JPS6090474A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS6090474A JPS6090474A JP58198547A JP19854783A JPS6090474A JP S6090474 A JPS6090474 A JP S6090474A JP 58198547 A JP58198547 A JP 58198547A JP 19854783 A JP19854783 A JP 19854783A JP S6090474 A JPS6090474 A JP S6090474A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14654—Blooming suppression
Landscapes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (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。
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
本発明はビデオカメラ等に用いられる固体撮像装置に関
するものである。
するものである。
従来例の構成とその問題点
固体撮像装置１１は小型・軽ｆｉｌ・低消費電力という
従来の撮像管にはない優れた特徴をイ」するだめ、近年
活発な開発が行なわれている。その結果、性能向上は著
しく、既に一部実用段階に達しつつある。そして、撮像
特性を決定する光電変換部は、感光波長領域が広く、製
造が容易なＰＮ接合型フォトダイオード、およびフォト
ダイオードの信号電荷を読み出すＭＯ８型ゲートよりな
る単位画素が多数（２Ｑ〜３ｏ万個）集積されたものが
大部分である。
従来の撮像管にはない優れた特徴をイ」するだめ、近年
活発な開発が行なわれている。その結果、性能向上は著
しく、既に一部実用段階に達しつつある。そして、撮像
特性を決定する光電変換部は、感光波長領域が広く、製
造が容易なＰＮ接合型フォトダイオード、およびフォト
ダイオードの信号電荷を読み出すＭＯ８型ゲートよりな
る単位画素が多数（２Ｑ〜３ｏ万個）集積されたものが
大部分である。
以下図面を参照しながら上述したような従来の固体撮像
素子の単位画素について説明を行なう。
素子の単位画素について説明を行なう。
第１図はＰＮ接合フォトダイオードを用いた従来の単位
画素の断面構造を１ヶ式的に示すものである。第１図に
おいて１はＰ形シリコン基板、２は単位画素を分離する
酸化膜、３はＰＮ接合を形成するＮ影領域、４は電気信
号の出力部となるＮ影領域、５．６はそれぞれＭＯＳス
イ、チを形成する酸化膜およびＮ形多結ｄ１１シリコン
である。
画素の断面構造を１ヶ式的に示すものである。第１図に
おいて１はＰ形シリコン基板、２は単位画素を分離する
酸化膜、３はＰＮ接合を形成するＮ影領域、４は電気信
号の出力部となるＮ影領域、５．６はそれぞれＭＯＳス
イ、チを形成する酸化膜およびＮ形多結ｄ１１シリコン
である。
以下、第１図を参照しながら従来の構造による単位画素
の動作について説明する。まず、Ｐ形基板１とＮ影領域
３かしなるＰＮ接合フォトダイオードに光が照射される
とンリコノ結晶内での光電変換作用により電子・市孔苅
が発生踵電子は信号電荷としてＰＮ接合）１１Ｓに蓄積
される。その後この苔積′屯荷がＭＯＳスイッチにより
読み出される。
の動作について説明する。まず、Ｐ形基板１とＮ影領域
３かしなるＰＮ接合フォトダイオードに光が照射される
とンリコノ結晶内での光電変換作用により電子・市孔苅
が発生踵電子は信号電荷としてＰＮ接合）１１Ｓに蓄積
される。その後この苔積′屯荷がＭＯＳスイッチにより
読み出される。
しかしながら、上記の（）ηな従来構造では感度向上お
よび蓄Ａ′ｌｌｉ′１ｕ荷；１（の増加のだめのフォト
ダイオード面積の拡大が困つ（１１であること、および
ブルーミングの発生という２つの大きな欠点を有してい
た。〕Ａトダイオードの感度、つまり一定光量により発
生ずる電子の数、および、蓄積電荷量はフォトダイオー
ドの面積に比例するため、高感度化および蓄積電ｊｉｋ
の増加にはＰＮ接合面積を広くすることが必閥である。
よび蓄Ａ′ｌｌｉ′１ｕ荷；１（の増加のだめのフォト
ダイオード面積の拡大が困つ（１１であること、および
ブルーミングの発生という２つの大きな欠点を有してい
た。〕Ａトダイオードの感度、つまり一定光量により発
生ずる電子の数、および、蓄積電荷量はフォトダイオー
ドの面積に比例するため、高感度化および蓄積電ｊｉｋ
の増加にはＰＮ接合面積を広くすることが必閥である。
しかしながら、固体゛撮像装置では、その受光ｊｊＢ
