、Q、R,Sの諸点を選び、これら各点のポテンシ
ャルの状態を第6図す、cに示す。
FIG. 6a is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element taken along a plane in the horizontal direction (of the screen), and representative points M and N are shown for explanation.
, P, Q, R, and S are selected, and the state of the potential at each of these points is shown in Figure 6c.

例えば強い光が入射した場合、n膨拡散層22中の点M
のポテンシャルを、第6図す中の曲線172.c中の曲
線174で示すような状態にまで押手げることはあって
も、大抵の電子は、第5図の場合と同様に縦方向のバイ
ポーラトランジスタ機能が働いてウェル21が薄い点M
−pN→Pの径路でSi基板31に効率良く運び去られ
る(図b)。
For example, when strong light is incident, the point M in the n-swelled diffusion layer 22
The potential of is expressed as curve 172. in Figure 6. Although the electrons may be pushed to the state shown by the curve 174 in c, most of the electrons are transferred to the point M where the well 21 is thin due to the vertical bipolar transistor function as in the case of FIG.
It is efficiently carried away to the Si substrate 31 along the path -pN→P (Figure b).

わずかな数の電子は図Cに示すような点M−PRの径路
をとるかもしれないが、その中の相当の数の電子は途中
点R−+Sの道をとってSi基板31に行ってしまい、
結局点M−R−Qの径路でドレインとなるn膨拡散層2
3にたどりつく電子の数は極めてわずかになる。
A small number of electrons may take the path to point M-PR as shown in Figure C, but a considerable number of them take the path to point R-+S on the way and go to the Si substrate 31. Sisters,
In the end, the n-swelled diffusion layer 2 becomes a drain along the path of point M-R-Q.
The number of electrons that reach 3 is extremely small.

その他の場合も第5図の場合と全く同様に、Si基板3
1(内の点P)およびウェル21(内の点N)で生じた
電子がドレインとなる拡散層23(内の点Q)に流入す
ることは無く、更に電源30によるSi基板31、ウェ
ル21間の逆バイアスを大きくすることにより、点Nの
ポテンシャルを下げ、n膨拡散層22からウェルへの電
子注入そのものを押えることができ、縦線状のブルーミ
ングを完全に防止できる。
In other cases, the Si substrate 3
1 (point P inside) and the well 21 (point N inside) do not flow into the diffusion layer 23 (point Q inside) that becomes the drain, and furthermore, the Si substrate 31 and the well 21 due to the power source 30 By increasing the reverse bias between them, the potential at point N can be lowered and electron injection itself from the n-swelled diffusion layer 22 into the well can be suppressed, and vertical line blooming can be completely prevented.

またゲート電極24に印加する電圧発生を行う走査回路
をウェル21と独立とすることにより、ウェル21とゲ
ート電極24との電圧関係を任意に選ぶことが可能とな
り、電源30の可変バイアス値の調節によってゲート電
極24の下のポテンシャルを望ましい(フラットバンド
あるいは蓄積状態)にすることができる。
Furthermore, by making the scanning circuit that generates the voltage applied to the gate electrode 24 independent of the well 21, it becomes possible to arbitrarily select the voltage relationship between the well 21 and the gate electrode 24, and the variable bias value of the power supply 30 can be adjusted. By this, the potential under the gate electrode 24 can be set to a desired level (flat band or accumulation state).

具体的には走査回路をpチャネル形素子によりSi基板
31土に形成するか、ウェル21とは独立した別のウェ
ル内にnチャネル形素子で形成すればよい。
Specifically, the scanning circuit may be formed using a p-channel type element in the Si substrate 31, or may be formed using an n-channel type element in a well separate from the well 21.

また、水平スイッチ用のMOSトランジスタ3(第1図
)は光電変換素子群が形成されたウェル21内にnチャ
ネル形素子で形成するか、またはSi基板31土にpチ
ャネル素子により形成するが、又は独立した別のウェル
内にnチャネル形素子で形成すればよい。
Further, the horizontal switch MOS transistor 3 (FIG. 1) is formed as an n-channel element in the well 21 in which the photoelectric conversion element group is formed, or as a p-channel element on the Si substrate 31. Alternatively, an n-channel type element may be formed in an independent well.

上記説明かられかるように電源3oによる逆バイアスが
大きいほどブルーミングや解像力低下の防止、長波長光
感度抑制などの効果は大きくなる。
As can be seen from the above description, the larger the reverse bias from the power source 3o, the greater the effects of preventing blooming and resolution reduction, suppressing long wavelength light sensitivity, etc.

