JPS60244068A - 埋込みチヤネル電荷結合素子 - Google Patents

埋込みチヤネル電荷結合素子

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JPS60244068A
JPS60244068A JP59099911A JP9991184A JPS60244068A JP S60244068 A JPS60244068 A JP S60244068A JP 59099911 A JP59099911 A JP 59099911A JP 9991184 A JP9991184 A JP 9991184A JP S60244068 A JPS60244068 A JP S60244068A
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JP
Japan
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bccd
well
charge
buried channel
Prior art date
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Pending
Application number
JP59099911A
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English (en)
Inventor
Hidetsugu Oda
織田 英嗣
Akihiro Kono
明啓 河野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS60244068A publication Critical patent/JPS60244068A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices
    • H01L29/768Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76833Buried channel CCD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14887Blooming suppression

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は埋込みチャネル電荷結合素子に関し、特に、過
剰な電荷を基板へ掃き出すことが可能な埋込みチャネル
電荷結合素子に関する。
(従来技術とその問題点) 電荷結合素子(以後CODと記す)は、従来からの半導
体・集積回路技術を基盤として、近年その進歩が著しい
。特に埋込みチャネル電荷結合素子(以後BCODと記
す)は、信号電荷が表I■ではなく基板内部を転送され
ること、隣接成極からのフリンジ電界が効果的に働くこ
と等の理由により、転送効率のよい高性能のCCDとし
て、固体撮像素子、アナログ遅延線などに幅広く用いら
れている。
しかしながら、BCODは、従来の表面チャネルCOD
に比べると取り扱い得る最大信号電荷量が数分の−と少
ない欠点がある。このため、例えば固体撮像素子のよう
に、高輝度被写体を撮像したときに発生する多量の電荷
はBCCDの所定の電位井戸に蓄積され得す、いわゆる
プルーミング現象となって電荷の拡散現象を生起する。
このような現象を抑制する手段として、従来、いわゆる
オーバフロードレインと称される手段を光電変換領域に
隣接して設け、高輝度被写体を撮像したときに発生する
過剰電荷をこのオーバフロードレインへ吸収することに
よって前記ブルーミング現象を抑制しようとする試みが
なされている。
しかしながら、このような従来のオーバフロードレイン
は光電変換領域がp −n接合で形成されるような素子
に対しては有効ではあるが、BCCDをそのまま光電変
換領域として使用するような素子では、そもそもBCC
Dに対するオーバフロードレインを作ることが困難であ
るなどの理由によ)プルーミング抑制が困・碓であった
。さらにまた、光電変換領域がp−n接合で形成される
素子においても、被写体の輝度が異常に高い場合には、
光電変換領域からBCCDで形成されるシフトレジスタ
へ信号電荷を読み出す期間に、BCCD内部で電荷が溢
れることによってブルーミング現象が発生するという問
題があった。
第1図は、従来のインタライン型固体撮像素子の主要部
