JPS62269354A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS62269354A JPS62269354A JP61113305A JP11330586A JPS62269354A JP S62269354 A JPS62269354 A JP S62269354A JP 61113305 A JP61113305 A JP 61113305A JP 11330586 A JP11330586 A JP 11330586A JP S62269354 A JPS62269354 A JP S62269354A
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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
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
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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〕
この発明は、固体撮像素子に関し、特にその感度の向上
およびダイナミックレンジの向上に関するものである。
およびダイナミックレンジの向上に関するものである。
近年の固体撮像素子分野における技術の進歩には大きな
ものがあり、民生用テレビカメラの分野においては、Ｍ
Ｏ３Ｏ３形撮像素子に次いでＣＣＤＣ固形撮像素子を使
用した製品が販売されている。また、この分野において
は２／３インチフォーマットから１／２インチフォーマ
ットへの変更と高解像度化を目指した高集積化が進めら
れている。
ものがあり、民生用テレビカメラの分野においては、Ｍ
Ｏ３Ｏ３形撮像素子に次いでＣＣＤＣ固形撮像素子を使
用した製品が販売されている。また、この分野において
は２／３インチフォーマットから１／２インチフォーマ
ットへの変更と高解像度化を目指した高集積化が進めら
れている。
従来から良く知られているように、ＭＯ３形素子は高開
口率と広いダイナミックレンジに特徴があり、ＣＣＤＣ
素形は低雑音を特徴としている。
口率と広いダイナミックレンジに特徴があり、ＣＣＤＣ
素形は低雑音を特徴としている。
また、このＭＯＳ形とＣＣＤ形の双方の特徴を活かした
素子として、ＣＰＤ形、Ｃ３Ｄ形の固体撮像素子が提案
され、開発が進められている。これらの素子は先に述べ
た高開口率・広いダイナミックレンジ・低雑音を同時に
達成しようとするもので、今後の高集積化・小形化の方
向の中で注目を集めている。
素子として、ＣＰＤ形、Ｃ３Ｄ形の固体撮像素子が提案
され、開発が進められている。これらの素子は先に述べ
た高開口率・広いダイナミックレンジ・低雑音を同時に
達成しようとするもので、今後の高集積化・小形化の方
向の中で注目を集めている。
さて、これらの固体撮像素子は入射光を光量に応じた信
号電荷に変換して順次出力するものであるが、可視光領
域における光電変換部としては第３図に示すＰ−Ｎ接合
あるいは第４図に示すＭＯ８容量が広く使用されている
。この光電変換部の構造及び動作を第３図及び第４図に
ついて説明する。
号電荷に変換して順次出力するものであるが、可視光領
域における光電変換部としては第３図に示すＰ−Ｎ接合
あるいは第４図に示すＭＯ８容量が広く使用されている
。この光電変換部の構造及び動作を第３図及び第４図に
ついて説明する。
第３図はＰ−Ｎ接合を使用した光電変換部を示し、図に
おいて、ＩはＰ形半導体基板、２はＮ影領域である。第
３図（ａｌにおけるＸ−Ｙ方向の逆バイアス状態のエネ
ルギを第３図（ｂｌに示す。Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電
子帯である。Ｐ−Ｎ接合に入射した光でパンｌ゛ギャッ
プＢｅを趙えるエネルギを持つものは電子−正孔対を形
成する。空乏層内で形成された電子は電界によりＮ影領
域２へ、正孔は基板１側へ移動される。このうちＮ影領
域２へ移動した電子は信号電荷として蓄積され、この信
号電荷の蓄積量は１”Ｎ接合の容量によって決定される
