JPS6179380A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS6179380A JPS6179380A JP59200535A JP20053584A JPS6179380A JP S6179380 A JPS6179380 A JP S6179380A JP 59200535 A JP59200535 A JP 59200535A JP 20053584 A JP20053584 A JP 20053584A JP S6179380 A JPS6179380 A JP S6179380A
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Landscapes
- 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。
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素子に関
するものである。
するものである。
（従来例の構成とその問題点）
固体撮像素子は小型軽量、長寿命、低消費電力という従
来の撮像管には々い優れた特徴を有するため近年活発々
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。
来の撮像管には々い優れた特徴を有するため近年活発々
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。
撮像方式としては種々の方式が検討されているが、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であり、フォトダ
イオードの信号電荷を順次′読み出す電荷転送部は電荷
結合素子（ＣＣＤ ）よりなり、それらが交互に多数配
置されたインターライン転送型ＣＣＤ撮像素子が主流と
々りっつある。
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であり、フォトダ
イオードの信号電荷を順次′読み出す電荷転送部は電荷
結合素子（ＣＣＤ ）よりなり、それらが交互に多数配
置されたインターライン転送型ＣＣＤ撮像素子が主流と
々りっつある。
壕ず、図面を参照し々から上述したようなインターライ
ン転送型ＣＣＤ撮像素子（以下Ｉ Ｌ −ＣＣＤという
）を例にとって説明する。第１図はＩＬ−ＣＣＤの全体
構成を示したものである。１はフォトダイオードで素子
内に多数（通常約５００列×約５００行）配置されてい
る。２は垂直方向転送用ＣＣＤであシフオドダイオード
列に対応して配置されろ。
ン転送型ＣＣＤ撮像素子（以下Ｉ Ｌ −ＣＣＤという
）を例にとって説明する。第１図はＩＬ−ＣＣＤの全体
構成を示したものである。１はフォトダイオードで素子
内に多数（通常約５００列×約５００行）配置されてい
る。２は垂直方向転送用ＣＣＤであシフオドダイオード
列に対応して配置されろ。
また、３は水平方向転送用ＣＣＤであシ４は出力部であ
る。なお図中の矢印■■◎は信号電荷の動きを示したも
のである。以上のような構成をもっＩ Ｌ −ＣＣＤの
動作を簡単に説明する。捷ず、フォトダイオードｌで光
電変換され、一定期間蓄積された信号電荷は各フォトダ
イオード列に隣接する垂直方向転送用ＣＣＤ２に移され
（矢印■）、その後水平方向転送用ＣＣＤ ３に一行分
ずつ順次転送され（矢印■）、水平方向転送用ＣＣＤ
３により出力部４へ転送され（矢印◎）、時系列ビデオ
信号として読み出される。
る。なお図中の矢印■■◎は信号電荷の動きを示したも
のである。以上のような構成をもっＩ Ｌ −ＣＣＤの
動作を簡単に説明する。捷ず、フォトダイオードｌで光
電変換され、一定期間蓄積された信号電荷は各フォトダ
イオード列に隣接する垂直方向転送用ＣＣＤ２に移され
（矢印■）、その後水平方向転送用ＣＣＤ ３に一行分
ずつ順次転送され（矢印■）、水平方向転送用ＣＣＤ
３により出力部４へ転送され（矢印◎）、時系列ビデオ
信号として読み出される。
以下図面を参照しながら、」二連したようなＩＬ−ＣＣ
Ｄの従来の単位画素について説明を行なう。なお、単位
画素としては、１個のＰＮ接合ダイオードと、矢印■に
示したよう々信号電荷移動領域およびその電荷を受は取
る電荷転送部とする。
Ｄの従来の単位画素について説明を行なう。なお、単位
画素としては、１個のＰＮ接合ダイオードと、矢印■に
示したよう々信号電荷移動領域およびその電荷を受は取
る電荷転送部とする。
第２図は従来の単位画素の断面構造を模式的に示すもの
である。第２図において、５はＰ形シリコン基板、６は
単位画素を分離する二酸化シリコン膜、７はＰＮ接合フ
ォトダイオードを形成するＮ影領域、８は垂直転送用Ｃ
ＣＤの埋め込みチャンネル部となるＮ影領域、９は転送
用駆動パルスな印加するための多結晶シリコンよりなる
転送電極、ｌＯはＰＮ接合フォトダイオードに蓄積され
た信号電荷を垂直転送用ＣＣＤの転送チャンネル８へ移
す移送ケ゛−トであり、１１はケ゛−ト酸化膜である。
である。第２図において、５はＰ形シリコン基板、６は
単位画素を分離する二酸化シリコン膜、７はＰＮ接合フ
ォトダイオードを形成するＮ影領域、８は垂直転送用Ｃ
