JPS6118172A - 固体撮像装置 - Google Patents

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 本発明は新規は固体撮像装置に関し、詳しくは開口率が
高く且つブルーミング及びスメアを充分に抑制すること
のできる新規な固体撮像装置を提供しようとするもので
ある。

背景技術とその問題点 固体撮像装置は被写体の高照度部分からの強い光によっ
て過剰電荷が発生し、その過剰電荷によって再生画像が
損なわれるブルーミング現象が発生するという大きな欠
点を有し、これが実用化を阻む大きな要因となる。

そこで、隣接するチャンネル間にオーバーフロードレイ
ンヲ設け、該オーバーフロードレインによって過剰電荷
を吸収するようにする等の対策が講じられた。第５図は
そのような固体撮像装置の一例を示すものである・ 同図において、ａはＰ型の半導体基板、ｂは該半導体基
板ａの表面部に選択的に形成されたＮ＋型の感光素子、
Ｃは半導体基板ａの表面部において感光素子Ｃの一方の
側にそれから適宜離間して設けられた垂直転送用のレジ
スタで、該レジスタＣと感光素子すとの間の部分が読み
出し部ｄとなる。ｅは感光素子すの反レジスタ側に隣接
して形成されたＰ−型オーバーフローコントロール領域
、ｆは該オーバーフローコントロール領域ｅの反感光素
子側に設けられたＮ中型のオーバ−フロードレイン、ｇ
はＰ中型のチャンネルストッパである。

ｈは半導体表面パに絶縁膜ｉを介して形成された転送用
電極、ｊは前記オーバーフローコントロール領域ｅ上に
絶縁膜ｉを介して形成されたオーへ−フローコントロー
ルゲート電極でアリ、該電極ｊにより過剰電荷を感光素
子すからオーバーフロードレインｆへ移動させるための
制御を行う。

このような第５図に示す固体撮像装置はオーバーフロー
ドレインｆを通じて過剰電荷を吸収することができるの
で、ブルーミング防止効果が大きいという利点を有して
いる。しかしながら、このような固体撮像装置は感光素
子すの側方にラテラルにオーバーフロードレインｆ及び
オーバーフローコントロール領域ｅを設けなければなら
ないので、開口率を高くすることが大きく制約される。

そのため、固体撮像装置の感度の向上が抑制された。

そこで、縦型オーバーフロー構造の固体撮像装置が開発
され、それが例えばテレビジョン学会技術報告昭和５７
年、３月１６日（火）発表（第１９頁から第２４頁）「
縦形オーバーフローインターラインＣＯＤイメージセン
サ」により公表されている。第６図は縦形オーバーフロ
ー構造の固体撮像装置の一例を示すものであり、その構
造の概略を説明すると、Ｎ型半導体基板ｔの表面にｐ２
１半導体ウェルｍを形成し、該Ｐ型半導体ウェルｍの表
面部に感光素子ｎその他の活性領域を形成してなるもの
であり、Ｐ型半導体ウェルｍとＮ型半導体基板′ｔとの
間には逆バイアス電圧が印加される。第７図は感光素子
ｎの形成領域における深さ方向のポテンシャルプロファ
イルである。そして、該感光素子ｎに蓄積させた電荷が
増え障壁を越えるとその障壁を越えた分で電荷、即ち過
剰電荷は半導体基板ｔに吸収される。このように、縦方
向にオーバーフローするのが縦形オーバーフロー構造の
固体撮像装置の特徴であり、感光素子ｎに対してラテラ
ルにオーバーフロードレイン、オーバーフローコントロ
ール領域を形成する必要がないので開口率を高くするこ
とができ、延いては感度を高くすることができるという
点で優れている。しかしな７５＜ら、このような固体撮
像装置には障壁のポテンシャルをコントロールすること
ができず、感光素子ｎにおける蓄積電荷量が増えるに従
ってポテンシャルが第７図の破線に示すように同図にお
ける上側に変化する。その結果、オーバーフローが開始
されても電荷蓄積開始時点における障壁を越える電荷の
すべてが半導体基板１に吸収されてしまうわけではなく
一部は感光素子ｎ内に蓄積されてしまうことになる。ち
なみに、第８図に感光素子の受光光量と蓄積電荷量との
関係を示す。この図からも明らかなように、感光素子ｎ
の受光光量を越えてもその越えた量が大きくなるに従っ
て蓄積電荷量も増えることになる。そして、過剰電荷の
すべてを排除することができないことがスメア発生の原
因となる。

