JPS5857021B2 - フレ−ムトランスフア方式による埋込みチヤンネル型固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、埋込みチャンネル型ＣＣＤ（チャージ・カッ
プルド・デバイス：電荷転送素子）を用いたフレームト
ランスファ方式による固体撮像装置に係わる。

まず、フレームトランスファ方式による固体撮像装置に
ついて説明するに、従来は主として表面チャンネル型Ｃ
ＣＤを用いて成るもので、之についτ説明する。

このフレームトランスファ方式の固体撮像装置は、第１
図に示す如く撮像パターンに応じた即ち受光量に応じた
電荷パターンを得るイメージ部１と、このイメージ部よ
りの電荷パターンを一旦蓄積する蓄積部２と、この蓄積
部２よりの信号を順次出力端子ｔに転送するシフトレジ
スタ３とより成る。

イメージ部１は、複数の表面チャンネル型ＣＣＤ４が配
列されて戒り、蓄積部２に於てもイメージ部１のＣＣＤ
に対応する表面チャンネル型ＣＣＤ４が配列されて戒る
。

又、シフトレジスタ３も表面チャンネル型ＣＣＤ４によ
って構成される。

そして、イメージ部１に於ては、受光せんとする光学像
に応じた電荷パターンを得るための受光部が形成される
。

今、第２図及び第３図を参照してイメージ部１の構成の
一例を説明すると、低不純物濃度の半導体基体例えばシ
リコン基体５の表面にＳ ｉ０２等より戒る絶縁膜６が
形成され、この絶縁膜６上に電極７が被着されて成る。

この電極７は各ＣＣＤに関して共通の帯状に所要の間隔
Ｇをもって配列され、２つ置きの電極７を互に共通接続
して３相のクロックφ１・φ２、φ３が印加するように
なされる。

各ＣＣＤ４間には、高濃度のチャンネルストッパ領域８
が半導体基体５の表面に臨んで帯状に形成されて成る。

そして、各ＣＣＤ４に於ける各電極７間の間隔Ｇに於て
受光部９を形成し、この受光部９よりの受光量に応じた
電荷を順次クロックφ１、φ２、φ３の印加によって例
えば列方向に転送させて蓄積部２への転送を行うように
なされる。

この様な構成による場合、その受光部９は転送電極７間
に形成されるものであるのでその受光効率を犬にするに
は、間隔Ｇの巾を大に選定することが望まれ、この間隔
Ｇを犬にすれば転送効率が低下するという欠点を生じ、
受光効率と転送効率は相客れない関係を有する。

又、このようなイメージ部を構成するためのＣＣＤ４の
他の例としては、第４図に示す如く半導体基体５上に形
成された絶縁膜６上に、高濃度をもって不純物がドープ
されて低比抵抗とされた多結晶シリコン層より戒る第１
の転送電極７Ａを所要の間隔を保持して帯状に配列形成
し、これら電極７Ａ上とこれら電極間の絶縁膜６上に跨
って全面的にＳ ｉＯ２より成る第２の絶縁膜６′を被
着形成し、絶縁膜６及び６′が積層して形成された第１
の電極７人間上に例えばアルミニウムより成る第２の電
極７Ｂを帯状に被着して第１及び第２の電極７Ａ及び７
Ｂを例えば各その一端に於て電気的に接続して両電極７
Ａ及び７Ｂによって夫々転送電極７を構威し、一つ置き
の電極７を共通に接続し、２等２組の電極７間に２相の
クロックφ１、φ２を印加することによってその電荷の
転送を行うようにした２相クロツク形のＣＣＤ構戊横取
るものもある。

このような２相クロツク形ＣＣＤに於ては、その受光部
９は各電極７の電極部７Ｂ間に形威される。

このような横取による場合、基体５の表面の電荷転送方
向に関する各電極７間には間隙が生じないので、その転
送効率を比較的向上できる利益があるが、受光部９には
、多結晶シリコン７Ａが存在することによってその受光
は、この多結晶シリコン層７Ａを通じて行うことになり
、これがためにその受光感度、特に短波長側に於ける感
度が低下するという欠点がある。

