JPS60258958A - Charge transfer type solid-state image pickup element - Google Patents

Charge transfer type solid-state image pickup element

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Publication number
JPS60258958A
JPS60258958A JP59114553A JP11455384A JPS60258958A JP S60258958 A JPS60258958 A JP S60258958A JP 59114553 A JP59114553 A JP 59114553A JP 11455384 A JP11455384 A JP 11455384A JP S60258958 A JPS60258958 A JP S60258958A
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JP
Japan
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transfer gate
threshold voltage
region
channel width
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP59114553A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Koike
小池 紀雄
Masaaki Nakai
中井 正章
Kayao Takemoto
一八男 竹本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS60258958A publication Critical patent/JPS60258958A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01L27/14831Area CCD imagers

Abstract

PURPOSE:To improve the manufacturing yield and the performance by a method wherein the threshold voltage which a transfer gate has is risen up to a required value by reducing the channel width of the transfer gate to less than a specific value. CONSTITUTION:In Figs. (a) and (b), the numeral 7' represents the transfer gate, 2-1 an electrode constituting a vertical CCD, and a thick one-point chain line 20 the channel region of the vertical CCD2, the transfer gate region 7'-1, and a photo diode region 1'. When the channel width (w) constituting the transfer gate 7'-1 exceeds 8mum, the threshold value is constant with little variation. However, the reduction in channel width to less than 8mum shows a gradual increase in threshold voltage, and the reduction to less than 3mum shows a rapid increase. Therefore, when the channel width of the transfer gate is reduced more than a value close to 3mum, the threshold voltage rises by the narrow channel effect: it becomes possible to obtain a necessary threshold voltage not by ion implantation as conventional.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に光電変換素子、および各素子
の光学情報を取出す電荷移送素子(Charge Co
upled device、以下CCDと略称す(1) る。)を用いた固体撮像素子に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a photoelectric conversion element on a semiconductor substrate and a charge transfer element for extracting optical information of each element.
Upled device, hereinafter abbreviated as CCD (1). ) is related to a solid-state image sensor using

〔発明の背景〕[Background of the invention]

固体撮像素子は現行のテレビジョン放送で使用されてい
る撮像用電子管並みの解像力を備えた撮像板を必要とし
、このため垂直方向に500個、水平方向に800〜1
000個を配列した絵素(光電変換素子)マトリックス
とそれに相当する走査素子が必要となる。したがって、
上記固体撮像素子は高集積化が必要なMO8大規模回路
技術を用いて作られ、構成素子として一般にCCDある
いはMOSトランジスタ等が使用されている。
Solid-state imaging devices require an imaging plate with a resolution comparable to that of the imaging electron tube used in current television broadcasting, and for this reason, 500 pieces in the vertical direction and 800 to 1 piece in the horizontal direction are required.
A matrix of 000 picture elements (photoelectric conversion elements) and a corresponding scanning element are required. therefore,
The above-mentioned solid-state image sensor is manufactured using MO8 large-scale circuit technology that requires high integration, and generally uses a CCD, a MOS transistor, or the like as a component.

第1図に低雑音を特徴とするCCD型固体撮像素子の基
本構成を示す。1は例えば光ダイオードから成る光電変
換素子、2および3は光電変換素子群に蓄積された光信
号を出力端4に取り出すための垂直CODシフトレジス
タ、および水平シフトレジスタである。5.6は各々垂
直シフトレジスタ、水平シフトレジスタを駆動するクロ
ックパルス製作するクロックパルス発生器である。ここ
では2相のクロックパルス発生器を図示したが、(2) 4相あるいは3相のいずれのクロック形態を採用しても
よい。また、7は光ダイオードに蓄積されて電荷を垂直
シフトレジスタ2に送り込む転送ゲートを示している。
FIG. 1 shows the basic configuration of a CCD-type solid-state image sensor, which is characterized by low noise. 1 is a photoelectric conversion element made of, for example, a photodiode; 2 and 3 are a vertical COD shift register and a horizontal shift register for taking out optical signals accumulated in the photoelectric conversion element group to an output terminal 4; 5 and 6 are clock pulse generators that generate clock pulses for driving the vertical shift register and the horizontal shift register, respectively. Although a two-phase clock pulse generator is illustrated here, (2) either a four-phase or three-phase clock format may be adopted. Further, numeral 7 indicates a transfer gate that sends the charge accumulated in the photodiode to the vertical shift register 2.