しかして、縦形オーバーフロー構造の固体撮像装置は開
口率を大きくすることができるという点では優れている
が過剰電荷の吸収を完全に行うことができなかった。

発明の目的 本発明はオーバーフローをオーバーフロードレインによ
り確実に吸収することができ、しかも開口率も高い新規
な固体撮像装置を提供しようとするものである。

発明の概要 上記目的を達成する本発明固体撮像装置は、半導体基板
表面部に形成されたセンサー部の一方の側に転送用のレ
ジスタが形成され、センサー部の反レジスタ側にオーバ
ーフロードレイン領域が形成された固体撮像装置におい
て、上記オーバーフロードレイン領域はセンサー部と隣
接せしめられ、該オーバーフロードレイン領域の少なく
とも表面は半導体基板と反対の導電型の半導体領域によ
り形成され、そして、センサー部の深さ方向におけるポ
テンシャルプロファイルは半導体表面よりも深いところ
にミニマムポテンシャルが存在するようにされてなるこ
とを特徴とするものである。

実施例 以下に、本発明固体撮像装置を添附図面に示した実施例
に従って詳細に説明する。

第１図は本発明固体撮像装置の実施例を示す断面図であ
る。同図において、１はＰ型半導体基板、２は該半導体
基板１表面部に選択的に形成されたセンサー部で、Ｎ型
の半導体領域３と該半導体領域３の表面部に形成された
薄いＰ型の半導体領域４とからなる。該ＰｙＪ半導体領
域４はＰ型半導体基板１と直接接している。該Ｐ型半導
体領域４はセンサー部２の表面のポテンシャルを上げ、
センサー部２形成領域における深さ方向のポテンシャル
プロファイルにおいてミニマムポテンシャルがセンサー
部２の表面よりも深いところに存在するようにするため
に設けたものである。５は半導体基板２表面部にセンサ
ー部２から適宜離間して形成されたＮ型の垂直転送用の
レジスタで、該レジスタ５とセンサー部２との間の部分
が信号読み出し部６となる。

７はセンサー部２の反レジスタ５側に隣接して設けられ
たオーバーフロードレインで、表面部に形成されたＮ型
の半導体領域８と該領域８の底側に形成されたＰ十型の
半導体領域９とからなる。

該半導体領域９は、Ｎ型半導体領域８とＰ型半導体基板
１との間に生じる空乏層の拡がり（空乏層の厚さ）が大
きいことに鑑み、その空乏層の拡がりを小さくすべく形
成されたものである。工０はＰ十型チャンネルストッパ
である。

１１は半導体表面上に形成された絶縁膜（Ｓｉ０２膜）
、１２は転送制御用電極である。

第１図に示した固体撮像装置は、センサー部形成領域が
表面側から深さ方向に沿ってＰ＋部、８部、Ｐ（基板）
となる構造であり、そして、Ｐ＋部、即ち、Ｎ型の半導
体領域４が半導体基板と同電位となっている。従って、
センサー部２の形成領域は表面のポテンシャルが半導体
基板１と同じように高く、深さが深くなる程徐々にポテ
ンシャルが低くなり、やがてミニマムポテンシャル点に
達しそれを過ぎるとポテンシャルが徐々に高くなる。又
、オーバ１フロードレイン形成領域は表面側から深さ方
向に沿ってＮ十部、Ｐ＋部、Ｐ（基板）となる構造であ
り、Ｎ生型とＰ側との間は逆バイアスされており、従っ
て、表面部がミニマムポテンシャルになる。そして、ｐ
＋５（即ち、半導体領域８〕を半導体基板１と半導体領
域７との間に存在させることによりその間に形成される
空乏層の幅が狭くなるようにされている。

従って、固体撮像装置のセンサー部形成領域及びそれと
隣接オーバーフロードレイン形成領域における深さ方向
のポテンシャルプロファイルは第２図に示すようになり
、その２つのボテ〉′シャルプロファイルには互いにク
ロスするクロス点ｃｒｏｓＳが存在することになる。

このような固体撮像装置において、センサー部２に光が
入射されると光電荷がセンサー部２のＮ型半導体領域３
に蓄積されることになる。光が強くなり、光電荷蓄積量
が増えてクロス点Ｃｒｏｓｓを越えると、越えた分の光
電荷は、オーバーフロードレイン７のＮ型半導体領域８
内に流れ込み、十にバイアスされている該半導体領域８
により吸収されることになる。

尚、クロス点Ｃｒｏｓｓのポテンシャルは各センサー部
２の取扱い電荷量を決定する大きな要因となり、そして
、その点ポテンシャルはセンサー部形成領域及びオーバ
ーフロードレイン形成領域における深さ方向のポテンシ
ャルプロファイルによって決定され、延いてはその２つ
の領域における深さ方向の不純物濃度プロファイルによ
って決定される。従って、その不純物濃度プロファイル
を適宜に１ジ定することにより、センサー部２の取扱い
電荷量を任意に設定することができる。