１ｆＩｉ槓はレンズを含む光学系で決ボされ（２１３イ
ンチ光学系で約６，６ Ｘ ８．８ ｔｕｒｎ ）、一
方必要なＩＷＩ像度を得るため前述のように単位画素は
２０〜３ｏ刀個が必要となる。このだめフォトダイオー
ド１ヶ当りの面積は１００μｙｔ？程度となりそれ以上
の大幅な増加は困難な状態である。
１ｆＩｉ槓はレンズを含む光学系で決ボされ（２１３イ
ンチ光学系で約６，６ Ｘ ８．８ ｔｕｒｎ ）、一
方必要なＩＷＩ像度を得るため前述のように単位画素は
２０〜３ｏ刀個が必要となる。このだめフォトダイオー
ド１ヶ当りの面積は１００μｙｔ？程度となりそれ以上
の大幅な増加は困難な状態である。
さらに、半導体基板としてシリコンを用いた場合入射光
の表面での反射による損失も大きな原因となっている。
の表面での反射による損失も大きな原因となっている。
一方、ブルーミング現象は、非常に強い光が入射した場
合、非常に多数の電子が生成され、ＰＮ接合フォトダイ
オードの蓄積容量を越えてＬ４い、ＭＯＳスイッチゲー
ト６がオフ状態でも信号出力部４に電子が溢れ込み、疑
似信号として出力され画質を低下させてしまう現象であ
る。
合、非常に多数の電子が生成され、ＰＮ接合フォトダイ
オードの蓄積容量を越えてＬ４い、ＭＯＳスイッチゲー
ト６がオフ状態でも信号出力部４に電子が溢れ込み、疑
似信号として出力され画質を低下させてしまう現象であ
る。
このため固体撮像装置の使用範囲を蓄しく制限する原因
となっていた。
となっていた。
発明の目的
本発明は上記欠点に鑑み、ブルーミングの発生が全くな
く、かつ、高感度の固体撮像装置を提供するものである
。
く、かつ、高感度の固体撮像装置を提供するものである
。
発明の構成
この目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は光
電変換部が導電型が父互に変化した三層構造を有し、か
つ表面が凹状の構造となっている。
電変換部が導電型が父互に変化した三層構造を有し、か
つ表面が凹状の構造となっている。
この構造により過剰電荷の溢れ出しによるブルーミング
現象が抑制されると同時に、入射光の反射による］ｊｉ
失を大幅に減少し高感度化がｉｉＪ能となる。
現象が抑制されると同時に、入射光の反射による］ｊｉ
失を大幅に減少し高感度化がｉｉＪ能となる。
実施例の説明
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。第２図ａは本発明の一実施例における単位画素
の断面構造を（負犬的に示すものである。また第２図す
はその斜視図、第２図Ｃは第２図ａ中に示した一点鎖線
Ａ−Ａ’に沿ったポテンシャル分布を小すものである。
明する。第２図ａは本発明の一実施例における単位画素
の断面構造を（負犬的に示すものである。また第２図す
はその斜視図、第２図Ｃは第２図ａ中に示した一点鎖線
Ａ−Ａ’に沿ったポテンシャル分布を小すものである。
第２図において７はＮ形基板、８，９はＰ影領域、１ｏ
はＮ影領域であり他は第１図の構成と同じものである。
はＮ影領域であり他は第１図の構成と同じものである。
なお図中矢印Ｐは入射光の反射による経路変化を示す一
例である。。
例である。。
以上のように構成されたｌや位画素について以下説明す
る１、まず、Ｐ影領域８，９とＨ影領域１０からなるＰ
Ｍ接合フォトダイオードに光が照射された結果、発生し
た′電子がＰＮ接合面に蓄積されＭＯＳスイッチ６で出
力部４に読み出される動作は従来例と同様である。しか
しながら、本発明ではＰＮ接合而面凹所に形成されるだ
め、ＰＮ接合面積が従来構造の約２ （７：％となる。
る１、まず、Ｐ影領域８，９とＨ影領域１０からなるＰ
Ｍ接合フォトダイオードに光が照射された結果、発生し
た′電子がＰＮ接合面に蓄積されＭＯＳスイッチ６で出
力部４に読み出される動作は従来例と同様である。しか
しながら、本発明ではＰＮ接合而面凹所に形成されるだ
め、ＰＮ接合面積が従来構造の約２ （７：％となる。
このため、最大蓄積電荷量が約２倍になるとともに、そ
わ以上の過剰電荷はＮ型頒域１ｏ、Ｐ型領域９とＮ形基
鈑７で形成されるＮＰＮ ）ランシスタ効果によりＨ形
基板７に吸い出されるためブルーミングは完全に発生し
なくなる。この様子を第２図Ｃに示すが、トランジスタ
のベース領域を形成するＰ影領域９を薄＜（１μｍ）Ｌ
、コレクタとなるＮ形基板７に正のバイアス電圧１５Ｖ
を印加することによりその吸収能力の制御も容易にする
ことができだ。
わ以上の過剰電荷はＮ型頒域１ｏ、Ｐ型領域９とＮ形基
鈑７で形成されるＮＰＮ ）ランシスタ効果によりＨ形
基板７に吸い出されるためブルーミングは完全に発生し
なくなる。この様子を第２図Ｃに示すが、トランジスタ
のベース領域を形成するＰ影領域９を薄＜（１μｍ）Ｌ