本素子はこのままの形態では白黒撮像素子となり、上部
にカラーフィルタを積層すると各光ダイオードは色情報
を備えることになりカラー撮像素子となる。
In its current form, this device becomes a monochrome image sensor, and when a color filter is laminated on top, each photodiode is provided with color information, making it a color image sensor.

固体撮像素子は衆知のように小型、軽量、メインテナン
スフリー、低消費電力など電子管に較べて固体化に伴う
多くの利点を有しており、撮像デバイスとして将来が期
待されているものである。
As is well known, solid-state imaging devices have many advantages over electron tubes, such as being small, lightweight, maintenance-free, and low power consumption, and are expected to have a promising future as imaging devices.

しかしながら、現在のCCD型撮像素子は後述の如き問
題点を有しており、MO8型素子に較べて量産化が大き
く阻まれている。また低雑音という利点を有しながら未
だ光感度が低い、スメア(強い光があたった時に光学像
の上下に縦に現われる白い縞)が発生し画質が低下する
、等性能的にも未だ十分な実用レベルまで達していない
However, the current CCD type image pickup device has problems as described below, which greatly hinders its mass production compared to the MO8 type device. In addition, although it has the advantage of low noise, it still has low light sensitivity, and smear (white stripes that appear vertically at the top and bottom of the optical image when exposed to strong light) occurs, reducing image quality. It has not reached a practical level.

現行素子の問題点を第2図に示した素子構造図を用いて
説明する。第2図(a)において、■は(3) 基板(例えばp型)10と異なる不純物層(例えばn型
)で基板との間に光ダイオード1を形成する、2は垂直
CCDシフトレジスタ領域であり、2−1.2−2はC
ODシフトレジスタを形成する電極(2−1は例えば第
1層目の、2−2は例えば第2層目の多結晶シリコンが
使用される)、2−3はCODシフトレジスタを埋め込
み型にする濃度の低い不純物層(例えばn型)、7は転
送ゲート領域(ここではCOD電極2−1が兼用されて
いる)、7−1は転送ゲートのしきい値電圧を高くする
ための浅い不純物層(基板と同型、例えばp型の不純物
をイオン打ち込みなどにより表面近くに注入する)、8
はゲート電極および基板間に形成される薄い酸化膜(例
えばS i OQ)、9は各画素間を電気的に絶縁分離
する厚い酸化膜である。
Problems with the current device will be explained using the device structure diagram shown in FIG. In FIG. 2(a), (3) forms a photodiode 1 between a substrate (for example, p-type) 10 and a substrate with a different impurity layer (for example, n-type), and 2 is a vertical CCD shift register region. Yes, 2-1.2-2 is C
Electrodes that form an OD shift register (2-1 is made of polycrystalline silicon, for example, the first layer, 2-2 is made of polycrystalline silicon, for example, the second layer), and 2-3 makes the COD shift register an embedded type. A low concentration impurity layer (for example, n-type), 7 is a transfer gate region (here, the COD electrode 2-1 is also used), and 7-1 is a shallow impurity layer for increasing the threshold voltage of the transfer gate. (Implant the same type of impurity as the substrate, for example, p-type, near the surface by ion implantation), 8
9 is a thin oxide film (for example, SiOQ) formed between the gate electrode and the substrate, and 9 is a thick oxide film for electrically insulating and separating each pixel.

同図(b)は(a)の平面構成を示した図で1′は光ダ
イオード領域、2−1は転送ゲート7−1を兼ねた電極
領域、7−2は不純物注入領域である。。
FIG. 5B shows the planar configuration of FIG. 1A, in which 1' is a photodiode region, 2-1 is an electrode region that also serves as a transfer gate 7-1, and 7-2 is an impurity implantation region. .

(4) (1)不純物注入領域7−2を形成するためわざわざ1
枚のホトマスクを必要とし、製作歩留りを低くする。さ
らに、このホトマスクの合せが右へずれるとCCDチャ
ンネルが11の部分に広がり(ポケット領域が発生し)
電荷の転送効率が低下する。また、左へずれると12の
部分のCCDチャンネルの幅が狭くなり、そのため狭チ
ャンネル効果によりポテンシャル壁が発生しくすなわち
この部分のしきい値電圧が上昇し)、やはり転送効率が
低下する。
(4) (1) In order to form the impurity implantation region 7-2,
This method requires multiple photomasks, lowering the production yield. Furthermore, if the alignment of this photomask shifts to the right, the CCD channel will expand to the 11 area (a pocket area will occur).
Charge transfer efficiency decreases. Further, when shifted to the left, the width of the CCD channel at the portion 12 becomes narrower, so a potential wall is generated due to the narrow channel effect (that is, the threshold voltage at this portion increases), and the transfer efficiency also decreases.