。また、Ｎ影領域２で形成された電子−正孔対は電界に
よる移動がないため容易に再結合を行なうので、短波長
光（青色）の感度を高めるためには接合の深さを浅くす
る必要がある。さらに信号読み出しにおいては完全読み
出しが不可能なため残像が発生することがある。
おいて、ＩはＰ形半導体基板、２はＮ影領域である。第
３図（ａｌにおけるＸ−Ｙ方向の逆バイアス状態のエネ
ルギを第３図（ｂｌに示す。Ｅｃは伝導帯、Ｅｖは価電
子帯である。Ｐ−Ｎ接合に入射した光でパンｌ゛ギャッ
プＢｅを趙えるエネルギを持つものは電子−正孔対を形
成する。空乏層内で形成された電子は電界によりＮ影領
域２へ、正孔は基板１側へ移動される。このうちＮ影領
域２へ移動した電子は信号電荷として蓄積され、この信
号電荷の蓄積量は１”Ｎ接合の容量によって決定される
。また、Ｎ影領域２で形成された電子−正孔対は電界に
よる移動がないため容易に再結合を行なうので、短波長
光（青色）の感度を高めるためには接合の深さを浅くす
る必要がある。さらに信号読み出しにおいては完全読み
出しが不可能なため残像が発生することがある。
第４図はＭＯ３容量を使用した光電変換部を示す。同図
（ａ）において、３は絶縁膜、４は多結晶シリコンによ
る電極である。また同図（ｂｌは電極４に正電圧を印加
した場合のＸ−Ｙ方向のエネルギを示す。この容量に入
射した光は半導体基板１内で電子〜正孔対を生成する。
（ａ）において、３は絶縁膜、４は多結晶シリコンによ
る電極である。また同図（ｂｌは電極４に正電圧を印加
した場合のＸ−Ｙ方向のエネルギを示す。この容量に入
射した光は半導体基板１内で電子〜正孔対を生成する。
基板１内の空乏層における電界によって電子と正孔は分
離され、ＭＯ８容量に電子が信号電荷として蓄積される
。この場合の蓄積量はＭＯ３容量で決定される。また、
入射光が電極を通過して入射するために電極内での光の
吸収が発生し、特に青色感度の減少を伴う。
離され、ＭＯ８容量に電子が信号電荷として蓄積される
。この場合の蓄積量はＭＯ３容量で決定される。また、
入射光が電極を通過して入射するために電極内での光の
吸収が発生し、特に青色感度の減少を伴う。
このことを避けるために、絶縁膜３と電極膜４の厚みを
精密に制御する必要がある。あるいは、その他には電極
膜４の一部を除去して入射光が電極４を通らずに半導体
基板１へ入射するようにした構造も提案されている。し
かるにこの方法では、信号電荷の蓄積容量が減少すると
いう欠点があった。
精密に制御する必要がある。あるいは、その他には電極
膜４の一部を除去して入射光が電極４を通らずに半導体
基板１へ入射するようにした構造も提案されている。し
かるにこの方法では、信号電荷の蓄積容量が減少すると
いう欠点があった。
またＣ３Ｄ形の固体撮像素子などでは、電荷転送部の信
号１ｉ萄取汲可能盪が大きく、そのグイナミノクレンジ
は光電変換部の信号電荷蓄積容量で決定される。固体撮
像素子の小形化・高集積化によって各画素のサイズが小
さくなることを考えると、信号電荷蓄積容置は減少する
傾向にある。このためＰ−Ｎ接合の基板不純物濃度を高
くすることや、ＭＯ５容量の絶縁膜を薄くすることが検
討されているが、接合耐圧・絶縁膜耐圧などの問題を解
決する必要がある。
号１ｉ萄取汲可能盪が大きく、そのグイナミノクレンジ
は光電変換部の信号電荷蓄積容量で決定される。固体撮
像素子の小形化・高集積化によって各画素のサイズが小
さくなることを考えると、信号電荷蓄積容置は減少する
傾向にある。このためＰ−Ｎ接合の基板不純物濃度を高
くすることや、ＭＯ５容量の絶縁膜を薄くすることが検
討されているが、接合耐圧・絶縁膜耐圧などの問題を解
決する必要がある。
従来の固体撮像素子の光電変換部においては、先に示し
たようにＰ−Ｎ接合形にしてもＭＯＳ形にしても各々問
題点がある。特にＭＯＳ形における青色感度の低下は実
用トの大きな問題点である。
たようにＰ−Ｎ接合形にしてもＭＯＳ形にしても各々問
題点がある。特にＭＯＳ形における青色感度の低下は実
用トの大きな問題点である。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、青色感度の向」二を達成でき、しかもダイナ