バイアス制御によって分光感度の電子的制御も可能であ
る。
Electronic control of spectral sensitivity is also possible by bias control.

p形のウェル21の不純物濃度、厚さはn膨拡散層22
,23との間の接合容量所望値、所望分光特性、印加逆
バイアス値により任意に選べばよい。
The impurity concentration and thickness of the p-type well 21 are the same as the n-swelling diffusion layer 22.
, 23, desired spectral characteristics, and applied reverse bias value.

接合容量はウェルの不純物濃度の平方根にほぼ比例する
Junction capacitance is approximately proportional to the square root of the impurity concentration of the well.

厚さが薄いほど長波長光の感度を押え易く、不純物濃度
と厚さの2乗の積にほぼ比例して逆バイアスの値は大き
くなる。
The thinner the thickness, the easier it is to suppress the sensitivity to long wavelength light, and the value of the reverse bias increases approximately in proportion to the product of the impurity concentration and the square of the thickness.

例えばウェルの不純物濃度がI X 1016/crl
、厚さが4μm。
For example, the impurity concentration of the well is I x 1016/crl
, the thickness is 4 μm.

Si基板の不純物濃度が1xlO”/iの場合、逆バイ
アスがIOVで分光特性はほぼ平坦となり、接合容量の
飽和光量の1,000倍程鹿の光に対してもプルーミン
グは発生しない。
When the impurity concentration of the Si substrate is 1xlO''/i, the spectral characteristics are almost flat when the reverse bias is IOV, and no pluming occurs even for deer light that is about 1,000 times the saturated light amount of the junction capacitance.

走査回路は耐拡散層32と共にSi基板31上に形成す
ればpチャネル形が得られ、ウェル21土、あるいは別
に同様なウェルを設けて光電変換素子と同じ工程で形成
すればnチャネル形が得られ、特に留意すべき点はない
ので以下の製法説明は光電変換部についてのみ行う。
If the scanning circuit is formed on the Si substrate 31 together with the anti-diffusion layer 32, a p-channel type can be obtained, and if a well 21 or a similar well is provided and formed in the same process as the photoelectric conversion element, an n-channel type can be obtained. Since there are no particular points to be noted, the following description of the manufacturing method will be given only for the photoelectric conversion section.

第7図は上述した本発明の一実施例の製造工程図である
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of one embodiment of the present invention described above.

(a) : n形不純物濃度1015/ffl程度の単
結晶Si基板41を熱酸化し、厚さ05μm程度のSi
O2膜42膜形2し、引き続き、SiO2膜42膜形2
ルに相当する所定のパターンの開口をあけ、ボロン(B
)40をイオン打込みし、イオン打込み層43を形成す
る。
(a): A single crystal Si substrate 41 with an n-type impurity concentration of about 1015/ffl is thermally oxidized to form a Si substrate with a thickness of about 05 μm.
O2 film 42 film type 2, then SiO2 film 42 film type 2
Open a hole in a predetermined pattern corresponding to a hole made of boron (B
) 40 is ion-implanted to form an ion-implanted layer 43.

打込みエネルギーは例。えば50KeVで、打込み量は
例えば4×1012/dである。
The driving energy is an example. For example, at 50 KeV, the implantation amount is, for example, 4×10 12 /d.

(b):イオン打込み層43のBを熱拡散し、厚さ4μ
m程度のp形のウェル46を形成する。
(b): B of the ion implantation layer 43 is thermally diffused to a thickness of 4 μm.
A p-type well 46 of about m is formed.

引続き、5102膜42を除去し、あるいはそのまま続
けて熱酸化を行い、厚さ1μm程度のS i02膜44
を形成し、トランジスタ部45およびウェル46のコン
タクト部50に開口をあける。
Subsequently, the 5102 film 42 is removed or thermal oxidation is performed to form an Si02 film 44 with a thickness of approximately 1 μm.
is formed, and openings are made in the transistor portion 45 and the contact portion 50 of the well 46.

次いで熱酸化により、厚さ01μm程度のゲート酸化膜
47を形成する。
Next, a gate oxide film 47 having a thickness of about 01 μm is formed by thermal oxidation.

(C):モノシラン(S iH4)の熱分解により、厚
さ05μm程度の多結晶Si層を形成し、これを選択エ
ッチしてゲート電極48を形成し、引き続きこのゲート
電極48をマスクにして、ゲート電極48の下取外のゲ
ート酸化膜47をエッチして除く。
(C): A polycrystalline Si layer with a thickness of about 05 μm is formed by thermal decomposition of monosilane (SiH4), and this is selectively etched to form a gate electrode 48. Subsequently, using this gate electrode 48 as a mask, The gate oxide film 47 outside the portion of the gate electrode 48 is removed by etching.