(2)転送ゲート7の下部に相当する領域13を通して
光ダイオード側で発生した電荷が垂直CCDシフトレジ
スタ2へ流れ込みスメアを発生する。
(2) Charges generated on the photodiode side flow into the vertical CCD shift register 2 through the region 13 corresponding to the lower part of the transfer gate 7, generating smear.

(3)転送ゲートのチャンネル幅Wが大きいため光を取
り込む面積(いわゆる開口率)が低下し、光感度が悪く
なる。
(3) Since the channel width W of the transfer gate is large, the area for taking in light (so-called aperture ratio) decreases, resulting in poor photosensitivity.

したがって、CCD型素子の製作歩留りおよび性能を向
上し実用に供し得るようにするためには、前述の転送ゲ
ートの構成および構造を改善することが重要な課題とな
る。 ゛ (5) 〔発明の目的〕 本発明の目的は上記の問題点を解決すること、すなわち
、CCD型撮像素子の製作歩留りおよび性能を抜本的に
改善することにある。
Therefore, in order to improve the manufacturing yield and performance of CCD type devices and to put them into practical use, it is important to improve the configuration and structure of the transfer gate described above. (5) [Object of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, that is, to fundamentally improve the manufacturing yield and performance of CCD type image pickup devices.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上記目的を達成するために転送ゲート領域下に
不純物注入層を形成することをやめ、転送ゲートのチャ
ンネル幅を数μm以下に狭くすることにより転送ゲート
の備えるしきい値電圧を所定の値に持ち上げるようにす
るものである。これにより不純物層の製作工程を省くこ
とができるので製作歩留りが向上し、さらに不純物注入
層の存在により生じていた転送効率の低下、スメアの発
生、開口率の低下などを改善することが可能となりCC
D型素子の性能を向上させることができる。
In order to achieve the above object, the present invention eliminates the need to form an impurity injection layer under the transfer gate region, and narrows the channel width of the transfer gate to a few μm or less, thereby increasing the threshold voltage of the transfer gate to a predetermined value. It is intended to raise the value. This makes it possible to omit the manufacturing process of the impurity layer, which improves the manufacturing yield, and also makes it possible to improve the reduction in transfer efficiency, occurrence of smear, and reduction in the aperture ratio that were caused by the presence of the impurity injection layer. C.C.
The performance of the D-type element can be improved.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

本発明のCCD型撮像素子の構成および構造を第3図に
示す。第3図(a)において、7′は転送ゲート、同図
(b)において、2−1は垂直CCD(6) を構成する電極(例えば第1層目の多結晶シリコン)、
太い1点鎖線20は垂直CCD2のチャンネル領域、転
送ゲート領域7′−1、および光ダイオード領域1′を
示している。本実施例に示した転送ゲート7′−1を構
成するチャンネル幅Wは第2図の従来例に示した転送ゲ
ートのチャンネル幅Wに較べて小さく設計されている(
 w < W )。
FIG. 3 shows the configuration and structure of the CCD type image sensor of the present invention. In FIG. 3(a), 7' is a transfer gate, and in FIG. 3(b), 2-1 is an electrode (for example, the first layer of polycrystalline silicon) constituting the vertical CCD (6).
A thick one-dot chain line 20 indicates the channel region of the vertical CCD 2, the transfer gate region 7'-1, and the photodiode region 1'. The channel width W constituting the transfer gate 7'-1 shown in this embodiment is designed to be smaller than the channel width W of the transfer gate shown in the conventional example shown in FIG.
w < W).

