JPS62296463A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS62296463A JPS62296463A JP61140524A JP14052486A JPS62296463A JP S62296463 A JPS62296463 A JP S62296463A JP 61140524 A JP61140524 A JP 61140524A JP 14052486 A JP14052486 A JP 14052486A JP S62296463 A JPS62296463 A JP S62296463A
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- Japan
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- solid
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
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
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
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- Electromagnetism (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- 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】
１ 発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体基板上の複数の光電変換素子およびこれ
の各素子で発生した信号を読出す電荷転送素子からなる
固体撮像装置に関するものである。
の各素子で発生した信号を読出す電荷転送素子からなる
固体撮像装置に関するものである。
従来、この種の固体撮像装置としては、第２図に示す構
造のものがある。
造のものがある。
第２図は従来の固体撮像装置の一例の要部を示す模式的
平面図で、光電変換部２、電荷蓄積部５から成っている
。第３図（ａ）は第２図のＡ−Ａ’ 線の断面を模式
的に示す断面図、第３■（ｂ）〜（ｆ）は第３図（ＩＬ
）の各部分のポテンシャルを示す図、第４図は第２図の
動作を示すタイミングチャートである。
平面図で、光電変換部２、電荷蓄積部５から成っている
。第３図（ａ）は第２図のＡ−Ａ’ 線の断面を模式
的に示す断面図、第３■（ｂ）〜（ｆ）は第３図（ＩＬ
）の各部分のポテンシャルを示す図、第４図は第２図の
動作を示すタイミングチャートである。
Ｐ型半導体基板１上に形成さｎｆｃＮ型拡散層２から成
る光電変換素子部で発生した信号電荷Ｑｓは一定電圧Ｖ
８Ｔが加えられている蓄積ゲート３の下く形成されるポ
テンシャル井戸にｆｆｉさｎる。
る光電変換素子部で発生した信号電荷Ｑｓは一定電圧Ｖ
８Ｔが加えられている蓄積ゲート３の下く形成されるポ
テンシャル井戸にｆｆｉさｎる。
この蓄積さｎている状態が第４図の時刻ｔ、に対応して
第３図（ｂ） Ｋ示される。
第３図（ｂ） Ｋ示される。
次に時刻ｔ、にゲート信号φτＧがハイレベルとなり、
第３図（ｅ）のように転送ゲート４下のポテンシャルが
深くなり、蓄積ゲート４下に蓄積されていた信号電荷Ｑ
８は転送ゲートの下を通過し、ハイレベルが印加されて
いる電荷転送素子５の転送ゲートφ１下に流入する（第
３図（ｄ））。
第３図（ｅ）のように転送ゲート４下のポテンシャルが
深くなり、蓄積ゲート４下に蓄積されていた信号電荷Ｑ
８は転送ゲートの下を通過し、ハイレベルが印加されて
いる電荷転送素子５の転送ゲートφ１下に流入する（第
３図（ｄ））。
烙らに時刻ｔ４にはゲート信号φＴＯがロウレベルとな
り、第３図（ｅ）のように蓄積ゲート３からの電荷の流
入を停止する。その後φ１．φ、に第４図に示すタイミ
ングで２相クロツクを印加することにより、流入した信
号電荷が順次転送されて行く。
り、第３図（ｅ）のように蓄積ゲート３からの電荷の流
入を停止する。その後φ１．φ、に第４図に示すタイミ
ングで２相クロツクを印加することにより、流入した信
号電荷が順次転送されて行く。
上述したようにして光電変換素子で発生した信号電荷が
電荷転送部へ送られて行くが、従来技術では蓄積部より
電荷転送部への電荷転送時に次に述べる問題点が存在し
ていた。
