JPS62265758A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPS62265758A
JPS62265758A JP61111310A JP11131086A JPS62265758A JP S62265758 A JPS62265758 A JP S62265758A JP 61111310 A JP61111310 A JP 61111310A JP 11131086 A JP11131086 A JP 11131086A JP S62265758 A JPS62265758 A JP S62265758A
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Masao Yamawaki
正雄 山脇
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1062Channel region of field-effect devices of charge coupled devices
    • HELECTRICITY
    • 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

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  • Ceramic Engineering (AREA)
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、固体撮像素子に関し、特に垂直方向の電荷
転送効率が改善された固体撮像素子に関する。
[従来の技術] 最近の固体撮像素子の高集積化は著しく、1画素の占め
る面積も微細化され、それに伴った高感度化が要求され
てきている。このような高、感度化の要求を満足するも
のとして、M、Kimataet  al、  による
l5SCC(インターナショナル ソリッドステート 
サーキット コンファレンス)の1985年のDIGE
ST  0FTECHNICAL  PAPERSの2
月号の第100頁に開示されているような電荷掃き寄せ
型の固体撮像素子が開発されている。この電荷掃き寄せ
型固体撮像素子は、1水平線に対応する光電変換素子か
ら読出された信号電荷が1水平開間内に垂直転送素子(
垂直CCD)を解して水平転送素子(水平CCD)の近
傍にまで掃き寄せられ、水平帰線期間中に水平CCDに
転送されて次の1水平期間に順次読出される方式である
。この方式によると垂直方向の電荷転送手段(垂直CC
D)のチャネル幅を非常に狭くしても多くの信号電荷を
転送することができ、それにより1画素における開口率
(光電変換素子の占めるifi積と1画素の面積との比
)を大きくすることができる。
第3図は電荷掃き寄せ方式(C3D : Cha rg
e  Sweep  Device)における光電変換
部の配置を示す図である。第3図において、1画素は、
入射光を信号電荷に変換するためのたとえばp−n接合
で形成される光電変換素子22と、光電変換素子22か
らの信号電荷を選択的に読出すためのトランスファゲー
ト26と、トランスファゲート26を介して与えられた
信号電荷を垂直方向に転送するための転送電極23.2
4が設けられる。トランスファゲート26の電極と垂直
方向へ信号電荷を転送するための転送電極23゜24は
共用されている。また、1列(水平方向)に接続される
光電変換素子22を選択するための1λ号の通路となる
走査線21は、コンタクト孔25を解して転送電極23
.24に接続される。このCSD方式の固体撮像素子の
動作は前述の先行技術文献または木股他によるテレビジ
ョン学会技術報告TEBSIOI−6ED841の第3
1頁に詳しく開示されている。簡単に説明すると、1本
の走査線21により選択された1列の光電変換素子22
からの信号’FM (Jはトランスファゲート26を介
して垂直転送チャネル3に読出され垂直方向に転送され
る。この垂直方向への信号電荷の転送は1水平期間の間
荷なわれ、水平帰線期間に水平CCDへ読出される。
この電荷掃き寄せ方式の最大の利点は、転送チャネル部
の幅を細くできることである。すなわち、1転送素子全
体を1つとして、この中に1つの光電変換素子からの信
号電荷のみが読出されるように構成されているのでチャ
ネル幅を狭くしても十分な転送電荷量を得ることができ
る。さらに詳しく言えば、垂直電荷転送素子(C8D)
におけるポテンシャル井戸はその長さが1垂直線分にな
るのでチャネル幅を非常に狭くしてもポテンシャル井戸
は十分大きな面積となり、十分な転送電荷量を得ること
ができる。
第4図は第3図に示される固体撮像素子の各部の断面構
造を示す図であり、第4図(a)は第3図のA−A 線
に沿った断面構造を示し、第4図(b)はB−B−線に
沿った断面lVI造を示す。第4図(a)において、第
1導電型(図においてはp型)の半導体基板1」−に電
荷転送通路となるn−型不純物拡散層33か形成される
。n−型拡散層33上には転送動作を1;1[御するた
めのゲート電極23が設けられている。また、隣接する
素子間を電気的に分離するために素子分離用の厚い酸化
膜31およびp++不純物拡散層32か形成される。
第4図(b)においては、第4図(a)と同様の構成を
しているか、光電変換素子22と転送チャネルとなるロ
ー拡散層33との間にはトランスファゲートか形成され