以下、第4図を用いて本発明のCOD素子における転送
ゲートのチャンネル幅Wを小さくする理由およびその効
果について説明する。第4図はチャンネル幅の異なる複
数個のMoSトランジスタを同一半導体基板上に製作し
、その各トランジスタのしきい値電圧を測定した結果で
ある。同図において、横軸はトランジスタの備えるチャ
ンネル幅、縦軸は10μm以上のチャンネル幅を持つト
ランジスタのしきい値電圧を1に設定した時の規格化し
きい値電圧である。同図からチャンネル幅) が8μm
を越えるとしきい値の変化は殆んどなく一定であるが、
8μmより小さくなるとしきい値電圧は徐々に高くなり
、3μmより小さくなると(7) 急激に高くなることがわかる。
The reason for reducing the channel width W of the transfer gate in the COD element of the present invention and its effects will be explained below with reference to FIG. FIG. 4 shows the results of fabricating a plurality of MoS transistors with different channel widths on the same semiconductor substrate and measuring the threshold voltage of each transistor. In the figure, the horizontal axis represents the channel width of the transistor, and the vertical axis represents the normalized threshold voltage when the threshold voltage of a transistor having a channel width of 10 μm or more is set to 1. From the same figure, the channel width) is 8 μm.
Beyond that, the threshold value remains constant with almost no change;
It can be seen that the threshold voltage gradually increases when the diameter becomes smaller than 8 μm, and increases rapidly when the diameter becomes smaller than 3 μm (7).

以下、このしきい値電圧がチャンネル幅がある程度狭く
なると急激に上昇する効果を狭チャンネル効果と称する
Hereinafter, the effect that this threshold voltage increases rapidly when the channel width narrows to a certain extent will be referred to as the narrow channel effect.

この結果より転送ゲートのチャンネル幅を3μm近辺よ
り小さくすると狭チャンネル効果によりしきい値電圧が
持ち上がり、従来の転送ゲートのようにゲート下にしき
い値電圧を高めるためのイオン打ち込みを行わなくても
必要なしきい値電圧を得ることが可能になる1例えば、
従来素子でごく一般に使用されているしきい値電圧1,
5〜2vを得ようとする場合、チャンネル幅を次の様に
設定すればよい。5X10”個/dのp型基板を用いゲ
ート酸化膜を500Aに設計する場合、ノンドープ状態
(表面チャンネル型、イオン打ち込み無し)のMOSト
ランジスタのしきい値電圧は〜0.7vである。したが
って、上記の値(1,5〜2V)を得ようとする場合、
チャンネル幅を2μm程度に設定すればよいことになる
(2μm場合の規格化しきい値電圧2.4倍を用い、(
8) 0.7X2.4=1.7 (V)となる)。
This result shows that when the channel width of the transfer gate is made smaller than around 3 μm, the threshold voltage increases due to the narrow channel effect, and it is not necessary to implant ions under the gate to increase the threshold voltage as in conventional transfer gates. For example, it becomes possible to obtain a threshold voltage of
Threshold voltage 1, which is very commonly used in conventional elements,
When trying to obtain 5 to 2V, the channel width can be set as follows. When designing a gate oxide film of 500 A using a p-type substrate of 5×10”/d, the threshold voltage of a non-doped MOS transistor (surface channel type, no ion implantation) is ~0.7 V. Therefore, When trying to obtain the above value (1,5~2V),
It is sufficient to set the channel width to about 2 μm (using 2.4 times the normalized threshold voltage for 2 μm, (
8) 0.7X2.4=1.7 (V)).

以上、説明したように、従来のように転送ゲート下にイ
オン打ち込みを行わず本発明のように転送ゲートを狭チ
ャンネルにすることにより所望のしきい値電圧を得るこ
とにより多くの利点を得ることができ従来素子の問題点
を解消することができる。
As explained above, many advantages can be obtained by obtaining the desired threshold voltage by making the transfer gate a narrow channel as in the present invention without implanting ions under the transfer gate as in the conventional case. This can solve the problems of conventional devices.

(1)ホトマスクの1枚低減とそれに付随する製作工程
の低減により製作歩留りが向上し、しかも製作所要時間
が短縮できる。この結果、素子の低価格化を実現できる
(1) By reducing the number of photomasks by one and the associated manufacturing steps, the manufacturing yield can be improved and the time required for manufacturing can be shortened. As a result, the cost of the device can be reduced.

(2)イオン打ち込みが無くなったことにより、垂直C
ODに発生していたポケット領域を無くすことができ垂
直CODの転送効率が向上する。
(2) Vertical C due to the elimination of ion implantation
Pocket areas that occur in the OD can be eliminated, and vertical COD transfer efficiency is improved.