ＣＤの埋め込みチャンネル部となるＮ影領域、９は転送
用駆動パルスな印加するための多結晶シリコンよりなる
転送電極、ｌＯはＰＮ接合フォトダイオードに蓄積され
た信号電荷を垂直転送用ＣＣＤの転送チャンネル８へ移
す移送ケ゛−トであり、１１はケ゛−ト酸化膜である。
図中の丸印は光電変換により発生した電子であり、矢印
は電子の動きを示したものである。
は電子の動きを示したものである。
以上のように構成されたＩ Ｌ −ＣＣＤの単位画素に
ついて、以下その動作について説明する。捷ず、Ｐ形シ
リコン基板５とＮ影領域３からなろＰＮ接合フォトダイ
オードに光が照射されると、シリコン内での光電変換作
用により電子、正孔対が発生し、電子が信号電荷として
ＰＮ接合部に蓄積される。一方、正孔は基板へ拡散し吸
収される。電子がＰＮ接合部に拡散し、蓄積されろ様子
を第２図矢印■および■で示す。
ついて、以下その動作について説明する。捷ず、Ｐ形シ
リコン基板５とＮ影領域３からなろＰＮ接合フォトダイ
オードに光が照射されると、シリコン内での光電変換作
用により電子、正孔対が発生し、電子が信号電荷として
ＰＮ接合部に蓄積される。一方、正孔は基板へ拡散し吸
収される。電子がＰＮ接合部に拡散し、蓄積されろ様子
を第２図矢印■および■で示す。
しかしながら、上記のよう々従来構造では、スミア−の
発生、および感度向上のためのフォトダイオード面積の
拡大が困難という二つの大きな欠点を有していた。スミ
ア−は矢印◎で示したように基板奥深くで発生した電子
の一部が横方向へも拡散するため、移送ケ゛−ト１０が
ＯＦＦ状態でも垂直転送用ＣＣＤのチャンネル部である
Ｎ影領域８に直接電子が混入してしまう硯象である。こ
れは疑似信月ど１７で出力され画質を著しく低下させて
し捷う。このスミア−を減少させるには移送ケ゛−ト１
００ケ゛−１・長を長くすることが考えられるが、一定
の素子面積内に多数の画素を集積することが必要条件で
ある固体撮像素子ではフォトダイオード部面積の減少に
よる感度低下等の問題が生じろことになる。このため、
感度低下の表いスミア−の低減が強く望１れていた。
発生、および感度向上のためのフォトダイオード面積の
拡大が困難という二つの大きな欠点を有していた。スミ
ア−は矢印◎で示したように基板奥深くで発生した電子
の一部が横方向へも拡散するため、移送ケ゛−ト１０が
ＯＦＦ状態でも垂直転送用ＣＣＤのチャンネル部である
Ｎ影領域８に直接電子が混入してしまう硯象である。こ
れは疑似信月ど１７で出力され画質を著しく低下させて
し捷う。このスミア−を減少させるには移送ケ゛−ト１
００ケ゛−１・長を長くすることが考えられるが、一定
の素子面積内に多数の画素を集積することが必要条件で
ある固体撮像素子ではフォトダイオード部面積の減少に
よる感度低下等の問題が生じろことになる。このため、
感度低下の表いスミア−の低減が強く望１れていた。
（発明の目的）
本発明は上記欠点に鑑み、スミア−の発生が極めて小さ
く、かつ、高感度の固体撮像素子を提供するものである
。
く、かつ、高感度の固体撮像素子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素子は、光
電変換部から電荷転送部への信号電荷移動領域の少なく
とも一部が半導体基板の主表面に形成された四部よりな
る構造となっている。この構造により基板深部で発生し
た電荷の横方向拡散による電荷転送部への直接混入が抑
制され、同時に光電変換部の面積を増加させろことがで
き、スミア−低減とともに高感度化が実現する。
電変換部から電荷転送部への信号電荷移動領域の少なく
とも一部が半導体基板の主表面に形成された四部よりな
る構造となっている。この構造により基板深部で発生し
た電荷の横方向拡散による電荷転送部への直接混入が抑
制され、同時に光電変換部の面積を増加させろことがで
き、スミア−低減とともに高感度化が実現する。
（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３図は本発明の一実施例におけるＩ Ｌ −Ｃ
ＣＤの単位画素断面構造を模式的に示すものである。第
３図において５はＰ形シリコン基板、、６，１１は二酸
化シリコン、７，８はＮ影領域、９，１０は多結晶シリ
コンであり、移送ケ゛−トを形成する領域のＰ形シリコ
ン基板５０表面が凹状と彦っている点を除けば、第１図
の構成と全く同じものである。
する。第３図は本発明の一実施例におけるＩ Ｌ −Ｃ
ＣＤの単位画素断面構造を模式的に示すものである。第
３図において５はＰ形シリコン基板、、６，１１は二酸
化シリコン、７，８はＮ影領域、９，１０は多結晶シリ
コンであり、移送ケ゛−トを形成する領域のＰ形シリコ
ン基板５０表面が凹状と彦っている点を除けば、第１図
の構成と全く同じものである。
以上のように構成されたＩ Ｌ −ＣＣＤ撮像素子の単
位画素についてその動作を説明する。１ず、Ｐ形シリコ
ン基板５とその表面に形成したＮ影領域７とからなるＰ
Ｎ接合フォトダイオードに光が入射し、発生した電子が
一定期間蓄積され、多結晶シリコン１０より人ろ移送ケ
ゞ−トにより埋め込みチャンネル部となるＮ影領域８に
読み出てれる動作は従来例と同様である。