電荷転送部へ送られて行くが、従来技術では蓄積部より
電荷転送部への電荷転送時に次に述べる問題点が存在し
ていた。
それは第３図において、転送ゲート下に微少信号電荷Δ
Ｑが蓄積され、それが時刻ｔ、よりｔ４に変化する時、
ＪＱの電荷が蓄積部に逆もどりすることである（第３図
（ｄ）〜（ｆ））。この微少電荷ΔＱの転送ゲート下で
の蓄積は、光電変換部で発生した信号電ＭＱｓをすべて
転送しないことを意味し、信号出力の不正確さとなって
表わ几る。この不正確さは特にＱｓが小さくなった場合
大であり、入射光量が少ない場合、見かけ上光電変換特
性の非線形性として表われ好ましくない。
Ｑが蓄積され、それが時刻ｔ、よりｔ４に変化する時、
ＪＱの電荷が蓄積部に逆もどりすることである（第３図
（ｄ）〜（ｆ））。この微少電荷ΔＱの転送ゲート下で
の蓄積は、光電変換部で発生した信号電ＭＱｓをすべて
転送しないことを意味し、信号出力の不正確さとなって
表わ几る。この不正確さは特にＱｓが小さくなった場合
大であり、入射光量が少ない場合、見かけ上光電変換特
性の非線形性として表われ好ましくない。
この好ましくない現象の原因となっている転送ゲート下
でのＪＱの電荷蓄積の原因について説明する。電荷転送
部５直前のチャネル幅Ｗ！は、電荷転送部（５）の転送
効率向上のため、なるべく狭くしたい。また、電荷蓄積
部３のチャネル幅Ｗｌけ必要がある。ところがチャネル
幅が一般に１０μｍ以下となると、チャネル幅の低下に
ともなってチャネル電位が浅くなる現象があるため、チ
ャネル幅を狭くすることによりポテンシャルのバリアー
が発生する。この現象は一般にナローチャネル効果とし
て公知の事実である。
でのＪＱの電荷蓄積の原因について説明する。電荷転送
部５直前のチャネル幅Ｗ！は、電荷転送部（５）の転送
効率向上のため、なるべく狭くしたい。また、電荷蓄積
部３のチャネル幅Ｗｌけ必要がある。ところがチャネル
幅が一般に１０μｍ以下となると、チャネル幅の低下に
ともなってチャネル電位が浅くなる現象があるため、チ
ャネル幅を狭くすることによりポテンシャルのバリアー
が発生する。この現象は一般にナローチャネル効果とし
て公知の事実である。
具体的には、第５図の特性図に示すように、例えばＷ１
＝１ｇμｍ、Ｗ、＝３μｍ とすれば、同一φＴＧ電圧
としても１．５ｖなどのポテンシャル差が存在している
。
＝１ｇμｍ、Ｗ、＝３μｍ とすれば、同一φＴＧ電圧
としても１．５ｖなどのポテンシャル差が存在している
。
このポテンシャル差を少しでも少なくするため、現在の
技術では第２図Ｂ −Ｂ’ 線の断面図である第６図（
ａ）に示すように、チャネルエツジをフィールド１２で
規定せず、Ｐ型インプラ７１８により規定している。と
ころが、第２７ｉＣ−Ｃ’ 悔のＶｆｒ ｍ図である。
技術では第２図Ｂ −Ｂ’ 線の断面図である第６図（
ａ）に示すように、チャネルエツジをフィールド１２で
規定せず、Ｐ型インプラ７１８により規定している。と
ころが、第２７ｉＣ−Ｃ’ 悔のＶｆｒ ｍ図である。
第７図（ａ）に示すように、チャネルエツジがフィール
ドにより規定しているためナローチャネル効果が表われ
、第７１Ｖ（ｂ）に示すようにポテンシャル９．は、第
６図（′ｂ）の９１に比べ浅いものになってしまう。
ドにより規定しているためナローチャネル効果が表われ
、第７１Ｖ（ｂ）に示すようにポテンシャル９．は、第
６図（′ｂ）の９１に比べ浅いものになってしまう。
本発明の固体撮像装置は、多数個の光電変換素子からな
る光感細部と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を
蓄積しこの光電変換素子に４接して設けられた電荷蓄積
部と、この電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を信号読み
出し用の電荷転送素子に転送する転送ゲート部とを備え
た固体撮像装置において、前記転送ゲート部内および前
記転送ゲート部と電荷転送素子との接絞部の電荷転送素
子内に前記転送ゲート部より前記接続部方向への電界を
形成する電界形成手段を具備することを特徴とする。
る光感細部と、前記光電変換素子で発生する信号電荷を
蓄積しこの光電変換素子に４接して設けられた電荷蓄積
部と、この電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を信号読み
出し用の電荷転送素子に転送する転送ゲート部とを備え
た固体撮像装置において、前記転送ゲート部内および前
記転送ゲート部と電荷転送素子との接絞部の電荷転送素
子内に前記転送ゲート部より前記接続部方向への電界を