この結果、垂直解像度が向上する。また、取り残された
前列の信号電荷と新しい後列の信号電荷の混じりによる
混色の発生を防止することができる。
This results in improved vertical resolution. Furthermore, it is possible to prevent color mixture from occurring due to the mixing of the left-over front row signal charge and the new rear row signal charge.

(3)転送ゲート領域を狭くすることにより従来素子に
おいて、転送ゲート下を通して垂直C0D(9) 側に拡散していたスメア電荷量を減らすことができる。
(3) By narrowing the transfer gate region, it is possible to reduce the amount of smear charge that, in conventional devices, passes under the transfer gate and diffuses toward the vertical C0D(9) side.

この結果、本発明の素子で発生するスメアは非常に小さ
くなる。
As a result, the smear generated in the device of the present invention becomes extremely small.

(4)転送ゲート領域の面積が減少し、その分開口率が
向上する(光感度が向上する)。あるいは、画素の寸法
を縮少することが可能となり、高解像度素子を実現する
ための一つの有効な手段となる。
(4) The area of the transfer gate region is reduced, and the aperture ratio is improved accordingly (light sensitivity is improved). Alternatively, it becomes possible to reduce the size of pixels, which is an effective means for realizing a high-resolution device.

(5)転送ゲート領域が減少した分だけ電極容量が減り
、駆動に必要な消費電力を低減することができる。
(5) The electrode capacitance is reduced by the reduction in the transfer gate region, and the power consumption required for driving can be reduced.

第3図の実施例においては転送ゲート電極を垂直COD
電極と共有し、例えば第1層目の多結晶シリコンで形成
した。転送ゲート電極は第5図に示すように、垂直CC
D電極と分離し、例えば第3層目の電極で形成してもよ
い。第5図において、7#−2は転送ゲート電極を形成
する例えば第3層目の電極(多結晶シリコン、AQまた
はMoなどの金属、あるいはシリコンと金属の合金、な
ど)であり、転送ゲート領域7“−1を構成するチャ(
10) ンネル幅Wは第3図の場合と同じく狭く設定されている
。この狭チヤンネル構造により第3図の実施例において
得られた効果(1)〜(4)を得ることができる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the transfer gate electrode is vertically COD.
It is shared with the electrode and is formed of, for example, the first layer of polycrystalline silicon. The transfer gate electrode is vertical CC as shown in FIG.
It may be formed separately from the D electrode, for example, as a third layer electrode. In FIG. 5, 7#-2 is a third layer electrode (polycrystalline silicon, a metal such as AQ or Mo, or an alloy of silicon and metal, etc.) forming a transfer gate electrode, and is a transfer gate area. 7 “−1” (
10) The channel width W is set narrow as in the case of FIG. With this narrow channel structure, effects (1) to (4) obtained in the embodiment of FIG. 3 can be obtained.

第6図は光ダイオードを第3図に示した接合型ではなく
MIS型(jetal−工n5ulator −3em
iconductor)にした場合の例である。14は
MIS型光ダイオードを構成する透明電極、15は基板
10と電極14を絶縁分離する酸化膜(ゲート酸化膜8
と同程度の膜厚あるいは若干厚くてもよい)である。透
明電極14に所定の電圧を印加すると基板表面には空乏
層16が形成され光信号電荷はここに蓄積される(本実
施例においては、透明電極は全面を覆うように記載され
ているが、空乏層は酸化膜が厚い領域9では形成されな
い。
Figure 6 shows that the photodiode is not of the junction type shown in Figure 3, but of the MIS type (jetal-type).
This is an example of the case where the 14 is a transparent electrode constituting the MIS type photodiode, and 15 is an oxide film (gate oxide film 8) that insulates and separates the substrate 10 and the electrode 14.
(The film thickness may be approximately the same as or slightly thicker.) When a predetermined voltage is applied to the transparent electrode 14, a depletion layer 16 is formed on the substrate surface, and optical signal charges are accumulated here (in this embodiment, the transparent electrode is described so as to cover the entire surface, but A depletion layer is not formed in region 9 where the oxide film is thick.

またCOD領域2、転送ゲート領域7′−1では電極に
シールドされるので問題ない)。この場合においても転
送ゲートの構成および得られる利点’ iニー−)&、
ア9.□3.。□ヶ。−一6アあ、ゎ明は省略する。
Furthermore, there is no problem in the COD region 2 and the transfer gate region 7'-1 since they are shielded by the electrodes). Even in this case, the configuration of the transfer gate and the advantages obtained
A9. □3. . □ months. -16Ah, I'll omit ゎ明.