位画素についてその動作を説明する。１ず、Ｐ形シリコ
ン基板５とその表面に形成したＮ影領域７とからなるＰ
Ｎ接合フォトダイオードに光が入射し、発生した電子が
一定期間蓄積され、多結晶シリコン１０より人ろ移送ケ
ゞ−トにより埋め込みチャンネル部となるＮ影領域８に
読み出てれる動作は従来例と同様である。
しかしながら、ＰＮ接合フォトダイオードの空乏層端よ
り基板深部で発生し、横方向拡散によりＮ影領域８に向
って移動する電子は、Ｐ形シリコン基板５の表面に形成
された凹部の底部より深い位置を除いてその横方向拡散
は完全に抑制されろ。
り基板深部で発生し、横方向拡散によりＮ影領域８に向
って移動する電子は、Ｐ形シリコン基板５の表面に形成
された凹部の底部より深い位置を除いてその横方向拡散
は完全に抑制されろ。
（矢印◎）。本実施例では、Ｎ影領域７および８の接合
深さはそれぞれ０６μｍおよび０７μｍであり、Ｐ形シ
リコン基板５の凹部は幅１２μｍ深さ５．Ｏｌｔｍとし
た。スミア−は従来構造と比べて約１／８となり著しく
低減した。スミア−低減効果は第３図より明らかなよう
に、凹部は深くするほど顕著であるが、製造プロセス中
の熱処理工程におげろ熱歪等による結晶欠陥が発生しや
すくなるため３〜６μｍが適当である。さらに、多結晶
シリコンｌＯより々る移送ケ゛−トの実効的なケ８−ト
長は凹部深さの２倍以上となるため、いわゆる°′ショ
ートチャンネル効果″によるＮ影領域８およびＮ影領域
９のパンチスルーは発生しない。このため本実施例では
四部の幅を１２μｍとしたが、パンチスルーを防止する
ため必要であった２μｍ程度の移送ケ゛−１・幅をもつ
従来構造に比べて、フォトダイオード面積は約１０％増
加し、感度もそれに対応して向上した。
深さはそれぞれ０６μｍおよび０７μｍであり、Ｐ形シ
リコン基板５の凹部は幅１２μｍ深さ５．Ｏｌｔｍとし
た。スミア−は従来構造と比べて約１／８となり著しく
低減した。スミア−低減効果は第３図より明らかなよう
に、凹部は深くするほど顕著であるが、製造プロセス中
の熱処理工程におげろ熱歪等による結晶欠陥が発生しや
すくなるため３〜６μｍが適当である。さらに、多結晶
シリコンｌＯより々る移送ケ゛−トの実効的なケ８−ト
長は凹部深さの２倍以上となるため、いわゆる°′ショ
ートチャンネル効果″によるＮ影領域８およびＮ影領域
９のパンチスルーは発生しない。このため本実施例では
四部の幅を１２μｍとしたが、パンチスルーを防止する
ため必要であった２μｍ程度の移送ケ゛−１・幅をもつ
従来構造に比べて、フォトダイオード面積は約１０％増
加し、感度もそれに対応して向上した。
なお、Ｐ形シリコン基板５のエツチングは高周波放電を
利用した反応性イオンエツチング（ＲｅａｃＬｉｖｅＪ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ ）により容易に行うことができ
、他の製造プロセスは従来構造と全く同様である。
利用した反応性イオンエツチング（ＲｅａｃＬｉｖｅＪ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ ）により容易に行うことができ
、他の製造プロセスは従来構造と全く同様である。
以上のように、本実施例によればＰＮ接合フォトダイオ
ードと、垂直転送用ＣＣＤをつなぐ移送ケ゛−トを形成
する領域のシリコン基板表面に凹部を設けることにより
、スミア−発生が極めて小さく、かつ、フォトダイオー
ド受光面積の広い高感度なインターライン転送方式ＣＣ
Ｄ固体撮像素子を実現することができる。
ードと、垂直転送用ＣＣＤをつなぐ移送ケ゛−トを形成
する領域のシリコン基板表面に凹部を設けることにより
、スミア−発生が極めて小さく、かつ、フォトダイオー
ド受光面積の広い高感度なインターライン転送方式ＣＣ
Ｄ固体撮像素子を実現することができる。
なお、本実施例では、半導体基板としてＰ形シリコンと
したが、Ｎ形シリコン表面にＰウェルを形成し、その中
にフォトダイオード、ＣＯＤ転送部等が形成された構造
を有するもの、あるいは、化合物薄膜、アモルファスシ
リコン膜等を光電変換部とする構造を有するもの、さら
にＣＣＤでは々く他の信号電荷の読み出し方法を用いる
構成のものにおいても同様の効果が得られろ。捷だ四部
は必ずしも基板表面に垂直である必要はなく、いわゆる
Ｖ字形あるいはＵ字形でも同様の効果が得られろ。
したが、Ｎ形シリコン表面にＰウェルを形成し、その中
にフォトダイオード、ＣＯＤ転送部等が形成された構造
を有するもの、あるいは、化合物薄膜、アモルファスシ
リコン膜等を光電変換部とする構造を有するもの、さら
にＣＣＤでは々く他の信号電荷の読み出し方法を用いる
構成のものにおいても同様の効果が得られろ。捷だ四部
は必ずしも基板表面に垂直である必要はなく、いわゆる
Ｖ字形あるいはＵ字形でも同様の効果が得られろ。
（発明の効果）
以上のように本発明は、固体撮像素子の光電変換部と電
荷転送部との間の信号電荷移動領域のｐくとも一部を半
導体基板の主表面に形成された四部表面とすることによ
り、スミア−を大幅に低減するとともに、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。