ミックレンジの拡大が可能な固体撮像素子を得ることを
目的とする。
たもので、青色感度の向」二を達成でき、しかもダイナ
ミックレンジの拡大が可能な固体撮像素子を得ることを
目的とする。
Ｃ問題点を解決するだめの手段〕
この発明に係る固体撮像素子は、その光電変換部を形成
するに際し、半導体基板表面上に溝を形成し、この溝部
にＭＯＳキャパシタを製作して信号電荷の蓄積部とする
とともに、この溝の周囲を光の入射部として光電変換作
用を行なうようにしたものである。
するに際し、半導体基板表面上に溝を形成し、この溝部
にＭＯＳキャパシタを製作して信号電荷の蓄積部とする
とともに、この溝の周囲を光の入射部として光電変換作
用を行なうようにしたものである。
この発明においては、光電変換部を上記のように構成し
たため、ＭＯＳ形の蓄積部を持つ方式でありながら、電
極を通過させずに基板へ光を導入することによってＭＯ
Ｓキャパシタの電極が光入射部にないことによって青色
の感度が低下することがない。また、溝を深くすること
によって信号電荷の蓄積容量を大きくしたからＭＯＳキ
ャパシタの容量を増加させることが可能であり、信号電
荷蓄積容量を十分増加させることができる。さらにＭＯ
Ｓ形の光電変換部の特徴である完全読み出しを行なうこ
とができる。
たため、ＭＯＳ形の蓄積部を持つ方式でありながら、電
極を通過させずに基板へ光を導入することによってＭＯ
Ｓキャパシタの電極が光入射部にないことによって青色
の感度が低下することがない。また、溝を深くすること
によって信号電荷の蓄積容量を大きくしたからＭＯＳキ
ャパシタの容量を増加させることが可能であり、信号電
荷蓄積容量を十分増加させることができる。さらにＭＯ
Ｓ形の光電変換部の特徴である完全読み出しを行なうこ
とができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による固体撮像素子の光電変
換部を示し、図において、１はＰ形半導体基板、１０は
該Ｐ形半導体基板１に形成された溝、３は上記半導体基
板１および溝ｌＯの表面を覆って形成された酸化硅素膜
、４は該絶縁膜３を介して溝１０の中に埋め込み形成さ
れた多結晶シリコンからなるＭＯ３容量の電極である。
換部を示し、図において、１はＰ形半導体基板、１０は
該Ｐ形半導体基板１に形成された溝、３は上記半導体基
板１および溝ｌＯの表面を覆って形成された酸化硅素膜
、４は該絶縁膜３を介して溝１０の中に埋め込み形成さ
れた多結晶シリコンからなるＭＯ３容量の電極である。
次に動作について第４図（ｂｌを用いて説明する。
半導体基板ｌに入射したバンドギャップ以上のエネルギ
を持つ光は電子−正孔対を生成し、これが空乏層内の電
界によって分離されることによって信号電荷を溝１０の
部分に形成された基板１と絶縁膜３と電極４とからなる
ＭＯ３容量に蓄積する。
を持つ光は電子−正孔対を生成し、これが空乏層内の電
界によって分離されることによって信号電荷を溝１０の
部分に形成された基板１と絶縁膜３と電極４とからなる
ＭＯ３容量に蓄積する。
このとき、入射光はＭＯ３容量の電極４を透過せずに基
板１へ入射することが可能であるから、青色感度の低下
を起こすことがない。
板１へ入射することが可能であるから、青色感度の低下
を起こすことがない。
第２図は上記実施例の平面図を示し、図において、４１
はＭＯＳキャパシタの信号電荷蓄積部、５は電荷転送部
、６はトランスファゲート、７ば素子の分Ｒｗ４域、８
は光入射部である。
はＭＯＳキャパシタの信号電荷蓄積部、５は電荷転送部
、６はトランスファゲート、７ば素子の分Ｒｗ４域、８
は光入射部である。
次に動作について説明する。
光入射部８に入射した光は電子−正孔対を発生し、電界
によって電子と正札は分離されて、電子が信号電荷蓄積
部４１に蓄積される。信号電荷はトランスファゲート６
をオン状態にし、蓄積部４１の電極電位を“Ｌ”状態に
する（配線は図示せず）ことによって、電荷転送部５に
転送される。
によって電子と正札は分離されて、電子が信号電荷蓄積
部４１に蓄積される。信号電荷はトランスファゲート６
をオン状態にし、蓄積部４１の電極電位を“Ｌ”状態に
する（配線は図示せず）ことによって、電荷転送部５に
転送される。
信号電荷はトランスファゲート６をオフした後に、転送