又、イメージ部においてその水平方向の絵素数を増加す
るためには各ＣＣＤ４の転送チャンネル巾を狭くして行
かねばならないが、このようにした場合にはＣＣＤ４の
転送効率が悪くなるもので、絵素数の増加にも限度があ
る。

本発明は、上述の点に鑑みＣＣＤを用いたフレームトラ
ンスファ方式による固体撮像装置に於て、上述の諸欠点
を排した新規な固体撮像装置を提供せんとするものであ
る。

即ち、本発明に於ては、多数キャリアを情報源として之
を半導体表面よりやや内部にて転送するようにした所謂
埋込みチャンネル型ＣＣＤを用い、且つそのフレームト
ランスファ方式による固体撮像装置におけるイメージ部
を特殊な構造となす。

以下、本発明による固体撮像装置の一例、特にイメージ
部の一例を第５図乃至第７図を参照して詳細に説明しよ
う。

本発明に於ては、１の導電形を有する半導体基体例えば
不純物濃度が５ Ｘ １０１４ａ ｔ ｏ ｍ ｓ ／
ｃｒ！程度のＰ形シリコン基体１１を設け、その−主面
に臨んで例えばイオン注入法による基体１１と異なる導
電形即ちＮ形の低不純物濃度例えばドーズ量が１．５
Ｘ １０１２／ｃａｌ程度の半導体層１２を形成する。

又、基体１１の一主面に臨んで高不純物濃度の基体１１
と同導電形のチャンネルストッパ領域１３を帯状に所要
の間隔をもって例えば列方向に沿って配列する。

半導体層１２の表面上には、ＳｉＯ２等よりなる絶縁膜
１４が形成される。

そして、この絶縁膜１４上には透明、不透明を問わない
導電層、例えば多結晶シリコン、金属（例えばアルミニ
ウム、モリブデン等）等よりなる第１の電極部即ちスト
レージゲート電極１５Ａを、チャンネルストッパ領域１
３の延長方向と交わる方向、即ち例えば行方向に向って
所要の間隔を保持して帯状に配列する。

又、これら各ストレージゲート電極１５Ａ間及び各電極
１５Ａの表面を覆って例えばＳ ｉｏ ２より成る絶縁
膜１４を被覆し、各ストレージゲート電極１５Ａ間に第
２の電極部即ちトランスファゲート電極１５Ｂをストレ
ージゲート電極１５Ａに沿い且つその延長方向に沿う両
側がストレージゲート電極１５Ａ上に絶縁膜１４を介し
て跨る如く被着する。

このトランスファゲート電極１５Ｂも、透明、不透明を
問わないものでストレージゲート電極１５Ａと同様の材
料を用い得る。

なお、この場合ストレージゲート電極１５Ａ下の絶縁膜
１４の厚みｔｌとトランスファゲート電極１５Ｂ下の絶
縁膜１４の厚みｔ２とはｔｌ〉ｔ２の関係となるように
選ぶ。

そして、本発明に於ては隣り合うチャンネルストッパ領
域１３間に埋込みチャンネル型ＣＣＤを夫々列方向に沿
って形成するものであるが、特に各チャンネルストッパ
領域１３間、即ち絵素となる部分における一方に片寄っ
た位置において、その各電極１５Ａ及び１５Ｂに窓部１
６を形成しこの窓部１６を受光部１７とすると共に、窓
部１６に対応する部分の直下の基体１１の表面には半導
体層１２を形成せざるようになす。

即ち半導体層１２はこの窓部１６に対応する部分を除く
他部全面に形威し得る。

又、窓部１６はチャンネルストッパ領域１３上にその巾
の中央程度まで跨る如く形成することができる。

そして、隣合うストレージゲート電極１５Ａ及びトラン
スファゲート電極１５Ｂを例えはその各端部に於て相互
に電気的に接続して転送電極１５となし、１つ置きの転
送電極１５を組として転送時には各組の電極１５間に２
相のクロックφ１、φ２を印加する。

