JPS6242426B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6242426B2
JPS6242426B2 JP53066567A JP6656778A JPS6242426B2 JP S6242426 B2 JPS6242426 B2 JP S6242426B2 JP 53066567 A JP53066567 A JP 53066567A JP 6656778 A JP6656778 A JP 6656778A JP S6242426 B2 JPS6242426 B2 JP S6242426B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type diffusion
photodiode
diffusion layer
layer
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53066567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS54158121A (en
Inventor
Hidekazu Ogura
Masanori Kaneko
Shinya Ooba
Norio Koike
Tadao Yoneda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP6656778A priority Critical patent/JPS54158121A/en
Publication of JPS54158121A publication Critical patent/JPS54158121A/en
Publication of JPS6242426B2 publication Critical patent/JPS6242426B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の利用分野 本発明は、テレビカメラなどに用いる固体撮像
装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Field of Application of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device used in a television camera or the like.

(2) 従来技術の概要とその問題点を第1図、第2
図および第3図を用いて説明する。
(2) An overview of the conventional technology and its problems are shown in Figures 1 and 2.
This will be explained using the diagram and FIG.

第1図は典型的な二次元固体撮像装置の構成例
を示す。光ダイオード1とMOS型トランジスタ
2を単位とした画素のアレイをたとえばMOS型
シフトレジスタからなる水平走査回路9および垂
直走査回路10によりそれぞれMOS型トランジ
スタ3および2を順次導電させることにより順次
走査し、光ダイオード1に蓄積された光により発
生した電荷を信号線6および信号線7を通じて出
力端8より引き出し、画素の受けた画像信号を電
気信号として取り出すものである。信号線7およ
び出力端8は目的に応じ複数になつていることも
ある。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a typical two-dimensional solid-state imaging device. A pixel array including a photodiode 1 and a MOS transistor 2 is sequentially scanned by a horizontal scanning circuit 9 and a vertical scanning circuit 10 each comprising a MOS shift register, for example, by sequentially conducting the MOS transistors 3 and 2, respectively. The electric charge generated by the light accumulated in the photodiode 1 is extracted from the output terminal 8 through the signal line 6 and the signal line 7, and the image signal received by the pixel is extracted as an electric signal. There may be a plurality of signal lines 7 and output terminals 8 depending on the purpose.

第2図は代表的な画素の断面構造を示す。以下
説明の便宜上、電子を信号電荷とするNチヤネル
型撮像装置について述べるが、Pチヤネル型の装
置においても以下の説明は導電型ならびに極性を
逆にするのみで全く適用できる。
FIG. 2 shows the cross-sectional structure of a typical pixel. For convenience of explanation, an N-channel type imaging device using electrons as signal charges will be described below, but the following explanation can also be applied to a P-channel type device by simply reversing the conductivity type and polarity.

P型Si単結晶からなるSi基板11とn型拡散層
12で光ダイオードを形成し、同時にn型拡散層
12はソースとして、たとえば多結晶Siからなる
ゲート電極13と、該ゲート電極13下で薄くな
つているSiO2膜16とドレインとしてのn型拡
散層14と共にMOS型電界効果トランジスタを
形成する。n型拡散層14には通常その電気抵抗
を低下させるために、Alなどの金属からなる電
極17を設け、第1図における信号線6として用
いる。またSiO216膜は通常画素の外側では不
要な寄生容量が発生すること抑えるために厚くす
る。
A photodiode is formed by a Si substrate 11 made of a P-type Si single crystal and an n-type diffusion layer 12, and at the same time, the n-type diffusion layer 12 serves as a source with a gate electrode 13 made of polycrystalline Si, for example, and a gate electrode 13 under the gate electrode 13. A MOS field effect transistor is formed together with the thinned SiO 2 film 16 and the n-type diffusion layer 14 as a drain. In order to lower the electrical resistance of the n-type diffusion layer 14, an electrode 17 made of a metal such as Al is usually provided and used as the signal line 6 in FIG. Further, the SiO 2 16 film is usually made thick to suppress the generation of unnecessary parasitic capacitance outside the pixel.

光15が入射すると、n型拡散層12およびSi
基板11中で電子−正孔の対を発生し、この内電
子が信号電荷としてn型拡散層12に流入し、n
型拡散層12とSi基板11の間のpn接合容量1
8により蓄積される。正の走査パルスがゲート電
極13に印加されると正電位となつているn型拡
散層14(ドレイン)に引かれ、上記電子はn型
拡散層14に引き出され、第1図により説明した
如く出力端8に導かれる。
When the light 15 is incident, the n-type diffusion layer 12 and Si
Electron-hole pairs are generated in the substrate 11, and the electrons flow into the n-type diffusion layer 12 as signal charges, forming n-hole pairs.
pn junction capacitance 1 between type diffusion layer 12 and Si substrate 11
Accumulated by 8. When a positive scanning pulse is applied to the gate electrode 13, the electrons are attracted to the n-type diffusion layer 14 (drain) which is at a positive potential, and the electrons are extracted to the n-type diffusion layer 14, as explained with reference to FIG. It is led to the output end 8.

n型拡散層12の電位はこの結果正の電位とな
り、次の正の走査パルスが印加されるまで光15
により発生する電子を蓄積し続け電位が低下す
る。
As a result, the potential of the n-type diffusion layer 12 becomes a positive potential, and the light 15 is turned off until the next positive scanning pulse is applied.
The electrons generated by this process continue to accumulate, and the potential decreases.