(11) これまでの実施例においては転送ゲートを狭チャンネル
効果のみによって持ち上げることを考えたが、以下、狭
チャンネル効果および転送ゲートのゲート酸化膜を厚く
する手段を併用する場合、狭チャンネル効果およびイオ
ン打ち込みを併用する場合、等について説明する。これ
らの場合においても、酸化膜厚制御用のマスク、あるい
はイオン打ち込み用のマスクを用いると従来素子と同様
の問題点を生じてくるので、以下の実施例の実現におい
てもこれまでの実施例と同様マスクは用いないものとす
る。
(11) In the previous embodiments, we considered raising the transfer gate only by the narrow channel effect, but in the following, we will explain how to raise the transfer gate by the narrow channel effect and by thickening the gate oxide film of the transfer gate. When using ion implantation together, etc. will be explained. Even in these cases, if a mask for controlling the oxide film thickness or a mask for ion implantation is used, problems similar to those of conventional elements will arise, so in realizing the following embodiments, the same problems as those of the previous embodiments will be used. Similarly, masks shall not be used.

第7図は転送ゲートを狭チャンネルWにすることは勿論
、ゲート酸化膜8′−2を厚くした場合を示している。
FIG. 7 shows a case in which not only the transfer gate has a narrow channel W but also the gate oxide film 8'-2 is thickened.

本構造の転送ゲート7″′は例えば第2層目の多結晶シ
リコン2−2によって形成することにより専用マスクを
用いることなく製作することができる。
The transfer gate 7'' of this structure can be manufactured without using a special mask by forming it, for example, from the second layer of polycrystalline silicon 2-2.

(1)基板上に薄い膜厚t&x有するゲート用酸化膜8
′−1を形成し、続いて、第1層目の多結晶シリコンを
積層する。ホトエツチングにより前(12) 記多結晶シリコンをCCD電極パターンの形状に加工す
る。さらに、このCCD電極をマスクにしてゲート酸化
膜のエツチングを行い、ゲート電極下のみ酸化膜8′−
1を残す。
(1) Gate oxide film 8 having a thin film thickness t&x on the substrate
'-1 is formed, and then a first layer of polycrystalline silicon is laminated. The polycrystalline silicon described in step (12) is processed into the shape of a CCD electrode pattern by photoetching. Furthermore, the gate oxide film is etched using this CCD electrode as a mask, and the oxide film 8'-- is etched only under the gate electrode.
Leave 1.

(2)前記により厚い膜厚T・Iを有する酸化膜8′−
2を形成し、続いて第2層目の多結晶シリコンを積層す
る。ホトエツチングにより第2層目多結晶シリコンをC
CD電極および転送ゲート電極パターンの形状に加工す
る。さらに、この電極をマスクにしてゲート酸化膜のエ
ツチングを行う。この結果、転送ゲート7″′の下のゲ
ート酸化膜は他の領域より厚くすることができ、(T、
工> tow ) 、狭チャンネル効果によって得られ
る以上にしきい値電圧を持ち上げることが可能になる。
(2) Oxide film 8'- having the thicker film thickness T/I
2 is formed, and then a second layer of polycrystalline silicon is laminated. The second layer of polycrystalline silicon is etched by photo-etching.
Process into the shape of CD electrode and transfer gate electrode pattern. Furthermore, the gate oxide film is etched using this electrode as a mask. As a result, the gate oxide film under the transfer gate 7'' can be made thicker than in other regions (T,
This makes it possible to raise the threshold voltage beyond that obtained by the narrow channel effect.

ここで、転送ゲート領域7N−1の他に垂直CODの第
2層目電極領域(すなわち点線17で示した領域)の酸
化膜が厚くなり、垂直CCDにおいては第2層目電極下
のしきい値電圧が第1層目電極下より高くなるが1本電
極2−2に加える外部からの印加電圧の調整に(13) より本電極下に形成させる電荷転送時の電位を例えば第
1層目電極2−1下と同じにできるので全く支障ない。
Here, in addition to the transfer gate region 7N-1, the oxide film in the second layer electrode region of the vertical COD (that is, the region indicated by the dotted line 17) becomes thicker, and in the vertical CCD, the oxide film under the second layer electrode becomes thicker. Although the value voltage is higher than that under the first layer electrode, by adjusting the externally applied voltage applied to the first electrode 2-2 (13), the potential at the time of charge transfer to be formed under the main electrode is set to, for example, the first layer. There is no problem at all since it can be done in the same manner as under electrode 2-1.