又、図示せざるも半導体層１２を空乏状態とするための
比較的高い逆バイアス電圧を半導体層１２及び基体１１
間に印加するようになす。

次に、斯る本発明構成の動作を説明すると、このイメー
ジ部の半導体層１２及び基体１１間に高い逆バイアス電
圧、例えば２０〜３０Ｖ程度の逆バイアス電圧を印加し
て半導体層１２を空乏化した状態に於て、その受光区間
即ち撮像せんとする光学像に応じた電荷パターンを得ん
とする区間τ、には、１つ置きの電極１５が接続された
２組の電極群のうち、一方の電極群に第８図Ａに示す如
きクロック電圧例えばＩＯＶを与え置き、他方の電極群
に第８図Ｂに示す如きクロック電圧Ｏ■を与え置く。

かくすると、この受光区間τ１に於て受光部１７即ち各
電極１５の窓部１６下に発生した電荷（多数キャリア）
は半導体層１２中の１０Ｖの電圧が印加されてポテンシ
ャルの井戸が形成されている電極群の各ストレージゲー
ト電極１５Ａ下に蓄積される。

即ちポテンシャルについてみると、電極１５の形成され
ていない窓部１６下には半導体層１２が存在していない
ので、ここに於ける最小ポテンシャルは常にストレージ
ゲート電極１５Ａ及びトランスファゲート電極１５Ｂ下
の最小ポテンシャルより小さい。

従ってポテンシャル分布は近似的に第６図及び第７図の
破線１８で示したようになり、窓部１６での電荷は速や
かにストレージゲート電極１５Ａ下に集められる。

なお、ポテンシャル分布は便宜的に基体１１中に示して
いるが実際は半導体層１２中に存在する。

次いで転送区間τ２において隣合う２相クロック電匣φ
１．φ２を印加すれば電荷が順次、隣合う電極下へと一
方向に転送され第１図に説明した蓄積部へと転送されて
いく。

上述した本発明構成によれば、受光部となる窓部１６に
は電極１５が存在しないので、この電極１５によって受
光感度特に短波長の感度が低下したり、損われることが
ない。

しかも各転送チャンネルとなる部分に於ては各電極１５
間に間隙が存在しないので転送動率も高められる。

又、所謂埋込チャンネル型ＣＣＤを用いたことにより、
さらに転送効率及びＳ／Ｎが改善され、且つこのことか
ら例えば転送チャンネル巾を減少してイメージ部に於け
る水平方向の絵素数を増加させることも可能となる。

又、本発明では電極１５に窓部１６を設けてここを受光
部１７となし受光感度を高めるようになすものであるが
、その際単に窓部１６を設けたのみでは電極を有しない
窓部１６での最小ポテンシャルが電極を有する他部より
最も大きくなり、電荷を電極１５下に蓄積できない。

然るに本発明では窓部１６に対応する直下には半導体層
１２を形成せず、窓部１６を除いた他領域にのみ半導体
層１２を形成したことにより、窓部１６下の最小ポテン
シャルを常に電極１５Ａ、１５Ｂ下の最小ポテンシャル
より小さく出来、窓部１６で発生した電荷を速やかに電
極１５Ａ下に集めることが出来るものであり、良好なフ
レームトランスファ方式の埋込みチャンネル型固体撮像
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供するフレームトランスファ方
式の固体撮像装置の構成図、第２図は従来の表面チャン
ネル型固体撮伶装置のイメージ部の上面図、第３図はそ
の断面図、第４図は同様に従来装置のイメージ部の他の
列の断面図、第５図は本発明による埋込みチャンネル型
固体撮像装置のイメージ部の上面図、第６図及び第７図
はそのＡ−Ａ線上の断面図及びＢ−Ｂ線上の断面図、第
８図は本発明装置の動作の説明に供する電圧波形図であ
る。 １はイメージ部、２は蓄積部、３はシフトレジスフ、４
は電荷転送素子、１１は１の導電形の半導体基体、１２
は他の導電形の半導体層、１３はチャンネルストッパ領
域、１４は絶縁層、１５は転送電極、１６は窓部、１７
は受光部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１の導電形の半導体基体表面に之と反対導電形の半導
   体層が形成され、該半導体層上に絶縁膜を介して転送電
   極が被着配列されて戒るイメージ部を有し、上記転送電
   極には受光用の窓部が設けられ、上記半導体層は上記窓
   部に対応する部分を除いて形成されて戒るフレームトラ
   ンスファ方式による埋込みチャンネル型固体撮像装置。