部５を順次転送されて出力される。なお、上記実施例で
はＣＯＤを転送部としているが、本発明は電荷の読み出
し方式がＭＯＳ形の場合でも、あるいはＣ３Ｄ、ＣＰＤ
などの方式の場合でも同様に構成することが可能である
。
部５を順次転送されて出力される。なお、上記実施例で
はＣＯＤを転送部としているが、本発明は電荷の読み出
し方式がＭＯＳ形の場合でも、あるいはＣ３Ｄ、ＣＰＤ
などの方式の場合でも同様に構成することが可能である
。
次にこのような受光・蓄積部を持つ固体撮像素子の製造
については、通常ＭＯ３ＩＣの製造方法を基本としてこ
れを行なうことができる。つまり、半導体（シリコン）
基板１上に写真製版技術を使用してパターンを形成し、
塩素系ガスのプラズマ雰囲気中でエツチングを行なうこ
とによりシリコン基板１に溝１０を形成し、次にシリコ
ン基板表面を酸化して酸化硅素膜３を形成し、この上に
多結晶シリコン膜４を形成することによりＭＯ３容量が
つくられる。以下は通常のＭＯ３ＩＣプロセスと同様に
製作できる。
については、通常ＭＯ３ＩＣの製造方法を基本としてこ
れを行なうことができる。つまり、半導体（シリコン）
基板１上に写真製版技術を使用してパターンを形成し、
塩素系ガスのプラズマ雰囲気中でエツチングを行なうこ
とによりシリコン基板１に溝１０を形成し、次にシリコ
ン基板表面を酸化して酸化硅素膜３を形成し、この上に
多結晶シリコン膜４を形成することによりＭＯ３容量が
つくられる。以下は通常のＭＯ３ＩＣプロセスと同様に
製作できる。
以上のように、この発明に係る固体撮像素子によれば、
その光電変換部を、半導体基板の一部に溝部を設けてこ
こにＭＯ３容量からなる電荷蓄積部を形成し、その周囲
に入射光が直接半導体基板に入射する領域を有するよう
に形成したので、平面方向での面積をとらずに蓄積容量
を大きくすることが可能であり、高集積化に適している
。また、ＭＯ３容量の電極を通さずに基板に光を入射す
ることが可能なため、青色感度の低下を防ぐことが可能
であり、さらにＭＯＳ形の光電変換部の特徴である完全
読み出しを行なうことができる。
その光電変換部を、半導体基板の一部に溝部を設けてこ
こにＭＯ３容量からなる電荷蓄積部を形成し、その周囲
に入射光が直接半導体基板に入射する領域を有するよう
に形成したので、平面方向での面積をとらずに蓄積容量
を大きくすることが可能であり、高集積化に適している
。また、ＭＯ３容量の電極を通さずに基板に光を入射す
ることが可能なため、青色感度の低下を防ぐことが可能
であり、さらにＭＯＳ形の光電変換部の特徴である完全
読み出しを行なうことができる。
第１図は本発明の一実施例による固体撮像素子の光電変
換部の断面図、第２図は本発明の一実施例による固体撮
像素子の画素部の平面図、第３図は従来のＰ−Ｎ接合の
光電変換部を示し、第３図（ａ）はその断面図、第３図
（ｂｌはそのエネルギ分布を示す図、第４図は従来のＭ
ＯＳ形の光電変換部を示し、第４図ｉａ）はその断面図
、第４図（ｂｌはそのエネルギ分布を示す図である。 １・・・Ｐ形シリコン基板、２・・・Ｎ影領域、３・・
・酸化硅素膜、４・・・多結晶シリコン電極、５・・・
電荷転送部、６・・・トランスファゲート、７・・・分
離領域、８・・・光入射部、４１・・・信号電荷蓄積部
。
換部の断面図、第２図は本発明の一実施例による固体撮
像素子の画素部の平面図、第３図は従来のＰ−Ｎ接合の
光電変換部を示し、第３図（ａ）はその断面図、第３図
（ｂｌはそのエネルギ分布を示す図、第４図は従来のＭ
ＯＳ形の光電変換部を示し、第４図ｉａ）はその断面図
、第４図（ｂｌはそのエネルギ分布を示す図である。 １・・・Ｐ形シリコン基板、２・・・Ｎ影領域、３・・
・酸化硅素膜、４・・・多結晶シリコン電極、５・・・
電荷転送部、６・・・トランスファゲート、７・・・分
離領域、８・・・光入射部、４１・・・信号電荷蓄積部
。
Claims (1)
- （１）半導体基板上に光電変換部と信号電荷転送部を形
成してなる固体撮像素子において、 前記光電変換部が、 半導体基板上の一部に形成された凹部と該凹部の少なく
とも一部を覆って形成された絶縁膜と上記凹部内に上記
絶縁膜を介して形成された電極とからなる容量による信