ここで、用いた2枚のマスクは元来第1層目および第2
層目の電極を加工するために必要なものであり、転送ゲ
ートを形成するためのマスクは必要としない、さらに、
転送ゲート下の酸化膜厚は第2層目電極をマスクにして
自己整合によって出来るため(ホトマスクを必要とせず
、したがって1合せずれしない)、ホトマスクを用いる
ことによって生ずる間M(従来技術の項で述べた問題点
(1)も発生しない、したがって、本構造の転送ゲート
においても、第3図の実施例において述べて5つの効果
(利点)を得ることができる。
Here, the two masks used were originally the first layer and the second layer.
This is necessary for processing the layered electrodes, and does not require a mask for forming the transfer gate.
The thickness of the oxide film under the transfer gate can be achieved by self-alignment using the second layer electrode as a mask (no photomask is required, so there is no misalignment). The aforementioned problem (1) does not occur either. Therefore, the five effects (advantages) described in the embodiment of FIG. 3 can be obtained also in the transfer gate of this structure.

狭チャンネルWとイオン打ち込みを併用する転送ゲート
の構造を第8図に示す。7′は第2層目の電極で形成し
た転送ゲートであり、垂直CCD電極2−2と共有して
いる。18は転送ゲート下のしきい値電圧を持ち上げる
ために注入したイオン打ち込み層(例えば基板と同型の
p型不純物、(14) ボロン原子から成る層)である。このイオン打ち込みは
ホトマスクを必要とせず自己整合によって行うことがで
きる。
FIG. 8 shows the structure of a transfer gate that uses a narrow channel W and ion implantation. Reference numeral 7' denotes a transfer gate formed of the second layer electrode, which is shared with the vertical CCD electrode 2-2. Reference numeral 18 denotes an ion implantation layer (for example, a p-type impurity of the same type as the substrate, (14) a layer made of boron atoms) implanted to raise the threshold voltage under the transfer gate. This ion implantation can be performed by self-alignment without requiring a photomask.

(1)垂直CCDを構成する第1層目の電極2−1を形
成する。
(1) Form the first layer electrode 2-1 constituting the vertical CCD.

(2)第2層目の電極を積層する前に実線の斜線で示し
た領域18−1にp型不純物を打ち込む。
(2) Before laminating the second layer of electrodes, p-type impurities are implanted into the region 18-1 indicated by solid diagonal lines.

ここで、第1層目の電極が形成されている領域2−1お
よび酸化膜が厚い領域9には2−1および9がマスクと
なって不純物は打ち込みされない。続いて、ホトエツチ
ングにより第2層目の電極の加工が行われCCD電極2
−2、転送ゲート7′−1が形成される9 (3)光ダイオード用の不純物原子(例えばn型、りん
原子)の拡散が行われる。ここで、n型不純物原子の拡
散は点線の斜線で示した領域19のみ自己整合で行われ
る。他の領域は電極2−1 1・2−2・7′−1罰“
厚い酸化膜9にマスクされて拡散されない。この不純物
原子の拡散量は通常前述のp型不純物打ち込み量に較べ
(15) てはるかに多いので、光ダイオード領域1′のp型イオ
ン打ち込み層は消滅し、全てn型拡散層となる。
Here, impurities are not implanted into the region 2-1 where the first layer electrode is formed and the region 9 where the oxide film is thick, with 2-1 and 9 serving as masks. Next, the second layer of electrodes is processed by photoetching to form the CCD electrode 2.
-2, transfer gate 7'-1 is formed 9 (3) Impurity atoms (for example, n-type, phosphorus atoms) for the photodiode are diffused. Here, the n-type impurity atoms are diffused only in a region 19 shown by dotted diagonal lines in a self-aligned manner. Other areas are electrodes 2-1 1, 2-2, 7'-1 punishment"
It is masked by the thick oxide film 9 and is not diffused. Since the amount of diffusion of these impurity atoms is usually much larger than the amount of p-type impurity implanted above (15), the p-type ion implantation layer in the photodiode region 1' disappears and becomes entirely an n-type diffusion layer.

