JPS61144866A - 電荷移送形固体撮像素子 - Google Patents

電荷移送形固体撮像素子

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JPS61144866A
JPS61144866A JP59266104A JP26610484A JPS61144866A JP S61144866 A JPS61144866 A JP S61144866A JP 59266104 A JP59266104 A JP 59266104A JP 26610484 A JP26610484 A JP 26610484A JP S61144866 A JPS61144866 A JP S61144866A
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electrodes
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小池 紀雄
Masaaki Nakai
中井 正章
Haruhisa Ando
安藤 治久
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
Shinya Oba
大場 信弥
Hideyuki Ono
秀行 小野
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    • 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
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/73Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に光電変換素子、お上び各素子
も光学情報を取り出す電荷移送素子(Charge C
oupled Device 、以下CCDと略称する
)を用いた固体撮像素子に関するものである。
〔発明の背景〕
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)マドIJツク
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CODあ
るいはMOS )ランジスタ等が使用されている。
第1図(a)に低雑音を特徴とするCCD形固体撮像素
子の基本構成を示す(例えば、織田ほか「縦形オーバ7
0−構造CCDイメージセンサの検討」1981年テレ
ビジョン学会全国大会予稿集pp・57〜58に示され
ている)。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
信号検出回路4−1の出力端4−2に取シ出すための垂
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、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に送シ込む転送ゲート
を示している。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仁とになプカラー撮像素子とな
る。
第1図(b)に上記のCCD形素子を構成する画素の構
造を示す。1は光ダイオード(例えばn型)、2′は垂
直CCDシフトレジスタを構成する埋込みチャンネル用
拡散層(例えばnu、表面チャンネル型の場合は重層は
不要)、2−1は垂直CODを構成する電極(例えば第
1層目のpoly−si)、gはゲート用酸化膜(例え
ば8i0.)、9は画素分離用酸化膜、10は絶縁用酸
化膜、11は光ダイオード領域以外へ漏洩する光を防止
するしゃ光膜(例えばAtのような金属膜)、また12
は半導体基板(例えばp型)である。
固体撮像素子は周知のように小型、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シ、撮像デバイスとして将来が期
待されているものである。
しかしながら、現行のCCD形撮像素子においては垂直
CODシフトレジスタの情報転送段数(以下、ビット数
と称する)が不足しておシ、画質の向上を阻んでいる。
フィールド残像の発生を防止するため複数行に渡る光ダ
イオードの信号を転送しようとする場合、あるいは信号
と同時にスメアのような擬似信号を転送しようとする場
合には現行素子の少なくとも2倍のビット数が必要とな
る。
ビット数を2倍に上げる1つの方法として第2図(b)
に示すように垂直CCDシフトレジスタの電極数を単純
に2倍にする(別の表現をすれば、1ビツト当シの寸法
を1/2に縮少する)ことが考えられ8゜同図伽)にお
いてFi1ビット構成する電極2−2が同図(a)に示
した現行の垂直CODレジスタの倍配列されているため
(1ビツトの寸法は現行素子のLからL/2に縮少され
ている)、同図伽)に示した垂直CODのビット数は現
行素子に較べて2倍に向上している。ここで、電極2−
2下に形成した13は電極2−1との間罠電位差を作る
ため設けた不純物層(例えばp型)であシ、この不純物
層13により作られた内部電圧障壁によシミ荷は水平C
ODの方向(矢印14で示す)に向って転送される。し
かし乍ら、この様にして2倍の電極を配置したものの、
新しく配置した電極にクロック電圧を伝える配線(第1
図に示した15がこの配線領域に相当する)が必要とな
る。
この配線はピッチ寸法りで配置された光ダイオード領域