そして、クロス点Ｃｒｏｓｓのポテンシャルはセンサー
部２の半導体領域３に蓄積される電荷量の大きさによっ
ては影響されず、設定した取扱い電荷量を越える電荷は
過剰電荷としてＮ十型の半導体領域８へ排除することが
できる。従って、ブルーミング、スメアを確実に防止す
ることができる。

その点で、第６図に示した縦形オーバーフロー構造の固
体撮像装置よりも優れている。

又、この第１図、に示す固体撮像装置はラテラル方向に
オーバーフローするようにしたタイプではあるが、オー
バーフローコントロール領域を設けることなくセンサー
部２のＮ型半導体領域３から直接オーバーフロードレイ
ン７のＮ生型半導体領域８へ過剰電荷がオーバーフロー
するようにされているので、第５図に示すような従来の
ラテラル方向にオーバーフローする固体撮像装置に比較
して開口率を高くすることができ、延いては感度を向上
させることができる。

尚、第１図に示した固体撮像装置のオーバーフロードレ
イン７の表面部を成す半導体領域８はＮ型半導体領域か
らなるが、Ｐ生型（上層）とＮ＋型（下層）とからなる
二層構造にしても良い。

第３図は本発明固体撮像装置の別の実施例を示すもので
ある。この固体撮像装置はセンサー部がＮ型の半導体領
域３のみからなるタイプのものに本発明を適用したもの
であり、そして、該半導体領域３の表面の電位を透明電
極１４により半導体基板ｌと略同じ電位に保つようにす
ることによりセンサー部２形成領域の深さ方向のポテン
シャルプロファイルのミニマムポテンシャルが表面より
も深くなるようにしたものであり、それ等の煮貝外では
第１図に示す固体撮像装置と相違するところはない。第
４図はその第３図に示す固体撮像装置のセンサー部形成
領域及びオーバーフロードレイン形成領域の深さ方向に
おけるポテンシャルプロファイルを示すものであり、セ
ンサー部３からオーバーフロードレイン７のＮ＋ｆｆｉ
半導体領域８へ過剰電荷が吸収されるオーバーフローの
原理は第１図に示す固体撮像装置と°本質的に同じであ
る。

発明の効果 以上に述べたように、本発明固体撮像装置は、半導体基
板表面部に形成されたセンサー部の一方の側に転送用の
レジスタが形成され、センサー部の反レジスタ側にオー
バーフロードレイン領域が形成された固体撮像装置にお
いて、上記オ−バーフロードレイン領域はセンサー部と
隣接せしめられ、該オーバーフ・ロードレイン領域の少
なくとも表面は半導体基板と反対の導電型の半導体領域
により形成され、そして、センサー部の深さ方向におけ
るポテンシャルプロファイルは半導体表面よりも深いと
ころにミニマムポテンシャルが存在するようにされてな
ることを特徴とするものである。従って、感光素子とオ
ーバーフロードレインとの間にオーバーフローコントロ
ール領域を介在させることなく過剰電荷をオーバーフロ
ードレインにより吸収することができ、従って、オーバ
ーフロードレイン効果を低めることなく開口率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明固体撮像装置の実施の一例を
説明するためのもので、第１図は断面図、第２図はポテ
ンシャルプロファイル図、第３図及び第４図は本発明固
体撮像装置の他の実施例を説明するためのもので、第４
図は断面図、第５図はポテンシャルプロファイル図、第
５図は第１の従来例を示す断面図、第６図乃至第８図は
第２の従来例を説明するためのもので、第６図は断面図
、第７図はポテンシャルプロファイル図、第８図はセン
サー部への入射光量と蓄積電荷量との関係を示す関係図
である。 符号の説明 １・・・半導体基板、 ２、（３）・・φセンサー部、 ７１１・・オーバーフロードレイン領域、８φ・φオー
バーフロードレインの半導体基板と反対の導電型の半導
体装置 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面部に形成されたセンサー部の一方
   の側に転送用のレジスタが形成され、センサー部の反レ
   ジスタ側にオーバーフロードレイン領域が形成された固
   体撮像装置において、上記オーバーフロードレイン領域
   はセンサー部と隣接せしめられ、該オーバーフロードレ
   イン領域の少なくとも表面は半導体基板と反対の導電型
   の半導体領域により形成され、そして、センサー部の深
   さ方向におけるポテンシャルプロファイルは半導体表面
   よりも深いところにミニマムポテンシャルが存在するよ
   うにされてなることを特徴とする固体撮像装置