、コレクタとなるＮ形基板７に正のバイアス電圧１５Ｖ
を印加することによりその吸収能力の制御も容易にする
ことができだ。
さらに、第２図ａ中の矢印Ｐで示しだように、入射光は
Ｎ影領域１０の表面で２回収上反射されるため損失は著
しく減少する。］最像素子で必要とされる可視波長領域
においては、シリコン表面が鏡面状■にあるとき入゛射
光量の約３０％が反射し全体の７０％しか光電変換に富
力しない。しかしながら今、仮に２回反射したとすると
１回］］の反射光のうち７０％が再度寄与するため、入
射光全体の約９０％が利用される。その結果従来の約３
ｏ％の感度向上となる。３回反射した場合さらに向上し
約３８％の向上となる。このため、ノオダイオード感度
は全体として従来構造に比べ３３％向」ニした。
Ｎ影領域１０の表面で２回収上反射されるため損失は著
しく減少する。］最像素子で必要とされる可視波長領域
においては、シリコン表面が鏡面状■にあるとき入゛射
光量の約３０％が反射し全体の７０％しか光電変換に富
力しない。しかしながら今、仮に２回反射したとすると
１回］］の反射光のうち７０％が再度寄与するため、入
射光全体の約９０％が利用される。その結果従来の約３
ｏ％の感度向上となる。３回反射した場合さらに向上し
約３８％の向上となる。このため、ノオダイオード感度
は全体として従来構造に比べ３３％向」ニした。
なお、このような凹状の表面構造は、ヒドラジン、アン
モニア水、エチレンジアミン等を用いてシリコン結晶に
おけるエツチング速度の面方位依存性を利用し／こ異方
性エツチング法により容易に実現できる。
モニア水、エチレンジアミン等を用いてシリコン結晶に
おけるエツチング速度の面方位依存性を利用し／こ異方
性エツチング法により容易に実現できる。
以上のように不実ｈｆＩＬ例によれば、光電変換部をＮ
ＰＮ三層構造とし、かつ、表面を凹状にすることにより
、プルーミングの発生が全くなく、反射損失の少ない高
感度の固体撮像装置とすることができる。
ＰＮ三層構造とし、かつ、表面を凹状にすることにより
、プルーミングの発生が全くなく、反射損失の少ない高
感度の固体撮像装置とすることができる。
なお、本実施例では、光電変換部を一つの凹状構造とし
だが、第３図に示した１１１＜、凹状構造を二つ以上と
する場合、前述の効果は同様に得られる。寸だ基板導電
型をＰ形としてＰＮＰの三層構造あるいは、ＭＯ３反転
空乏層による光電変換においても同様の効果が得られる
。
だが、第３図に示した１１１＜、凹状構造を二つ以上と
する場合、前述の効果は同様に得られる。寸だ基板導電
型をＰ形としてＰＮＰの三層構造あるいは、ＭＯ３反転
空乏層による光電変換においても同様の効果が得られる
。
発明の効果
以上のように本発明は、固体撮像装置の光電変換部を、
導電型が又互に変化させた三層構造とし、かつ、表面を
凹状構造とすることにより、プルーミング現象を完全に
抑制するとともに、高感度化が可能となり、その実用的
効果は犬なるものがある。
導電型が又互に変化させた三層構造とし、かつ、表面を
凹状構造とすることにより、プルーミング現象を完全に
抑制するとともに、高感度化が可能となり、その実用的
効果は犬なるものがある。
第１図は従来の単位画素の断面構造模式図、第２図は本
発明の一実施例における単位画素を示す図であり、同図
ａは断面構造模式図、同図すはその斜視図、同図Ｃはポ
テンシャル状態を示す図である。 Ｙ・・・・・・Ｎ形シリコン基板、８，９・・・・・・
Ｐ影領域、１０・・・・・・Ｎ影領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名馬 柩１図 光 杭 ２ 図 （０−） ２図 １ｂ）’ 乙 Ｕ （す
発明の一実施例における単位画素を示す図であり、同図
ａは断面構造模式図、同図すはその斜視図、同図Ｃはポ
テンシャル状態を示す図である。 Ｙ・・・・・・Ｎ形シリコン基板、８，９・・・・・・
Ｐ影領域、１０・・・・・・Ｎ影領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名馬 柩１図 光 杭 ２ 図 （０−） ２図 １ｂ）’ 乙 Ｕ （す
Claims (2)
- （１）−導′屯ノ１すの半♂！７体基鈑と、前記基板上
に形成された前記−導′１１ｊ ノｌｊ７とは反対の導
電型の半導体層と、前記゛１′−導体Ｊｉづ表面に形成
された凹部と、前記四部表面から形成され前記−導電型
の拡散領域とを有し、前記凹部に形成されるＰＮ接合を
光電変換部とすることを特徴とする固体撮像装置。 - （２）基板表向近傍にまで及ぶように、凹部が半導体層