のいずれかの部分を横切ることになる(配線のピッチ寸
法t!L/2に上がるのに対し、光ダイオードのピッチ
寸法は現行と同じLであるから、第2図Φ)の構成では
配線が例えば光ダイオードを2分し、光ダイオードの中
央を走ることになる)。
この結果、光ダイオードの面積(すなわち電荷蓄積容量
)および光の入射する面積(すなわち開口率)は大きく
減少し、撮像素子のダイナミックレンジ(許容入射光量
範囲)および光感度の低下を招くことになる。垂直CO
Dシフトレジスタのビット数を増す場合、上記の様な単
純な構想では他のへい害を生ずることになる。したがっ
て副作用を伴わないでビット数を増す方法が必要となる
〔発明の目的〕 本発明の目的は上記のような問題点を生ずることなく垂
直CODシフトレジスタのビット数を向上することにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため垂直CCDシフトレジ
スタを配線を備えた電極(以下、兼用電極と称する)と
配線を持たない電極(以下、専用電極と称する)によ多
構成し、所定の専用電極を該当する兼用電極に電気的に
接続するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
本発明の骨子となるCCD形撮像素子の構成を第3図に
示す。102は配線を備えた兼用電極102−1.配線
を備えた兼用電極102−2、配線を持たない専用電極
102−3,102−4から構成される垂直CODシフ
トレジスタであり、専用電極102−3は導体16−1
を介して兼用電極102−1に、専用電極102−4は
導体16−2を介して兼用電極102−2に接続されて
いる。
したがって、電極102−1と102−3にはりo :
y p ハルス発生B 5−1からクロックパルスφ1
が、電極102−2と102−4にはクロックパルス発
生器5−2からクロックパルスφ、が印加される。
第3図(b)は画素の平面レイアウトの一例を示す図で
あシ、1は光ダイオード領域、斜線で示した7は転送ゲ
ート領域、102’は埋め込みチャンネル用拡散層領域
、16−1は電極102−1と102−3を電気的に接
続する導体、16−2は電極102−2と102−4を
電気的に接続する導体、また15−1.15−2は電極
102−1゜102−2を兼ねた配線領域である。ここ
で、17は導体16を電極102に接触(いわゆるオー
ミックコンタクト)させるコンタクト穴領域を示してい
る。
第3図(C)は画素の断面構造を示す図である。
16−1は電極102−1にオーミックコンタクトした
導体(例えばAt)、17は絶縁酸化膜10に穿孔した
コンタクト穴に相当する部分を示している。また、第3
図(d)は垂直CODシフトレジスタを転送方向(水平
CODシフトレジスタに向う方向)に切断した構造を示
す図であシ、導体16−1によって電極102−1と1
02−3が、導体16−2によって電極102−2と1
02−4が電気的に接続され、る′様子である。前述の
実施例においては電極間の電気的接続に導体16を利用
したが、第3図(e)のように第1層目の電極上の酸化
膜にコンタクト穴17′を形成し、その上部に第2層目
の電極を形成するようにしてもよい。
この場合gllii目の電極と第2層目の電極は直接接
触し導体は不要となる。このように本発明の実施例にお
いては垂直CODのビット数を従来素子に較べて2倍に
向上することができる(電極102−1と102−3に
より1ビツト、電極102−2と102−4によシ1ピ
ット、合計2ビツトが形成される)。
ここで、本素子の製法について簡単に説明しておく 、
 (1)半導体基板12(例えばp型)の主表面に埋め
込みチャンネル用拡散層102’(例えばn型)を形成
する(表面チャンネル型の場合は本工程は省略すること
ができる)。(2)基板の表面にゲート用酸化膜8を形
成する。(3)電極102−1゜102−4を例えば第
1層目の多結晶シリコンで形成する。続いて、ゲート電
極102−2,102−3用のゲート酸化膜81を形成
する。この酸化膜は電極102−1,102−4とこの
後に形成される電極102−2,102−3を電気的に
絶縁するだめの酸化膜10の役割も果す。(4)電極1
02−2,102−3を例えば第2層目の多結晶シリコ
ンで形成する。続いて、電極102−2゜102−3と
この後に形成される配線を絶縁するだめの酸化膜を形成
する。(5)電極102−1゜102−4と102−2
,102−3の上部を覆う酸化膜の一部の領域を選択的
にエツチングによ)除去し、この上部に導体を蒸着し、
例えば電極102−1と102−3を、102−2と1
02−4を接続する。ここで、接続用の導体としては 
   ′他の領域において配線等に使用するAtを利用
すれば配線と同一工程で接続用導体の製作を終えること
ができる。その結果、本発明の構造の素子は現行素子と
全く同一の製作技術により作ることができる。
本発明のCCD形撮像素子の他の実施例を第4図に示す
。これは第3図の実施例において、埋め込みチャンネル
領域102′の上、かつ、左右に設けた接続用導体16
を、本実施例では埋め込みチャンネル領域102′の外
かつ同じ側に設けるようにしたものである。この様な配
慮により、電荷が転送されるチャンネル領域の上部に相
当する電極がコンタクト孔形成の際のエツチング等によ
−シ損傷を受ける心配をなくすことができる。
本発明のCCD形撮像素子の他の実施例を第5図(a)
に示す。本実施例は電極間を接続する導体を第3,4図
のように一部分にとどめるのではなく、16’−1およ