の断面図で、光電変換領域がp −n接合で形成され、
シフトレジスタとしてBCODを用いた素子である。図
において、1はP型半導体基板。
2はN型半導体領域でフォトダイオードを形成する。3
はN型半導体層でBCCDを構成する。4は絶縁膜、5
,6はCODの転送電極、7〜10はP型半導体領域、
11.12はN拡散層でオーバフロードレインを構成す
る。13はトランスファゲート領域である。第2図は、
第1図に示す固体撮像素子のシフトレジスタを駆動する
パルスψ9の一波形を示す。パルスφ7はVH,VM、
 V、の3値レベルを有する。垂直ブランキング期間T
Iにおいて、パルスφ7はvHとなりフォトダイオード
2からトランスファゲート領域13を経由してBCCD
3へと光電変換された信号電荷が読み出される。つぎに
、この信号電荷は、電荷転送期間T、の水平ブランキン
グ期間を利用してBCCD中を電荷転送され出力される
。これと同時に、この期間フォトダイオードでは次のフ
ィールドの光電変換が行なわれる。
このような素子の動作において、入射光量が強い場合に
起るブルーミング現象を抑制する手段として従来オーバ
フロードレイン11.12が素子の活性領域に隣接して
設けられていた。すなわち、入射光量が強い場合にフォ
トダイオードで発生する過剰電荷はP型半導体領域8,
10を経由してオーバフロードレインに吸収されること
によって電荷の拡散を防ぎプルーミングが防止される。
一方、垂直ブランキング肋間T1において、フォトダイ
オードからBCODへと信号電荷が読み出される時に、
この信号電荷がBCODの蓄積可能な最大信号量を越え
ているとBCCD中でオーバフローを起す。さらにまた
、入射光強度が異常に強い場合には、パルスφ7がvH
の期間、すなわち、トランスファゲート領域13が導通
状態の時に、フォトダイオードで発生した′電荷が直接
BCCDへと流出し、BCCD中でオーバフローを起す
可能性がある。このようなことを防止するためにも前記
オーバフロードレインが用いられる。すなわち、BCO
Dへ流入する過剰電荷はP型半導体領域7.9を経由し
て、前記オーバフロードレイン11.12に吸収され、
これによってBCCD内部でのブルーミング防止がはか
られている。しかしながら、このような従来の固体撮像
素子の構造においては、オーバフロードレインを素子平
面内に設けているため、活性領域が有効に用いられず素
子の高密度化に不利であるという欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、素子を高密度化した際にも、BCCD中でブルーミン
グ防止がはかられることを可能とした埋込みチャネル重
荷結合素子全提供することにある。
(発明の構成) 本発明によれば、−導電型を有する半導体基板上に形成
され、該半導体基板と反対導電型を有する半導体領域内
に形成される埋込チャネル電荷結合素子において、該埋
込みチャネル電荷結合素子内を転送される信号it荷の
少なくとも一部は電荷転送時あるいは這荷冨積の少なく
とも一部期間内において前記半導体領域を経由して前記
半導体基板へと掃き出されるべく前記半導体領域の少な
くとも一部頒域の不純物濃度あるいは接合深さの−方あ
るいは両者が制御されて形成されてなる事を特徴とする
埋込みチャネル電荷結合素子が得られる。
(構成の詳細な説明) 本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。まず−溝型を有する半導体基板(例えば
n型S>基板)上に該半導体基板と反対導電型を有する
半導体領域(例えばPウェル)を形成する。さらにこの
半導体領域内にBCODを形成する。このとき、前記半
導体・領域の少なくとも一部領域の不純物濃度あるいは
接合深嘔を制御し、前記BCCD中を転送でれる信号電
荷の少々くとも一部は、前記半導体領域の少なくとも一
部領域を経由して前記半導体基板へと流出するようにで
きる。したがって、BCCD内へ流入した過剰′重荷を
上記手法により半導体基板へと掃き1hすことができ、
BCODでのブルーミング抑制が可能となる。
(実施例) 以下本発明の実施例につい゛C図面を参照して詳細に説
明する。第3図は本発明の第1の実施例を示す図で、B
CCDffiシフトレジスタとして用いたインタライン
型CCDイメージセンサの主要部断面図を示す。図にお
いて、21はN型基板、22はPウェル、23.24は
N型半導体領域でフォトダイオードを構成する。25.
