JPS6149464A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS6149464A JPS6149464A JP59171878A JP17187884A JPS6149464A JP S6149464 A JPS6149464 A JP S6149464A JP 59171878 A JP59171878 A JP 59171878A JP 17187884 A JP17187884 A JP 17187884A JP S6149464 A JPS6149464 A JP S6149464A
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Links
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
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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
- H01L27/14645—Colour imagers
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ることができる固体撮像
装置に関するものである。
装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
近年、固体撮像装置の性能向上は目ざましいものかあり
、と９わけ家庭用カラービデオカメラを中心として実用
段階に達しつつある。
、と９わけ家庭用カラービデオカメラを中心として実用
段階に達しつつある。
以下、図面を参照しながら、上述したような従来の固体
撮像装置について説明する。
撮像装置について説明する。
第１図（＆）は従来の固体撮像装置における３画素の模
式的断面図を示すもっである。それぞれの画素はカラー
化した時の青色光、緑色光および赤色光に感度をもつも
のに相当する。
式的断面図を示すもっである。それぞれの画素はカラー
化した時の青色光、緑色光および赤色光に感度をもつも
のに相当する。
第１図（ａ）において、１はＮ形シリコン基板、２はＰ
影領域、３は二酸化シリコン膜、４，１４゜２４はＰＮ
接合フォトダイオードを形成するＮ影領域、５，１５．
Ｌ２５は出力線につながるドレイン部を形成するに影領
域、６，１６．２６は信号読み出しのためのスイッチン
グゲートを形成する多結晶シリコンである。なおＰ影領
域２は１ｏ１５／Ｃフオーダの不純物濃度を有し、数μ
ｍの接合深さで素子内一様に形成されている。
影領域、３は二酸化シリコン膜、４，１４゜２４はＰＮ
接合フォトダイオードを形成するＮ影領域、５，１５．
Ｌ２５は出力線につながるドレイン部を形成するに影領
域、６，１６．２６は信号読み出しのためのスイッチン
グゲートを形成する多結晶シリコンである。なおＰ影領
域２は１ｏ１５／Ｃフオーダの不純物濃度を有し、数μ
ｍの接合深さで素子内一様に形成されている。
第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ −Ａ’線に沿っての
信号を読み出した直後の電子ポテンシャルを示したもの
である。なお、図中の丸印は入射光により発生した電荷
、また矢印は電荷の動きを示している。
信号を読み出した直後の電子ポテンシャルを示したもの
である。なお、図中の丸印は入射光により発生した電荷
、また矢印は電荷の動きを示している。
Ｎ形基板１に正のバイアス電圧Ｖｓｎｂ ’Ｃ印加した
状態のもとてＰＮ接合フォトダイオードを形成するＮ影
領域４を通って入射した光は光電変換され電荷を発生す
るが、その発生位置によ！ｌ１２方向に分離される。つ
まり第１図（ｂｌの電子ボテンシャルの最大値より表面
側で発生した電荷は矢印（イ）のように移動しフォトダ
イオードに蓄積され信号電荷となるが、それより深部で
発生した電荷は矢印（ロ）のように移動しＮ形基板１へ
吸収されてしまい信号電荷とはならない。矢印（イ）の
ように移動した電荷はＰＮ接合容量に一定期間蓄積され
た後、スイッチングゲート６．１６．２６によりドレイ
ン部５．１５．２５へと読み出され信号電流となる。
状態のもとてＰＮ接合フォトダイオードを形成するＮ影
領域４を通って入射した光は光電変換され電荷を発生す
るが、その発生位置によ！ｌ１２方向に分離される。つ
まり第１図（ｂｌの電子ボテンシャルの最大値より表面
側で発生した電荷は矢印（イ）のように移動しフォトダ
イオードに蓄積され信号電荷となるが、それより深部で
発生した電荷は矢印（ロ）のように移動しＮ形基板１へ
吸収されてしまい信号電荷とはならない。矢印（イ）の
ように移動した電荷はＰＮ接合容量に一定期間蓄積され
た後、スイッチングゲート６．１６．２６によりドレイ
ン部５．１５．２５へと読み出され信号電流となる。
ここでカラー素子として用いられる場合には各フォトダ
イオードはそれぞれ波長域の定まった光信号電流を検知
することとなる。
イオードはそれぞれ波長域の定まった光信号電流を検知
することとなる。
しかしながら、上記のような構成では、光電変換が行な
われる活性層の巾が各フォトダイオード４．１４および
２４に対して同一であるため各波長域の光に対して感度
特性にアンバランスをもたらすという欠点を有している
。これはシリコン内での光吸収係数が波長依存性をもっ
ており、長波長光においては基板深部で光電変換するた
め電荷〆 の一部が基板に吸収され信号電流に寄与しなくなるため
である。
われる活性層の巾が各フォトダイオード４．１４および
２４に対して同一であるため各波長域の光に対して感度
特性にアンバランスをもたらすという欠点を有している
。これはシリコン内での光吸収係数が波長依存性をもっ
ており、長波長光においては基板深部で光電変換するた