形成する電界形成手段を具備することを特徴とする。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の要部を示す模式的平面図で
、第８図（ｊＬ）は第１−のＤ−Ｄ’線の断面を模式的
に示す断面図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）の各部のポ
テンシャルを示す区である。本実施例が第２図の従来例
と異なる点は、転送ゲート４の下の転送部のＰ型インプ
ラ層８，９により規定されるチャル幅Ｗが電荷蓄積部３
に隣接する’１！ Ｗｓ と電荷転送素子のゲート１２
に隣する幅Ｗ、とで異なり、電荷転送素子方向に向けて
チャネル幅が広がっていることと、ゲート１２内におい
ても転送ゲート４に隣接するチャネル幅Ｗ、と、電荷転
送素子群と接するチャネル幅Ｗ６とで異なり、これも電
荷転送素子方向に向けてチャネル幅が広がっていること
にある。
、第８図（ｊＬ）は第１−のＤ−Ｄ’線の断面を模式的
に示す断面図、第８図（ｂ）は第８図（ａ）の各部のポ
テンシャルを示す区である。本実施例が第２図の従来例
と異なる点は、転送ゲート４の下の転送部のＰ型インプ
ラ層８，９により規定されるチャル幅Ｗが電荷蓄積部３
に隣接する’１！ Ｗｓ と電荷転送素子のゲート１２
に隣する幅Ｗ、とで異なり、電荷転送素子方向に向けて
チャネル幅が広がっていることと、ゲート１２内におい
ても転送ゲート４に隣接するチャネル幅Ｗ、と、電荷転
送素子群と接するチャネル幅Ｗ６とで異なり、これも電
荷転送素子方向に向けてチャネル幅が広がっていること
にある。
このようなチャネル幅Ｗを異なることにすることＫより
、公知のナローチャネル効果により、同一ゲート電圧を
加えてもそのゲート下く形成されるチャネル電位を異な
るものとすることができる。
、公知のナローチャネル効果により、同一ゲート電圧を
加えてもそのゲート下く形成されるチャネル電位を異な
るものとすることができる。
例えば第５図の特性図に示すようにＷ、；３μ。
Ｗ４＝４μ、Ｗｓ ＝５μ、Ｗａ ＝６μとすることに
より、転送ゲート部内のチャネル内に１４．５Ｖ−１３
，０Ｖ＝１．５Ｖのポテンシャル差および、ゲート１２
内にオイテモ１５ｖ−１５，ＩＶ＝０．９Ｖ ノホｆ
７ シ、 ル差が存在する。
より、転送ゲート部内のチャネル内に１４．５Ｖ−１３
，０Ｖ＝１．５Ｖのポテンシャル差および、ゲート１２
内にオイテモ１５ｖ−１５，ＩＶ＝０．９Ｖ ノホｆ
７ シ、 ル差が存在する。
このポテンシャル差の存在によって、本実施例における
各部のチャネルポテンシャルは、第８図（ａ）のＤ−Ｄ
’ 線の断面図に対応して第８図（ｂ）のポテンシャル
図のように示きｎる。この図刀１られかるように電荷転
送部内及びゲート１２内において電荷転送素子群方向へ
電荷（この場合電子）を押しやる電界かつねに存在し、
電荷がたまる部分が存在し、電荷がたまる部分が存在し
ない。そのため問題となっている信号電荷量の非線形が
なくなり、出力信号電荷の線形性のすぐれた同体撮像装
置を提供できる。
各部のチャネルポテンシャルは、第８図（ａ）のＤ−Ｄ
’ 線の断面図に対応して第８図（ｂ）のポテンシャル
図のように示きｎる。この図刀１られかるように電荷転
送部内及びゲート１２内において電荷転送素子群方向へ
電荷（この場合電子）を押しやる電界かつねに存在し、
電荷がたまる部分が存在し、電荷がたまる部分が存在し
ない。そのため問題となっている信号電荷量の非線形が
なくなり、出力信号電荷の線形性のすぐれた同体撮像装
置を提供できる。
他の実施例を第９図に示す。第９図（ａ）は転送ゲート
１４近辺の要部を示す略図で、第９図（′ｂ）は、第９
図（ａ）のＥ−Ｅ’ 線の断面を示す略図で、第９図（
ｅ）は第９図（ａ）の各部のチャネルポテンシャルを示
すポテンシャル図である。
１４近辺の要部を示す略図で、第９図（′ｂ）は、第９
図（ａ）のＥ−Ｅ’ 線の断面を示す略図で、第９図（
ｅ）は第９図（ａ）の各部のチャネルポテンシャルを示
すポテンシャル図である。
この実施例ではチャネル電位をナローチャネル効果では
なく転送ゲート１４下及びゲート２２下に、それぞれ濃
度の異なるＰ型インプラ層１５゜１６．１７．１８を設
けている。インプラ角度を１５より１８にいたるまでに
少しずつ増加させ、同一ゲート電圧でもポテンシャル差
が生じるようにする。このようにインプラ濃度に差をつ
けることにより、第９図（Ｃ）のポテンシャル図に示す
ように電荷転送部内及びゲート２２内に電荷転送素子群
方向へ電荷を押しやる電界をつくることができる。