(d):ウエル46のコンタクト部50をレジスト53
で覆い、リン(P)52をイオン打込みし、P打込み層
51を形成する。
(d): The contact portion 50 of the well 46 is connected to the resist 53.
Then, phosphorus (P) 52 is ion-implanted to form a P-implanted layer 51.

レジスト53の代りに溶解し易い高濃度のPを含むリン
ガラス(PSG)やボロンガラス(BSG)などを用い
てもよい。
Instead of the resist 53, phosphorus glass (PSG), boron glass (BSG), or the like containing a high concentration of P, which is easily soluble, may be used.

またこの場合、イオン打込みに代り、熱的にデポジット
してもよい。
In this case, thermal deposition may be used instead of ion implantation.

レジスト53あるいはpSG、BSGによるマスクを省
けば前述したウェル基板間バイアス印加時にウェルとの
間で順方向となるn + p接合が得られる。
If the resist 53, pSG, or BSG mask is omitted, an n + p junction that is in the forward direction with the well when the aforementioned well-substrate bias is applied can be obtained.

この場合次のBのイオン打込みは不要となる。In this case, the next B ion implantation is not necessary.

(e) 二(d)と同様にしてレジストでP打込み層5
1を覆い、Bをイオン打込みし、熱拡散を行いn膨拡散
層54および耐拡散層55を形成する。
(e) P implanted layer 5 with resist in the same manner as in 2(d).
1 is covered, B is ion-implanted, and thermal diffusion is performed to form an n-swelling diffusion layer 54 and a diffusion-resistant layer 55.

引き続き、厚さ0,5μmのPSG膜56を形成する。Subsequently, a PSG film 56 with a thickness of 0.5 μm is formed.

(f):信号線用あるいはウェル46のコンタクト用な
どの所定パターンにPSG膜56に開口をあけ、厚さ1
μm程度のA7などの導電材料を蒸着し、所定の配線パ
ターンに選択エッチを行い、信号線57および逆バイア
ス印加用電極58を形成する。
(f): An opening is made in the PSG film 56 in a predetermined pattern such as for a signal line or a contact for the well 46, and the thickness is 1
A conductive material such as A7 having a thickness of about .mu.m is deposited and selectively etched in a predetermined wiring pattern to form a signal line 57 and a reverse bias applying electrode 58.

本例で工程(b>でウェル46形成後の工程は従来のn
チャネルMO8形集積回路製造技術あるいは相補形MO
8形集積回路製造技術と特に変るところはなく、容易に
製造が可能である。
In this example, the process after forming the well 46 in step (b>) is the conventional n
Channel MO8 integrated circuit manufacturing technology or complementary MO
There is no particular difference from the manufacturing technology for type 8 integrated circuits, and manufacturing is easy.

第8図は本発明の他の実施例の製造工程図である。FIG. 8 is a manufacturing process diagram of another embodiment of the present invention.

(a):n形不純物濃度が例えば1016/cril程
度のSi単結晶基板61の表面に、不純物としてBを1
015/i程度含む厚さ4μm程度のP形Si層64を
エピタキシャル成長により形成する。
(a): 1 B is added as an impurity to the surface of a Si single crystal substrate 61 with an n-type impurity concentration of, for example, about 1016/cril.
A P-type Si layer 64 having a thickness of about 4 μm and including about 0.015/i is formed by epitaxial growth.

引き続き気相成長法あるいは熱酸化法により、厚さ1μ
m程度の5i02膜62を形成し、拡散分離用の開口6
3をあける。
Subsequently, by vapor phase growth method or thermal oxidation method, a thickness of 1 μm was formed.
A 5i02 film 62 of about m is formed, and an opening 6 for diffusion separation is formed.
Open 3.

(b):開口63を通してPを熱拡散し、Si基板61
に達するn膨拡散層65を形成する。
(b): P is thermally diffused through the opening 63 and the Si substrate 61
An n-swelled diffusion layer 65 reaching .

n膨拡散層65はp形Si層64を分断し、周囲から電
気的に分離されたウェル66を形成する。
The n-swelled diffusion layer 65 divides the p-type Si layer 64 and forms a well 66 electrically isolated from the surroundings.

引き続き5102膜62を除去する。Subsequently, the 5102 film 62 is removed.

(C) 以後第7図に示した例の工程(b)以降と全
く同様な工程をたどれば本発明装置が得られる。
(C) The device of the present invention can be obtained by following the steps completely similar to step (b) and subsequent steps in the example shown in FIG.