め電荷〆 の一部が基板に吸収され信号電流に寄与しなくなるため
である。
発明の目的
本発明は上記欠点に鑑み、カラー化した時の各フォトダ
イオードの感度低下および分光感度特性の劣化を抑制す
ることのできる固体撮像装置を提供するものである。
イオードの感度低下および分光感度特性の劣化を抑制す
ることのできる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、半
導体基板の主表面から基板深さ方向にＮＰＮの導電形を
有し、かつＰ影領域の厚さが異なるフォトダイオード列
を規則的に配列して構成されている。
導体基板の主表面から基板深さ方向にＮＰＮの導電形を
有し、かつＰ影領域の厚さが異なるフォトダイオード列
を規則的に配列して構成されている。
このような構造をもつ固体撮像装置では各色相に割り当
てられたフォトダイオードに入射する光成分のほとんど
が信号電荷となるため、素子全体としての感度低下およ
び分光感度特性の劣化に対して大幅な改善が可能となる
。
てられたフォトダイオードに入射する光成分のほとんど
が信号電荷となるため、素子全体としての感度低下およ
び分光感度特性の劣化に対して大幅な改善が可能となる
。
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。
説明する。
第２図（＆）は本発明の第１の実施例における固体撮像
装置の３画素模式的断面図を示すものである。
装置の３画素模式的断面図を示すものである。
Ｐ影領域２が各フォトダイオードのわシ当てられた分光
特性になるように厚さを調節していること以外は第１図
（＆）と同じ構成である。
特性になるように厚さを調節していること以外は第１図
（＆）と同じ構成である。
以上のように構成された固体撮像装置の画素列について
、以下その動作を説明する。第２図（ｂ）（Ｃ）は第２
図ｆｉ＆＋に示すＢ−Ｂ’およびＣ，−Ｃ’に沿って信
号を読み出した直後のポテンシャル分布を示したもので
ある。図中の丸印および矢印は第１図（ｂ）と同様電荷
の動きを示している。Ｎ影領域４，１４゜２４を通って
入射した光は電荷を発生するが、Ｐ影領域２，１２，２
２で発生した電荷のうち表面方向へ移動した電荷が信号
電荷となることは図１（ａ）の従来構造と同様である。
、以下その動作を説明する。第２図（ｂ）（Ｃ）は第２
図ｆｉ＆＋に示すＢ−Ｂ’およびＣ，−Ｃ’に沿って信
号を読み出した直後のポテンシャル分布を示したもので
ある。図中の丸印および矢印は第１図（ｂ）と同様電荷
の動きを示している。Ｎ影領域４，１４゜２４を通って
入射した光は電荷を発生するが、Ｐ影領域２，１２，２
２で発生した電荷のうち表面方向へ移動した電荷が信号
電荷となることは図１（ａ）の従来構造と同様である。
しかしながら本実施例においては赤色光（長波長光）用
フォトダイオード２４を形成するＰ影領域２２は６〜２
０μｍと極めて厚く形成されているため第２図（ｂ）に
示すようなポテンシャル分布となっている。このため光
励起された大部分の電荷は表面方向へ拡散し信号電荷と
なるため、Ｎ形基板１へ吸収される電荷は著しく減少す
る。緑色光用フォトダイオード１４ではＰ影領域１２の
巾は赤色光用Ｐ領域２２よりやや小さくし、吸収係数に
合せた値（３〜６μｍ）ｔとっている。すなわち、中間
波長域の光は十分検知されるが長波長光成分は基板に排
除される。
フォトダイオード２４を形成するＰ影領域２２は６〜２
０μｍと極めて厚く形成されているため第２図（ｂ）に
示すようなポテンシャル分布となっている。このため光
励起された大部分の電荷は表面方向へ拡散し信号電荷と
なるため、Ｎ形基板１へ吸収される電荷は著しく減少す
る。緑色光用フォトダイオード１４ではＰ影領域１２の
巾は赤色光用Ｐ領域２２よりやや小さくし、吸収係数に
合せた値（３〜６μｍ）ｔとっている。すなわち、中間
波長域の光は十分検知されるが長波長光成分は基板に排
除される。
またｃ−ｃ’で示す短波長用Ｐ影領域２のポテンシャル
分布を第２図（Ｃ）に示すが、これは従来構造の第１図
（ｂ）とほぼ同じもので、表面から浅い所にポテンシャ
ルビークを形成し中間波長以上の長波長光によって励起
される電荷ｉＮ形基板１へ吸収させる形状となっている
。
分布を第２図（Ｃ）に示すが、これは従来構造の第１図
（ｂ）とほぼ同じもので、表面から浅い所にポテンシャ
ルビークを形成し中間波長以上の長波長光によって励起
される電荷ｉＮ形基板１へ吸収させる形状となっている
。
以上のように、本実施例によればカラー化の際に必要な
各フォトダイオードの光電変換特性が最大限に発揮され
、素子全体として感度が高く、分光感度特性の優れたも
のとなる。
各フォトダイオードの光電変換特性が最大限に発揮され
、素子全体として感度が高く、分光感度特性の優れたも
のとなる。
なお、本実施例ではシリコン基板をＮ形としたが、Ｐ形
でもＰＮＰ構造とすることにより同様の効果が得られる
。またフォトダイオードをシリコン基板内に形成したＰ
Ｎ接合としたが、アモルファスシリコンあるいは、化合
物半導体による構造でも同様の効果が得られる。
でもＰＮＰ構造とすることにより同様の効果が得られる
。またフォトダイオードをシリコン基板内に形成したＰ
Ｎ接合としたが、アモルファスシリコンあるいは、化合
物半導体による構造でも同様の効果が得られる。
他方、深さ方向に厚さが変化したＰ影領域はイオン注入
法あるいはエピタキシャル法により容易に形成できる。
法あるいはエピタキシャル法により容易に形成できる。
発明の効果
以上のように本発明は、カラー化に必要な各フォトダイ
オードの分光感度特性２ｐ形領域層の巾の調整によりコ
ントロールすることができ、カラー素子用フィルター構
成が容易となる。極端な場合にはフィルターレスカラー
素子としての可能性も十分期待できる。
オードの分光感度特性２ｐ形領域層の巾の調整によりコ
ントロールすることができ、カラー素子用フィルター構