表面かし形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58198547A JPS6090474A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58198547A JPS6090474A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6090474A true JPS6090474A (ja) | 1985-05-21 |
Family
ID=16392977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58198547A Pending JPS6090474A (ja) | 1983-10-24 | 1983-10-24 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6090474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278145B1 (en) | 1999-06-25 | 2001-08-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | PN junction diode having enhanced light-gathering efficiency |
| WO2007078719A1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-07-12 | Micron Technology, Inc. | Light sensor having undulating features for cmos imager |
| JP2008218670A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 固体撮像素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5713779A (en) * | 1980-06-27 | 1982-01-23 | Fujitsu Ltd | Solid state image pickup device |
| JPS5724576A (en) * | 1980-07-22 | 1982-02-09 | Toshiba Corp | Solid state image pick up device |
-
1983
- 1983-10-24 JP JP58198547A patent/JPS6090474A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5713779A (en) * | 1980-06-27 | 1982-01-23 | Fujitsu Ltd | Solid state image pickup device |
| JPS5724576A (en) * | 1980-07-22 | 1982-02-09 | Toshiba Corp | Solid state image pick up device |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278145B1 (en) | 1999-06-25 | 2001-08-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | PN junction diode having enhanced light-gathering efficiency |
| US6429039B2 (en) * | 1999-06-25 | 2002-08-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| WO2007078719A1 (en) * | 2005-12-15 | 2007-07-12 | Micron Technology, Inc. | Light sensor having undulating features for cmos imager |
| US7456452B2 (en) | 2005-12-15 | 2008-11-25 | Micron Technology, Inc. | Light sensor having undulating features for CMOS imager |
| JP2008218670A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 固体撮像素子 |
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