び16’−2で示すように垂直方向に伸ばした例である
。本実施例においては接続用導体16’−1,16’ 
−2が垂直CODシフトレジスタのしゃ光を兼ねること
ができるようになる。ここで、導体の存在しない領域の
上部は従来通シ第2層目の導体18(例えばAt)で覆
えはよい。しや光の端は加工精度の良好な第1層目の導
体で決めることができるため、従来のように第2層目の
導体で行っていたしゃ光に較べて、しや光効果および光
感度の均一性を向上することができるという副次的な利
点を得ることができる。
第5図(b)は、同図(a)に示した画素によって構成
したCCD形素子の全体構成を示した図である(但し、
水平CODシフトレジスタは省略した)。
本例においては、電極間を接続する導体16′−1,1
6’−2が垂直方向に走っておシ、画素の上部周辺で、
各々の導体が所定のクロックパルス発生器5−1.5−
2に接続されている。この結果、電極102−1と10
2−2が兼ねていた水平方向の配線15−1.15−2
で示した領域は削除することができ、この配線を無くし
た分だけ開口率を向上することができるため光感度を高
めることができる(配線15−1.15−2は第3゜4
図の実施例の場合と同じようにあっても全く支障はない
が、開口率は第3,4図の場合と同一値に限定される)
。また、配線を電極と同じpoly・siのような半導
体材料で行う場合と違い、本例における配線は前述のよ
りなAt(金属)で行うと、クロックパルスの立上9、
立下シ時間は2桁以上速くなシ、転送速度の大幅な向上
を図ることもできる。
なお、上記説明においては、本発明を現在の固体撮像素
子の代表であるインターライン方式のCCD形素子に適
用した例を示したが、本発明はこれ以外の素子、例えば
、フレームトランスファ方式のCCD形素子、フレーム
会インターライントランスファ方式のCCD形素子ある
いは一次元状のCCD形素子にも全く同様に適用可能で
あることはいうまでもないことである。また、垂直CO
Dシフトレジスタを駆動するクロックパルスは説明を簡
単にするため2相のクロックを用いたが、何相(3相、
4相)のクロックパルスであってもよい。さらに、垂直
CODシフトレジスタは簡単のため2ビツトの構成を例
示したが、第6図に示すように垂直CODシフトレジス
タ上に3本の導体16’−1,16’−2,16’ −
3t−走らせることにより3ビツト構成とすることがで
きる。さらに、導体を4本、5本、・・・・・・8本と
増やすことによF)Nビット構成を実現することもでき
る。
〔発明の効果〕
以上、実施例を用いて詳細に説明したように、本発明に
おいては垂直CODシフトレジスタを兼用電極と専用電
極によシ構成することにより、ダイナミックレンジおよ
び光感度の低下を招くことなく垂直CODシフトレジス
タのビット数を向上することができる。また、本発明の
固体撮像素子は平面的な設計手段によって実現すること
ができ、構造的な設計手段は従来素子の場合と同じでよ
い。
したがって、構造が複雑になることもなく、従来菓子と
同様の製造技術を用いて製作ができるため製作歩留シを
低下させるような副次的欠点もない。
したがって、本発明の実用上の効果は極めて大きいもの
である。
【図面の簡単な説明】
g1図は従来のCCDC固形撮像素子の構成および構造
を示す図、第2図は単純にCODシフトレジスタのビッ
ト数を上げた場合に生ずる問題を示す図、第3図は本発
明の骨子となるCCDC固形撮像素子の構成および構造
を示す図、第4図。 第5図および第6図はそれぞれ本発明の他の実施例を示
す図である。 102−1,102−2・・・兼用電極、102−3゜
102−4・・・専用電極、16−1.16−2・・・
導萼1図 (b) (QJ Cb) 、−r 怖 ′#3図(c) /l /j rd) 竿 S 図 Cαン 茸S目 (b) −r a2 茅乙国 −一一〜−一ノ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、同一半導体基板上に複数の光電変換素子と、該光電
    変換素子の蓄積した光信号電荷を出力に向けて転送する
    複数の電荷移送素子とを集積化した電荷移送形固体撮像
    素子において、該電荷移送素子を配線を備えた電極(兼
    用電極)と配線を持たない電極(専用電極)とにより構
    成し、かつ、所定の該専用電極を所定の該兼用電極に電
    気的に接続することを特徴とする電荷移送形固体撮像素
    子。 2、特許請求の範囲第1項において、上記電荷移送素子
    の構成素子の1つである垂直電荷移送シフトレジスタを
    上記兼用電極と上記専用電極により構成することを特徴
    とする電荷移送形固体撮像素子。
JP59266104A 1984-11-13 1984-12-19 電荷移送形固体撮像素子 Expired - Fee Related JPH0682824B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5921182A (ja) * 1982-07-28 1984-02-03 Toshiba Corp 画像表示用クロツク発生装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5921182A (ja) * 1982-07-28 1984-02-03 Toshiba Corp 画像表示用クロツク発生装置

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