26はN型半導体層でBCCDを形成する。27は絶縁
膜、28.29はCCDの転送電極、30はBCODが
構成されるPウェルの一部領域30はPウェルとN型基
板との接合面を示す。32.33はチャネルストッパで
ある。
本実施例では、Pウェル22の不純物濃度あるいはPウ
ェル22の接合面31の深さを制御し、BCCDが形成
されるPウェルの一部領域30の実質的な不純物総量を
、BCCDの動作時において領域30が完全に空乏化さ
れるように制御されている。
本素子の動作は、第1図に示す従来の素子と同様であり
、転送′電極に印加するパルスφ7の一波形も第2図に
示すパルスを用いることができる。ただし、本素子の場
合、領域30は完全に空乏化されるべく、Pウェル22
とN型基板21との間には逆バイアス電圧v8UBが印
加されている。
第4図は、第2図の電荷転送期間T、でパルスφ7がv
L、vMおよびその中間状態vTをとったときのBCO
D直下の電位分布を示す。いま、ブランキング期間T、
において、フォトダイオード23からBCCD26へ信
号電荷が読み出された後の電荷転送期間T、におけるB
CCD内部の各電位状態は、φ9パルス電圧がvMのと
きは42.VTのときは41゜vLのときは40の如く
なる。
信号電荷である電子は、vMの電極下のBCCD内に蓄
積される。このときBCODに過剰に電子が供給される
と■、電極下のBCODの電位が浅くなり、過剰電子は
Pウェルを経由して基板へとオーバフローする。したが
って定常的には、VM’llj極下にはPウェルのポテ
ンシャルによって決まる一定の信号歇の電子しか蓄積さ
れ得ない。さらに′電荷転送の過渡期において、φ7が
vTの状態をとったとき、vT電極下に存在する過剰信
号電荷はやけりPウェルを経由して基板へと流出し、こ
のときのPウェルの電位で決まる一定量の信号電荷のみ
が定常的に転送されることになる。このように、本発明
による構造によって、フォトダイオード領域23から多
量の電荷がBCOD 26へ流入しても、過剰電荷はP
ウェル30を経由して全て基板31へ掃き出されること
になり、従来問題となったBCODで起きるブルーミン
グ現象を活性領域の面積を損うことなく抑制できる。
第5図は、本発明の第2の実施例を示す。本例ではBC
OD25.26が形成されるPウェル41をフォトダイ
オードが形成されるPウェル40とは別個に形成し、B
CCD直下のPウェル41の実質的な不純物総量を制御
することによシ前記BCCD中でのブルーミング現象を
抑制する。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、活性領域の面積を損
なうことなく、従来BCODで生じていたブルーミング
現象を抑制したBCODが実現できる。
さらに上記説明では便宜上、Nチャネルの素子を例とし
て説明したがPチャネルの素子にも本発明の主旨は同様
に適用し得る。
さらにまた、上記説明では、インタライン型CCD固体
撮像素子に本発明によるBCOD’r適用した場合につ
いて説明したが、フレームトランスファ型あるいはフル
フレームモードと呼ばれるBCCDをそのまま光電変換
領域として用いる固体撮像素子にも本発明の主旨が適用
できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の固体撮像素子の主要部断面図、第2図
は、第1図に示される素子の駆動パルス波形の一例、第
3図、第5図は本発明による実施列、第4図は、BCC
D内の・電位分布を示す。図において、1はP型基板、
2,23.24はフォトダイオード、3.25.26は
BCCD、21はN型基板、22゜30.40.41は
Pウェル、40〜42は駆動パルスφ7がvL、vT、
vMにおける転送電極直下のBCCDの電位分布を示す
。 第 1 図 ! 第2図 鰯3図 l 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一導電型を有する半導体基板上に形成され、該半導体基
    板と反対導電型を有する半導体領域内に形成される埋込
    みチャネル電荷結合素子において、該埋込みチャネル電
    荷結合素子内を転送される信号電荷の少なくとも一部は
    電荷転送時あるいは電荷蓄積の少なくとも一部周期内に
    おいて前記半導体領域を経由して前記半導体基板へと掃
    き出されるべく前記半導体領域の少なくとも一部領域の
    不純物濃度あるいは接合深さの一方あるいは両者が制御
    されて形成されてなる事を特徴とする埋込みチャネル電
    荷結合素子。
JP59099911A 1984-05-18 1984-05-18 埋込みチヤネル電荷結合素子 Pending JPS60244068A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63142858A (ja) * 1986-12-05 1988-06-15 Matsushita Electronics Corp 固体撮像装置
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