なく転送ゲート１４下及びゲート２２下に、それぞれ濃
度の異なるＰ型インプラ層１５゜１６．１７．１８を設
けている。インプラ角度を１５より１８にいたるまでに
少しずつ増加させ、同一ゲート電圧でもポテンシャル差
が生じるようにする。このようにインプラ濃度に差をつ
けることにより、第９図（Ｃ）のポテンシャル図に示す
ように電荷転送部内及びゲート２２内に電荷転送素子群
方向へ電荷を押しやる電界をつくることができる。
以上説明したように本発明は、電荷転送部内および電荷
転送部と電荷転送素子群との接続部は、電荷転送素子群
方向へ電荷を押しやる電界をつねに存在させることによ
抄、この部分での電荷の蓄積をなくし、出力信号電荷の
線形性のすぐｎた固体撮像装置が実現できる効果がある
。
転送部と電荷転送素子群との接続部は、電荷転送素子群
方向へ電荷を押しやる電界をつねに存在させることによ
抄、この部分での電荷の蓄積をなくし、出力信号電荷の
線形性のすぐｎた固体撮像装置が実現できる効果がある
。
また、実施例では半導体基板をＰ型とし、信号電荷を電
子として説明したが、４を型の極性を逆にし、信号電荷
を正孔として電位の正負を逆にすればＮ型半導体基板で
もよい。
子として説明したが、４を型の極性を逆にし、信号電荷
を正孔として電位の正負を逆にすればＮ型半導体基板で
もよい。
第１図は本発明の一大１屯列を模式的に示した平面図、
第２図は従来の固体撮像装置の一例の要部を示す模式的
平面図、第３図（ａ）は第２図のＡ−Ａ’線断面を模式
的に示す断釘図、第３図（ｂ）〜（ｆ）は第３図（ａ）
の各部のチャネルポテンシャル図、第４図は第３１の固
体撮像装置の動作を説明するだめのタイミングチャート
、第５図は第２図のナローチャネル効果を示すポテンシ
ャル図、第６Ｑ（ａ）は第２図のＢ−Ｂ’ 線断面を模
式的に示す断面図、第６図（′ｂ）は第６図（ａ）の各
部のチャネルポテンシャル図、第７図（Ｌ）は第２図の
ｃ−ｃ’ 線断面を模式的に示す断面図、第７図（ｂ）
は第７図（ａ）の各部のチャネルポテンシャル図、第８
図（ａ）は第１図のＤ−Ｄ’線断面図、第８図（ｂ）は
第８図（ＪＬ）の各部のポテンシャル図、第９図（ａ）
は本発明の他の実施例の要部を示す模式的な平面図、第
９図（ｂ）は第９図（ａ）のＥ −Ｅ′線断面図、第９
図（Ｃ）は第９図（ａ）の各部のポテンシャル図である
。 図において、１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２・・・
・・・Ｎ型拡散層、３，１３・・・・−・蓄積部ゲート
電極、４，１４・・・・・・転送ゲート、５・・・・・
・電荷転送素子群、６・・・・・・光シールド用金属膜
、７．８．９，１５．１６，１７．１８・・・・・・Ｐ
型インプラ層、１０・・・・・・Ｎ型ウェル層、１１゜
２１・・・・・・チャネルストッパー領域、１２．２２
・・・・・・ゲート。 ＝、４− 代理人 弁理士 内 原 ＠ ：、 、 、。 パ− ム 躬Ｊ 図 躬７図 ８３ 図 ８４区 筋５図 第ｑ区
第２図は従来の固体撮像装置の一例の要部を示す模式的
平面図、第３図（ａ）は第２図のＡ−Ａ’線断面を模式
的に示す断釘図、第３図（ｂ）〜（ｆ）は第３図（ａ）
の各部のチャネルポテンシャル図、第４図は第３１の固
体撮像装置の動作を説明するだめのタイミングチャート
、第５図は第２図のナローチャネル効果を示すポテンシ
ャル図、第６Ｑ（ａ）は第２図のＢ−Ｂ’ 線断面を模
式的に示す断面図、第６図（′ｂ）は第６図（ａ）の各
部のチャネルポテンシャル図、第７図（Ｌ）は第２図の
ｃ−ｃ’ 線断面を模式的に示す断面図、第７図（ｂ）
は第７図（ａ）の各部のチャネルポテンシャル図、第８
図（ａ）は第１図のＤ−Ｄ’線断面図、第８図（ｂ）は
第８図（ＪＬ）の各部のポテンシャル図、第９図（ａ）
は本発明の他の実施例の要部を示す模式的な平面図、第
９図（ｂ）は第９図（ａ）のＥ −Ｅ′線断面図、第９
図（Ｃ）は第９図（ａ）の各部のポテンシャル図である
。 図において、１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２・・・
・・・Ｎ型拡散層、３，１３・・・・−・蓄積部ゲート
電極、４，１４・・・・・・転送ゲート、５・・・・・
・電荷転送素子群、６・・・・・・光シールド用金属膜
、７．８．９，１５．１６，１７．１８・・・・・・Ｐ
型インプラ層、１０・・・・・・Ｎ型ウェル層、１１゜
２１・・・・・・チャネルストッパー領域、１２．２２
・・・・・・ゲート。 ＝、４− 代理人 弁理士 内 原 ＠ ：、 、 、。 パ− ム 躬Ｊ 図 躬７図 ８３ 図 ８４区 筋５図 第ｑ区