前記の工程(1)〜(3)により、結局、p型不純物の
イオン打ち込み層はCCD電極2−2下と転送ゲート電
極7′−1下に形成されることになる。したがって、本
実施例においても、垂直CODにおいては第2層目の電
極下のしきい値電圧が第1層目の電極下より高くなるが
前述と同様の理由により垂直CODを動作させる上で全
く支障ない。以上述べたように本構造の転送ゲートにお
いてもホトマスクを使用せずイオン打ち込みを行うこと
ができ、狭チャンネル効果によって得られる以上にしき
い値電圧を持ち上げることが可能になる。また第3図の
実施例の場合と同様に5つの利点を得ることができる。
Through the above steps (1) to (3), an ion-implanted layer of p-type impurity is eventually formed under the CCD electrode 2-2 and the transfer gate electrode 7'-1. Therefore, in this embodiment as well, in the vertical COD, the threshold voltage under the second layer electrode is higher than that under the first layer electrode, but for the same reason as mentioned above, it is completely difficult to operate the vertical COD. No problem. As described above, in the transfer gate of this structure, ion implantation can be performed without using a photomask, making it possible to raise the threshold voltage beyond that obtained by the narrow channel effect. Further, five advantages can be obtained as in the case of the embodiment shown in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、実施例を用いて詳細に説明したように転送ゲート
の構造を本発明の様に改めることにより、(i)製作歩
留りの向上と製作工程時間の低減に(16) よる低価格化の実現、(it)垂直解像度の向上および
混色の発生防止、(iii)スメアの減少および光感度
の向上、等実用上極めて大きな効果を得ることができる
As explained above in detail using the embodiments, by modifying the structure of the transfer gate as in the present invention, (i) improvement of production yield and reduction of production process time (16) realization of cost reduction; , (it) improvement in vertical resolution and prevention of color mixture, and (iii) reduction in smear and improvement in photosensitivity.

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

第1図はCCD型撮像素子の基本的構成を示す図、第2
図は第1図のCCD型素子を構成する従来の転送ゲート
構造を示す図、第3図は本発明の一実施例になる転送ゲ
ートの構造を示す要部断面図および平面図、第4図は狭
チャンネル効果を説明するグラフ、第5図乃至第8図は
本発明の他の実施例になる転送ゲート構造の要部断面図
および(17) ■1図 (3 5\ \ z N C’J(%J
Figure 1 shows the basic configuration of a CCD type image sensor, Figure 2 shows the basic configuration of a CCD type image sensor.
The figures show a conventional transfer gate structure constituting the CCD type element shown in Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view and a plan view of essential parts showing the structure of a transfer gate according to an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a graph explaining the narrow channel effect, and FIGS. 5 to 8 are cross-sectional views of main parts of transfer gate structures according to other embodiments of the present invention, and (17) J (%J

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 同一半導体基体上に光電変換素子群、該素子の蓄積した
信号電荷を読出す転送ゲート、読出した電荷を出力に向
けて送る垂直CODシフトレジスタ群および水平COD
シフトレジスタを集積化した電荷移送型固体撮像素子に
おいて、該転送ゲートを構成するチャンネル幅を3μm
より小さくし、かつ該転送ゲートを表面チャンネル型(
電荷通路が該半導体基板の表面に形成される型)とする
ことにより該転送ゲート領域の備えるしきい値電圧を該
垂直CODシフトレジスタ領域の備えるしきい値電圧よ
り高くすることを特徴とした電荷移送型固体撮像素子。
A group of photoelectric conversion elements on the same semiconductor substrate, a transfer gate that reads out the signal charge accumulated in the element, a group of vertical COD shift registers and a horizontal COD that sends the read out charge toward the output.
In a charge transfer solid-state image sensor with an integrated shift register, the channel width of the transfer gate is 3 μm.
smaller and the transfer gate is of surface channel type (
A charge path is formed on the surface of the semiconductor substrate, thereby making the threshold voltage of the transfer gate region higher than the threshold voltage of the vertical COD shift register region. Transportable solid-state image sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0694976A3 (en) * 1994-06-30 1996-05-22 Ibm Method of manufacturing an integrated circuit having p-MOSFETs with different channel widths

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0694976A3 (en) * 1994-06-30 1996-05-22 Ibm Method of manufacturing an integrated circuit having p-MOSFETs with different channel widths
US5559050A (en) * 1994-06-30 1996-09-24 International Business Machines Corporation P-MOSFETS with enhanced anomalous narrow channel effect

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