ているため、素子分離用のp+型型数散層形成されてい
ない。なお、第3図のようなゲート構造では、トランス
ファゲートと転送ゲートを同一電極で構成しているので
、トランスファゲートの誤動作を防止するためにトラン
スファゲートとなるべき領域34にp型の不純物をイオ
ン注入してトランスファゲートのvth(しきい値電圧
)を高くしている。また、ゲート電極23上には光電変
換素子22を選択するための走査線21がコンタクト孔
25を介して接続されている。
第5図は同一のゲート電圧に対するチャネル幅とそこに
形成されるチャネルポテンシャルとの関係を示す図であ
る。この第5図から明らかなように、チャネル幅が狭く
なればそこに形成されるチャネルポテンシャルも低くな
る(一般にこの現象を秋チャネル効果と呼んでいる)。
この原因は、チャネルカット用の不純物拡散層32から
の不、純物の横方向拡散により、埋込チャネル33にお
ける不純物濃度が補償されることによると考えられてい
る。これは特にチャネル幅が狭くなった場合顕著となる
。ところで、第4図(a)、  (b)に見られるよう
に、埋込チャネルとなる不純物拡散領域33は、トラン
スファゲート26に接続される部分てはチャネルカット
用の不純物拡散層32によって片側からのみ影響を受け
るのに対し、それ以外の部分では不純物拡散領域32に
よって両側から影響を受けることになる。したがって、
転送チャネル3のチャネル幅がトランスファゲート26
に接続される部分とそれ以外の部分とで狭チャネル効果
の効き方に差異を生じ、実質的に広狭を生じる。
[発明か解決しようとする問題点コ 第6図は第3図のc−c ”線に沿った断面構造および
そこに形成されるポテンシャルを模式的に示した図であ
る。第6図(a)および(b)に見られるように、トラ
ンスファゲート26に接続される部分、すなわち転送電
極23.24のそれぞれのほぼ中央付近においては、前
述のごとく、狭チャネル効果が他の部分より小さいので
、その部分においてポテンシャル井戸か深く形成される
この結果、この深いポテンシャル井戸に捕獲された電荷
は転送に寄与することができなくなり、転送効率が悪化
するという問題点が生じる。
それゆえに、この発明は、信号電荷転送方向に対し上述
のようなポテンシャル井戸の窪みをなくし、転送損失の
小さな固体撮像素子を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る固体撮像索子は、転送チャネルの一方の
側壁が、その全長にわたってトランスファゲートのしき
い値電圧制御用不純物領域に接するようにしたもである
[作用コ この発明における転送チャネルは、その一方の側壁がそ
の全長にわたってトランスファゲートのしきい値電圧制
御用不純物領域に接しているので、トランスファゲート
か接続されている部分とそうでない部分とで狭チャネル
効果の効き方が異なることがなくなり、電荷転送方向に
沿うポテンシャルの不均一が解消される。
[実施例コ 第1図はこの発明の一実施例である固体撮像素子の平面
配置を示す図である。なお、第3図と対応する部分には
同一の参照番号を付している。図において、この実施例
の特徴は、転送チャネル3の一方の側壁が垂直方向全路
にわたり、トランスファゲートVthlきい値電圧)制
御用不純物導入領域40と接していることである。
第2図(a)および(b)は第1図のD−D ’線およ
びE−E ”線で示す部分の断面構造を示した図である
。この第2図から明らかなように、転送チャネル3(転
送チャネル不純物導入領域33)は、トランスファゲー
ト26が接続された部分であるか否かにかかわらず、そ
の右側側壁は素子分離用の不純物拡散層32に接してお
り、またその左側側壁はトランスファゲートvth制御
用のp型不純物導入領域40に接している。そのため、
転送チャネル3が素子分離用の不純物拡散層32から受
ける影響(狭チャネル効果)は、トランスファゲート2
6を含む部分と含まない部分とて異なることがなくなり
、転送チャネル3の全長にわたってほぼ等しい影響を受
けることになる。したがって、第3図、第4図の従来パ
ターンで見られたトランスファゲート部を含む部位と含
まない部位とで転送チャネル幅の広狭が生じるという問
題かなくなり、第6図で示したポテンシャル井戸の窪み
をなくすことができる。これによって、ポテンシャル井
戸の窪みに捕えられ、読出すことができなかった信号性
Q、(第6図参照)がなくなり、転送効率を向」ニさせ
ることかできる。
なお、通常、トランスファゲート26のしきい値電圧V
thは2〜3Vてあり、また垂直方向の転送りロックは
O〜1v程度のクロフクを用いるために、転送時のトラ
ンスファゲート部あるいはチャネル領域33に接するト
ランスファゲートVth制御用不純物導入領域40の誤
動作を招くことはない。
なお、上記実施例では、素子分離のために厚い酸化膜と
この酸化膜下のp +bR域を使用したもの(LOGO
5分離)を用いた例について示したが、p +hA域の
みによる素子分離を用いたときにも、従来パターンでは
ポテンシャルの窪みが生じてしまい、上記実施例と同様
のレイアウトをとることによりその欠点を解消すること
ができる。
また、上記実施例では、1画素あたり1つの転送ゲート
を用いる構成をとっているか、1画素あたり複数の転送
ゲートを用いる構成を採用してもよい。
さらに、上記実施例では、トランスファゲートvth制
御用不純物導入領域40と転送チャネル不純物導入領域
