JPS614377A - 固体撮像素子 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電荷結合素子（ＣＣＤ）型の固体撮像素子に関
する。

（ロ）従来技術 近年、テレビカメラに用いる為のこの種固体撮像素子の
開発が盛んに行なわれており、本願出願人に於いても、
すでに特願昭５４−８４２６７９にてクロスゲ−゛ト型
の固体撮像素子を提案している。

第１図（ａ）に従来のクロスゲート型の固体撮像素子の
平面図、同図（ｂ）に同図（−）に於けるＡ−Ａ線断面
図、を示す６．１これ等の図に示す如く、従来素子は、
この場合Ｐ型のシリコンからなる半導体基板１１１上に
透明な二酸化シリコンからなる絶縁膜（２）を介し、絶
縁状態で部分的に中広部６１）をもつポリシリコンから
なる複数の上層電極（３）・・・と均一な巾をもつポリ
シリコンからなる複数の下層電極１４ｊ・・・とを直交
配置せしめ、一方の上層電極（３）の中広笥坤υに隣接
してこれ等上層及び下層電極（３）・・・、（４）・・
・で囲まれる隙間を光入射窓として構成し、この入射窓
に依って露出した半導体基板（１）箇所をＰ＋型の受光
部（５）・・・とじて構成したものである。そして、こ
の半導体基板（１）には、この場合上層電極（３）・・
・に沿って該基板（１）が残存するＰ型のチャンネルス
トツバ（６）・・・が形成されており、該ストッパ（６
）の中央部にはＮ＋型のオーバーフロードレイン１７）
が延在形１ｍされ゛ている。このチャンネルストッパ（
６）・・・間の上記各電極＋３１・・・、（４）・・・
、下の半導体基板（１）箇所にＮ型のチャンネル（８）
・・・を形成し、これ等各チャンネル（８）・・・は犬
々垂直方向に配列した複数の上記受光部（５）・・・に
接して蛇行している。尚、（９）は上記電極（３）・・
・、１４）・・・上及び露出した受光部１５１上を一面
に被覆する表面保護の為の隣ガラス膜である。

新様な構成の固体撮像素子は、奇数列の上層電極（３）
・・・Ｋはクロックパルスψ１が、奇数列の下層電極イ
４）・・・にはクロックパルスψ２が、偶数列の上層電
極（３）・・・にはタロツクパルスψ５が、偶数列の下
層電極１４）にはタロツクパルスψ４が、夫々印加され
る。そして、第６図のタイミング図に示す如く、先ず光
電変換期間に於いては、タロツクパルスψ−“を正０高
電圧状態とパ・偶１１Ｊ（７）下層電極“４）下の例え
ばチャンネル（８）位置のに電子に対するポテンシャル
井戸を形成する事に依って、これに隣接する２つの受光
部！５１！５）位置■、■にて入射光量に応じて夫々発
生した電子を破線矢印で示す如く、このチャンネル（８
）位置のに導入して蓄積する。これに続く電荷転送期間
に於いては、タロツクパルスψ５、ψ２、ψ１、ψ４、
を循環的に正の高電圧状態に切り換えて行く事に依り、
例えばチャンネル（８）位置のに蓄積されていた電子が
ポテンシャル井戸の移動と共に、実線矢印で示す如く、
チャンネル１８）位置■、■、■、・・・と蛇行して順
次転送される。

所様な固体撮像素子に於いては上層及び下層電極（３）
・・・、１４）・・・は比較的透Ｆ！Ａ度の高いポリシ
リコンにて形成されるが、このポリシリコン膜は可視光
の内、青色光の透過率が低いと云う欠点があり、結局上
述の如く、所る電極（３）・・・、＋４）・・・が存在
しない箇所を受光部＋５１としているのであるっ従って
、この受光部１５）での受光面積を広＜シ、て光電変換
効率を向上せしめようとして上層電極（３）の巾広部６
υの巾を小さく設定すると、この中広部Ｃυに対応する
チャンネル（８）の巾も小さくなシこの結果電荷の最大
転送量が減小してしまう事となる。

この様に、上述の如きタロスゲート型の従来素子に於い
ては、光電変換効率の向上に依る受光感度の向上と電荷
の最大転送量の増大に依る映像信号のダイナミックレン
ジの拡大とを共に達成する事が困難であった。

（ハ）発明の目的 本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、受光６
変の向上と映像信号のダイナミックレンジの拡大とを可
能とした固体撮像素子を提供するものである。

に）発明の構成 本発明の固体撮像素子はクロスゲート型構成を有し、上
層又は下層各電極の内、光入射窓に隣接してチャンネル
上に配置される箇所を部分的に他の電極箇所より膜厚を
小さくしたものである。

（ホ）実施例 第２図（−）、（ｂ）に本発明の固体撮像素子の一実施
例の平面図、及びそのＡ−に線断面図を示す。これ等の
図に放いて、（１）〜（９）は第１図の従来素子と同様
に半導体基板〜隣ガラス膜を示しており、同図の実施例
素子が従来素子と異なる所は、上層電極ｔａｒ　（７）
構成にあり、光入射窓に隣接する箇所の中広部（３Ｊの
膜厚を他の箇所の膜厚より薄く構成されている。具体的
には、各上層電極（３）は同図（ｂ）に示ス如く半導体
基板（１）のチャンネルストッパ＋６１上（７）絶縁膜
（２）上にチャンネルストッパ（６）と同程度の中で膜
厚２０００〜４０００Ａ程度のポリシリコンからなる上
層電極母線（Ｍｌ）を形成し、その中広部６υ′となる
箇所の母線（Ｍｌ）上に膜厚２０’０〜６００Ａ程度の
ポリシリコンがらな−る巾広部パッド（Ｍ２）・・・を
島状に複数枚配置する事忙依って、構成されるの５−で
ある。