成が容易となる。極端な場合にはフィルターレスカラー
素子としての可能性も十分期待できる。
第１図（ａ）は従来の固体撮忰装置の３画素分の模式的
断面図、第１図（ｂ）は第１図（８Ｌ）のＡ−Ａ′ 断
面での深さ方向のポテンシャル分布を示す図、第２図（
ａ）は本発明の一実施例における画素列の模式的！
断面図、第２図（ｂ） 、 （Ｃ）はそれぞ
れ第２図（＆）のＢ−Ｂ′ 断面図、ｃ −ｃ’断面図
の深さ方向のポテンシャル分布図である。 １゛・・・・・Ｎ形半導体基板、２，１２．２２・・・
・・・Ｐ影領域、３・・・・・・二酸化シリコン膜、４
，１４．２４・・・・・・Ｎ影領域、５，１５，２５・
・・・・・Ｎ影領域、６゜１６．２６・・・・・多結晶
シリコン膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （ａ） （ハ′ くｂ） 八 表「ロカ１５つＺ「さ Ａ′第
２図 （ａ、） （ｂ）（す
断面図、第１図（ｂ）は第１図（８Ｌ）のＡ−Ａ′ 断
面での深さ方向のポテンシャル分布を示す図、第２図（
ａ）は本発明の一実施例における画素列の模式的！
断面図、第２図（ｂ） 、 （Ｃ）はそれぞ
れ第２図（＆）のＢ−Ｂ′ 断面図、ｃ −ｃ’断面図
の深さ方向のポテンシャル分布図である。 １゛・・・・・Ｎ形半導体基板、２，１２．２２・・・
・・・Ｐ影領域、３・・・・・・二酸化シリコン膜、４
，１４．２４・・・・・・Ｎ影領域、５，１５，２５・
・・・・・Ｎ影領域、６゜１６．２６・・・・・多結晶
シリコン膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （ａ） （ハ′ くｂ） 八 表「ロカ１５つＺ「さ Ａ′第
２図 （ａ、） （ｂ）（す
Claims (1)
- 半導体基板の主表面から基板深さ方向に導電型が交互に
変化した三層構造からなり、前記三層構造の中央の層の
厚さが一様でないフォトダイオード列が規則的に配列さ
れた固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171878A JPS6149464A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59171878A JPS6149464A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6149464A true JPS6149464A (ja) | 1986-03-11 |
Family
ID=15931466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59171878A Pending JPS6149464A (ja) | 1984-08-17 | 1984-08-17 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6149464A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189131A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Nikon Corp | 固体撮像素子 |
| WO2008010292A1 (fr) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp. | Dispositif de conversion photoélectrique et dispositif d'imagerie |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158121A (en) * | 1978-06-02 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Solid state image pickup device |
-
1984
- 1984-08-17 JP JP59171878A patent/JPS6149464A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158121A (en) * | 1978-06-02 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Solid state image pickup device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189131A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Nikon Corp | 固体撮像素子 |
| WO2008010292A1 (fr) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Renesas Technology Corp. | Dispositif de conversion photoélectrique et dispositif d'imagerie |
| US8089109B2 (en) | 2006-07-21 | 2012-01-03 | Renesas Electronics Corporation | Photoelectric conversion device and imaging device |
| JP5196488B2 (ja) * | 2006-07-21 | 2013-05-15 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 光電変換装置及び撮像装置 |
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