号電荷蓄積部と、 該信号電荷蓄積部の周囲の少なくとも一部に設けられ入
射光が直接上記半導体基板に入射される領域とからなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61113305A JPS62269354A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61113305A JPS62269354A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62269354A true JPS62269354A (ja) | 1987-11-21 |
Family
ID=14608861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61113305A Pending JPS62269354A (ja) | 1986-05-16 | 1986-05-16 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62269354A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999048152A1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-09-23 | Photon Vision Systems, Llc | Photo receptor comprising a trench capacitor |
| DE10340906A1 (de) * | 2003-06-11 | 2004-12-30 | Daimlerchrysler Ag | Optisches Sensorelement und Sensoranordnung |
| WO2004109235A3 (de) * | 2003-06-11 | 2005-08-25 | Daimler Chrysler Ag | Optisches sensorelement und sensoranordnung |
| DE102011056369A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Pmdtechnologies Gmbh | Halbleiterbauelement mit trench gate |
-
1986
- 1986-05-16 JP JP61113305A patent/JPS62269354A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999048152A1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-09-23 | Photon Vision Systems, Llc | Photo receptor comprising a trench capacitor |
| US6194770B1 (en) | 1998-03-16 | 2001-02-27 | Photon Vision Systems Llc | Photo receptor with reduced noise |
| DE10340906A1 (de) * | 2003-06-11 | 2004-12-30 | Daimlerchrysler Ag | Optisches Sensorelement und Sensoranordnung |
| WO2004109235A3 (de) * | 2003-06-11 | 2005-08-25 | Daimler Chrysler Ag | Optisches sensorelement und sensoranordnung |
| DE102011056369A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Pmdtechnologies Gmbh | Halbleiterbauelement mit trench gate |
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