Claims (3)
- （１）多数個の光電変換素子からなる感知部と、前記光
電変換素子で発生する信号電荷を蓄積しこの光電変換素
子に隣接して設けられた電荷蓄積部と、この電荷蓄積部
に蓄積された信号電荷を信号続み出し用の電荷を信号読
み出し用の電荷転送素子に転送するゲート部とを備えた
固体撮像装置において、前記転送ゲート部内および前記
転送ゲート部と電荷転送素子との接続部の電荷転送素子
内に前記転送ゲート部より前記接続部方向への電界を形
成する電界形成手段を具備することを特徴とする固体撮
像装置。 - （２）前記電界形成手段が電荷転送部と電荷蓄積部との
接する幅を前記電荷転送部と電荷転送素子との接する幅
より短かくして形成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項に記載の固体撮像装置。 - （３）前記電界形成手段が電荷転送部内に濃度の異なる
インプラ層を２層以上設けかつ電荷転送部と電荷転送素
子の接続部の電荷転送素子内にも濃度の異なるインプラ
層を２層以上設けたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項に記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61140524A JPS62296463A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61140524A JPS62296463A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62296463A true JPS62296463A (ja) | 1987-12-23 |
Family
ID=15270671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61140524A Pending JPS62296463A (ja) | 1986-06-16 | 1986-06-16 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62296463A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4980735A (en) * | 1988-10-07 | 1990-12-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid state imaging element |
| US5196719A (en) * | 1990-05-14 | 1993-03-23 | Nec Corporation | Solid-state image pick-up device having electric field for accelerating electric charges from photoelectric converting region to shift register |
| FR2704978A1 (fr) * | 1993-05-07 | 1994-11-10 | Thomson Csf Semiconducteurs | Dispositif à transfert de charges à grille d'étraînement. |
| US5742081A (en) * | 1994-02-16 | 1998-04-21 | Nec Corporation | Charge transfer image pickup device |
| US6876019B2 (en) * | 2000-06-08 | 2005-04-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Charge transfer apparatus |
| US7145122B2 (en) | 2004-06-14 | 2006-12-05 | Omnivision Technologies, Inc. | Imaging sensor using asymmetric transfer transistor |
-
1986
- 1986-06-16 JP JP61140524A patent/JPS62296463A/ja active Pending
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