33がちょうど接するレイアウトについて示したが、両
者を適当なマージンをもって接するようにしても、上記
と同様の効果を奏する。
さらに、上記実施例では、電荷掃き寄せ型のイメージセ
ンサについて説明したが、ILCCD型のイメージセン
サにおいても、画素の窩集積化が進むにつれて狭チャネ
ル効果によりトランスファゲート部でのポテンシャル井
戸の窪みか強調され問題となってくる。したがって、こ
のI LCCDにおいてもこの発明を適用することによ
り、上記と同様の効果を奏する。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、転送チャネルの一方
の側壁をトランスファゲートのしきい値電圧1制御用不
純物領域に接するように構成したので、トランスファゲ
ート部近傍におけるポテンシャル井戸の窪みをなくすこ
とができ、転送効率の高い固体撮像素子を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例である固体撮像素子の平面
配置を示す図である。 第2図は第1図の固体撮像素子の断面構造を示す図であ
り、第2図(a)は第1図のD−D−線に沿った断面構
造を示し、第2図(b)は第1図のE−E −線に沿っ
た断面構造を示す図である。 第3図は従来の固体撮像素子平面配置を示す図である。 第4図は第3図の固体撮像素子の断面構造を示す図であ
り、第4図(a)は第3図A−A−線に沿った断面構造
を示し、第4図(b)は第3図のB−B−線に沿った断
面構造を示している。 第5図は同一ゲート電圧に対するチャネル(埋込転送チ
ャネル)幅とそこに形成されるチャネルポテンシャルと
の関係を示す図である。 第6図は第3図のC−C−線に沿った断面構造およびそ
こに形成されるポテンシャルを模式的に示す図である。 図において、21は走査線、22は光電変換素子、23
.24は転送ゲート電極、26はトランスファゲート部
、3は転送チャネル、40はトランスファゲートvth
制御用不純物導入領域を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数個の光電変換素子と、前記複数個の光電変換
    素子の各々に対して設けられ対応する光電変換素子から
    の信号電荷を選択的に読出すためのトランスファゲート
    と、前記トランスファゲートからの信号電荷を受けて予
    め定められた方向へ転送する転送手段とを含む固体撮像
    素子であって、 前記転送手段は、与えられた信号電荷の転送通路となる
    転送チャネルと、前記トランスファゲートの各々に対応
    して設けられて前記転送チャネル内の信号電荷の転送を
    制御するゲート電極とからなる転送素子で構成されてお
    り、 前記転送チャネルは、電荷転送方向に沿って延びる一方
    端部がその全長にわたって前記トランスファゲートのし
    きい値電圧制御用不純物領域に接していることを特徴と
    する、固体撮像素子。
  2. (2)前記転送チャネルは、前記トランスファゲートの
    しきい値電圧制御用不純物領域と或る重なりを有して接
    している、特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。
JP61111310A 1986-05-13 1986-05-13 固体撮像素子 Expired - Lifetime JPH0763091B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61111310A JPH0763091B2 (ja) 1986-05-13 1986-05-13 固体撮像素子
DE19873711880 DE3711880A1 (de) 1986-05-13 1987-04-08 Festkoerperbildsensor

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JP61111310A JPH0763091B2 (ja) 1986-05-13 1986-05-13 固体撮像素子

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JPS62265758A true JPS62265758A (ja) 1987-11-18
JPH0763091B2 JPH0763091B2 (ja) 1995-07-05

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63164460A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Matsushita Electronics Corp 固体撮像装置

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KR930005226A (ko) * 1991-08-14 1993-03-23 문정환 Ccd 영상소자

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DE3711880A1 (de) 1987-11-19
DE3711880C2 (ja) 1989-10-12

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