JPS6090474A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
junction
solid
type region
blooming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58198547A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Matsumoto
松本 茂則
Masahiro Susa
匡裕 須佐
Yoshimitsu Hiroshima
広島 義光
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP58198547A priority Critical patent/JPS6090474A/ja
Publication of JPS6090474A publication Critical patent/JPS6090474A/ja
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
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654Blooming suppression

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • 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。

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP58198547A 1983-10-24 1983-10-24 固体撮像装置 Pending JPS6090474A (ja)

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