荷転送部との間の信号電荷移動領域のｐくとも一部を半
導体基板の主表面に形成された四部表面とすることによ
り、スミア−を大幅に低減するとともに、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。
第１図はインターライン転送型ＣＣＤ撮像素子の全体構
成図、第２Ｎは従来の単位画素の断面模式図、第３図は
本発明の一実施例における単位画素の断面模式図である
。 １・・・フォトダイオード、２・・・垂直方向転送用ｃ
ｃＤ１３・・・水平方向転送用ＣＣＤ、５・・・Ｐ形シ
リコン基板、６．１］・・・二酸化シリコン、７，８・
・・Ｎ影領域、９．１０・・・多結晶シリコン。 特許出願人 松下電子工業株式会社 （ｌＯ） 第１区 第２図
成図、第２Ｎは従来の単位画素の断面模式図、第３図は
本発明の一実施例における単位画素の断面模式図である
。 １・・・フォトダイオード、２・・・垂直方向転送用ｃ
ｃＤ１３・・・水平方向転送用ＣＣＤ、５・・・Ｐ形シ
リコン基板、６．１］・・・二酸化シリコン、７，８・
・・Ｎ影領域、９．１０・・・多結晶シリコン。 特許出願人 松下電子工業株式会社 （ｌＯ） 第１区 第２図
Claims (2)
- （１）半導体基板の主表面に形成された光電変換部と、
電荷転送部との間の信号電荷移動領域の少なくとも一部
が前記半導体基板の主表面に形成された凹部表面よりな
ることを特徴とする固体撮像素子。 - （２）半導体基板の主表面上に形成された前記半導体基
板とは異なる導電型層内に、光電変換部および電荷転送
部が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200535A JPH0671071B2 (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200535A JPH0671071B2 (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6179380A true JPS6179380A (ja) | 1986-04-22 |
| JPH0671071B2 JPH0671071B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=16425918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59200535A Expired - Lifetime JPH0671071B2 (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671071B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388983A (ja) * | 1986-10-02 | 1988-04-20 | Nec Corp | 課金情報収集方式 |
| JPS63155759A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | イメ−ジセンサ |
| EP1381087A3 (en) * | 2002-07-10 | 2005-09-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state image pick-up device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5710985A (en) * | 1980-06-25 | 1982-01-20 | Hitachi Ltd | Solid image pickup element |
-
1984
- 1984-09-27 JP JP59200535A patent/JPH0671071B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5710985A (en) * | 1980-06-25 | 1982-01-20 | Hitachi Ltd | Solid image pickup element |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388983A (ja) * | 1986-10-02 | 1988-04-20 | Nec Corp | 課金情報収集方式 |
| JPS63155759A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | イメ−ジセンサ |
| EP1381087A3 (en) * | 2002-07-10 | 2005-09-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state image pick-up device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0671071B2 (ja) | 1994-09-07 |
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