前記の様な製法で、不純物濃度が、少なくとも固体撮像
装置1チツプ士では、十分均一なウェルを形成すること
ができ、従来の様にSi基板内不純物濃度不均一のため
になやまされることはなくなる。
With the manufacturing method described above, it is possible to form a well with a sufficiently uniform impurity concentration, at least for one chip of a solid-state imaging device, and it is possible to form a well with a sufficiently uniform impurity concentration, which is not caused by the non-uniformity of the impurity concentration in the Si substrate as in the conventional method. It disappears.

以上説明したごとく、本発明によれば、強い光に対して
ブルーミングが発生せず、長波長光や強い光による解像
力の低下がなく、長波長光に対する異常に高い感度がな
らされて分光感度特性を波長に対して平坦あるいは任意
の好ましいものとすることができ、撮像画面全域にわた
って均一な良好な特性が得られるという効果がある。
As explained above, according to the present invention, blooming does not occur in response to strong light, resolution does not deteriorate due to long wavelength light or strong light, and abnormally high sensitivity to long wavelength light is smoothed out, resulting in spectral sensitivity characteristics. can be made flat with respect to the wavelength or any desired value, and there is an effect that uniform good characteristics can be obtained over the entire imaging screen.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は固体撮像装置の説明図、第2,3図は従来の固
体撮像装置の光電変換素子の断面およびポテンシャルを
示す図、第4図は本発明の一実施例図、第5,6図は本
発明に係る光電変換素子の断面およびポテンシャルを示
す図、第7,8図は本発明装置光電変換部の製造工程図
である。 1・・・・・・光ダイオード、2,3・・・・・・Mo
Sトランジスタ、5,6・・・・・・信号線、9・・・
・・・水平走査回路、10・・・・・・垂直走査回路、
11,31,41,61・・・・・・Si基板、12,
13,22,23,54゜55.65,74,75・・
・・・・n膨拡散層、14゜24.48,68・・・・
・・ゲート電極、15,25゜42.44,62,71
・・・・・・SiO2,2L46゜66・・・・・・ウ
ェル、53・・・・・・レジスト。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a solid-state imaging device, Figs. 2 and 3 are diagrams showing the cross section and potential of a photoelectric conversion element of a conventional solid-state imaging device, Fig. 4 is a diagram of an embodiment of the present invention, and Figs. The figure shows the cross section and potential of the photoelectric conversion element according to the present invention, and FIGS. 7 and 8 are manufacturing process diagrams of the photoelectric conversion section of the apparatus of the present invention. 1...Photodiode, 2,3...Mo
S transistor, 5, 6...signal line, 9...
...Horizontal scanning circuit, 10... Vertical scanning circuit,
11, 31, 41, 61... Si substrate, 12,
13,22,23,54゜55.65,74,75...
...N-swelling diffusion layer, 14°24.48,68...
...Gate electrode, 15, 25° 42.44, 62, 71
...SiO2,2L46°66...Well, 53...Resist.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 同一の半導体基板上にそれぞれの画素に対応して多
数形成した光ダイオード用拡散層と、それぞれの光ダイ
オード用拡散層をそれぞれの構成部分として前記半導体
基板上に形成された多数のスイッチ用トランジスタと、
これらの多数のスイッチ用トランジスタを順次走査する
走査回路よりなる固体撮像装置において、前記の多数の
光ダイオード用拡散層および前記半導体基板と共にそれ
ぞれ独立のバイポーラトランジスタを構成するよう前記
半導体基板の表面に設けられ前記半導体基盤とは逆の導
電性を有する半導体層と、前記半導体基盤と前記半導体
層間の逆バイアス電圧を印加する手段とを設けたことを
特徴とする固体撮像装置。 2 前記半導体体層を前記半導体基板表面へのイオン打
込法によって形成する特許請求の範囲第1項記載の固体
撮像装置。 3 前記半導体層を前記半導体基板表面にエピタキシャ
ル成長で形成する特許請求の範囲第1項記載の固体撮像
装置。
[Scope of Claims] 1. A plurality of photodiode diffusion layers formed on the same semiconductor substrate corresponding to each pixel, and a plurality of photodiode diffusion layers formed on the semiconductor substrate as respective constituent parts. A large number of switch transistors and
In a solid-state imaging device comprising a scanning circuit that sequentially scans a large number of switching transistors, a semiconductor substrate is provided on the surface of the semiconductor substrate so as to constitute independent bipolar transistors together with the large number of photodiode diffusion layers and the semiconductor substrate. 1. A solid-state imaging device comprising: a semiconductor layer having conductivity opposite to that of the semiconductor substrate; and means for applying a reverse bias voltage between the semiconductor substrate and the semiconductor layer. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed by ion implantation into the surface of the semiconductor substrate. 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate by epitaxial growth.
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JPS5160186A (en) * 1974-11-21 1976-05-25 Nippon Electric Co

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