祈る実施例素子に於いては、上層電極（３ｊ・・・と下
層電極１４１・・・とで囲まれた光入射窓は上記中広部
バンド（Ｍ２）からなる上ＰＩ４電極（３）の中広部６
１１に隣接する事となるか、このポリシリコンからなる
バンド（Ｍ２）の膜厚が数１０ＯＡと非常に薄い。

従って、この中広部パッド（Ｍ２）は可視光の内の青色
光に対する減衰作用が小さく青色光も他の可視光とほぼ
同様に充分高い透過率で透過さｎるので、この１Ｊ広部
パッド（Ｍ２〕も含めて、上層電極（３丁・・・の嘆圧
大なる母線（Ｍｌ）と、やはり膜圧大なる下層電極１４
）・・・とで囲まれる箇所が実質的な光入射窓となって
おり、これに依ってこの実質的な光入射窓下の半導体基
板１１）箇所が実質的な受光部＋５１となる。従ってこ
の実質的な受光部（５１は中広パッド（Ｍ２）下のチャ
ンネル（８）となるＮ型領域と電極＋ａｉ１４１不在箇
所のＰ十型領域とのＰＮジャンクションを中央１く備え
、この受光部＋５５に入射された光が両臥Ｎ＠域で光電
交換され、Ｐ＋領域側に光電荷としての充分大量の電子
が発生する事となるのである。そして、この様に受光部
（５）の位置の４で高感度で発生した電荷は第１図の従
来素子と同様に位置のに導人畜槓される。

又、上述の第２図の天施例に於いては、上層電極（３）
の中広部６６のパッド（Ｍ２）の中が第１図のそれより
大きく設定されているが、これに依って上述の理由から
実質的な受光部１５）での高感度の光”ｔｉｅ□６３１
．□□え、□。−に の中広部パッド（Ｍ２）下のＮ型領域からなるチャンネ
ル旧）の巾が拡大された事に依つ、て、このチャンネル
＋８１での電荷の最大転送量を増大せしめる事ができる
。即ち、電荷は第６図に示す如きタロツクパルスψ１、
ψ２、ψ５、ψ４に依って従来素子と同様にチャンネル
位置の、■、■、■と転送される事となるが、チャンネ
ル（８）全体の最大転送電荷量を決定するチャンネル中
の最も狭い位置■、ののそのチャンネル中が上述の如く
増大しているので、チャンネル（８）全体としての最大
転送電荷量は増大され、ダイナミックレンジの高い映像
信号として外部に取り出されるものである。

上述の説明に於いては、上層電極（３）・・・の巾広部
（３ｄｏｄ・・・の膜厚を小ならしめる手段として各上
層電極母線（Ｍｌ）上に中広部パッド（Ｍ２）・・・を
被着配置したが、逆に中広部パッド（Ｍ２）・・・上に
上層電極母線（Ｍｌ）を配しても良い。一方これ等（Ｍ
ｌ）（Ｍ２）を順次連続形成する事なく、同時に形成す
る手段、又は中広部例のみをエツチングして薄膜化する
手段等の採用も可能であり、又これは上層電極（３１に
限るものではない。尚、本発明に於いて、チャンネル上
の中広部のみを薄膜化した点については、膜厚大なる母
線を残存せしめる事に依って、上層電極（３）のライン
抵抗の増加を防止する為であり、これに依って第６図に
示す如きタロツクパルスの電圧低下及び遅延現象の発生
を避は得る事となる。

（へ）発明の効果 本発明のクロスゲート型の固体撮像素子は以上の説明か
ら明らかな如く、上層又は下層各電極の内、光入射窓に
隣接してチャンネル上に配置される箇所の膜厚を部分的
に他の電極箇所のそれより″− も小さくしたものであるので、上記光入射窓にとの膜厚
を小さくした箇所も含めて実施的な光入射窓を構成でき
、これに依って受光部の大面積化が図れ、受光感度の向
上が可能となる。さらには、この様に受光感度を同上せ
しめながら、膜厚小なる電極部分の面積を拡大してチャ
ンネル中を広げる事に依って、電荷の最大転送量を増大
でき、ダイナミックレンジの高い映像信号を得る事がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は従来の固体撮像索子の平面図及
び断面図、第２図（−）、（ｂ）は本発明−実施例の固
体撮像素子の平面図、及び断面図、第６図はクロックパ
ルスのタイミング図。 （１）・・・半導体基板、（２）・・・絶縁膜、１３１
　（３５・・・上層電極、１４）・・・下層電極、１５
＋１５５・・・受光部、（８）・・・チャンネル、癖卸
か・・中広部、（Ｍｌ）・・・上層電極母線、（Ｍ２）
・・・中広部パッド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）一導電型の半導体基板と該半導体基板上に形成され
   た絶縁膜と、該絶縁膜上に並行して配列された複数本の
   下層電極と該下層電極上に絶縁して設けられた該下層電
   極の配列方向と交差する方向に配列された複数本の上層
   電極とからなり上記両電極とで囲まれる隙間を光入射窓
   として受光部を構成し、該受光部に隣接して蛇行する電
   荷転送用のチャンネルを備えた固体撮像素子に於いて、
   上記上層又は下層各電極の内、上記光入射窓に隣接して
   チャンネル上に配置される箇所を部分的に他の電極箇所
   より膜厚を小さくした事を特徴とする固体撮像素子。