このような従来の固体撮像装置、特にその心臓
部である光ダイオードは構造上、次の4つの欠点
があり、固体撮像装置に対する切望されているに
もかかわらず、実用化がはばまれている。
These conventional solid-state imaging devices, especially the photodiodes that form their core, have the following four structural disadvantages, which prevent them from being put into practical use, despite the strong demand for solid-state imaging devices. .

その1は、解像力を改善するためには画素を小
さくする必要があり、必然的にn型拡散層12の
面積が小さくなり、その結果接合容量18が小さ
くなり、蓄えることのできる電子の量、すなわち
信号電荷が少なくなることである。特に信号電荷
をとり出すn型拡散層14の面積は画素の大きさ
にかかわらず、可能な限り小さくなつており、そ
のしわ寄せでさらにn型拡散層12の縮小は著し
く、さらに第1図における信号線6に接続される
n型拡散層14の数は画素数の増加と共に増し、
各n型拡散層14が接合容量19を有し、信号線
6および信号線7の有する寄生容量と加わつた大
きな容量により、出力端8に現われる電気信号は
著しく小さくなり、電気雑音に埋まり検出が不可
能となつてしまう。このため、現状の技術ではテ
レビジヨンの画像程度の解像力は得ることはでき
ない。
First, in order to improve resolution, it is necessary to make the pixels smaller, which inevitably reduces the area of the n-type diffusion layer 12, resulting in a smaller junction capacitance 18, which reduces the amount of electrons that can be stored. In other words, the signal charge is reduced. In particular, the area of the n-type diffusion layer 14 from which signal charges are taken out is made as small as possible regardless of the size of the pixel, and due to this wrinkle, the n-type diffusion layer 12 is further reduced significantly, and the signal charge in FIG. The number of n-type diffusion layers 14 connected to the line 6 increases as the number of pixels increases,
Each n-type diffusion layer 14 has a junction capacitance 19, and due to the large capacitance added to the parasitic capacitance of the signal line 6 and the signal line 7, the electrical signal appearing at the output terminal 8 becomes extremely small and is buried in electrical noise, making detection difficult. It becomes impossible. Therefore, with the current technology, it is not possible to obtain a resolution comparable to that of television images.

接合容量18を7桁程度改善すればこの問題は
解決できる。接合容量18はSi基板11の不純物
濃度を高くすれば大きくなる。しかし同時に接合
容量19も大きくなり、この方法では解決できな
い。
This problem can be solved by improving the junction capacitance 18 by about seven orders of magnitude. Junction capacitance 18 increases as the impurity concentration of Si substrate 11 increases. However, at the same time, the junction capacitance 19 also increases, which cannot be solved by this method.

次の問題は分光特性に関する。Siによる光の吸
収は波長によつて異なる。三原色の赤(波長0.65
μm)緑(同0.55μm)、青(同0.45μm)の吸
収特性をそれぞれR、G、Bとして第3図に示
す。青い光BはSiの表面近傍で電子−正孔対を作
り、赤い光RはSiの奥深くまで侵入して電子−正
孔対を作る。Siの表面では再結合を起こし、電子
−正孔対が消滅する確率が高く、その分不感とな
り、この結果、Siを用いた光ダイオードは赤い光
(長波長光)に対する感度が高い。さらに、電子
−正孔対の数は、同じ光エネルギー当りでは波長
に反比例し、この結果長波長光はさらに有利とな
り、光ダイオードの分光特性は長波長側で感度の
高い歪んだものとなる。したがつて従来の撮像素
子より得られる電気信号を再生画像化した場合、
原画の青い部分が黒ずみ、赤い部分が白つぽくな
り不自然なものとなる。
The next problem concerns spectral properties. The absorption of light by Si differs depending on the wavelength. Three primary colors red (wavelength 0.65
Figure 3 shows the absorption characteristics of green (0.55 μm) and blue (0.45 μm) as R, G, and B, respectively. The blue light B creates electron-hole pairs near the surface of Si, and the red light R penetrates deep into the Si and creates electron-hole pairs. On the surface of Si, there is a high probability that recombination occurs and electron-hole pairs disappear, which makes them insensitive.As a result, photodiodes using Si have high sensitivity to red light (long wavelength light). Furthermore, the number of electron-hole pairs is inversely proportional to the wavelength for the same light energy, and as a result, longer wavelength light becomes more advantageous, and the spectral characteristics of the photodiode become distorted with higher sensitivity on the long wavelength side. Therefore, when electrical signals obtained from a conventional image sensor are reproduced into an image,
The blue parts of the original picture become darkened, and the red parts become whitish, creating an unnatural appearance.

第3の問題は、強い入射光が当つた場合に関す
る。第2図において、光15が強い場合には接合
容量18が飽和するのは当然として、第3図で示
したように、Si基板11の深い部分でも多くの電
子−正孔対を発生し、この内少数キヤリアである
電子が必ずしもn型拡散層には向かわず構方向に
も拡散し、隣接するn型拡散層に注入する。この
結果光信号が多くの画素間に広がり、再生画像で
は大きな白い輝部となつて画面を潰してしまう
(ブルーミング現象と呼ばれている)。従来の装置
においてはこの現象が顕著に現われる。
The third problem relates to the case of strong incident light. In FIG. 2, when the light 15 is strong, the junction capacitance 18 is naturally saturated, and as shown in FIG. 3, many electron-hole pairs are generated even in the deep part of the Si substrate 11. Among these electrons, which are minority carriers, do not necessarily go toward the n-type diffusion layer, but also diffuse in the structural direction and are injected into the adjacent n-type diffusion layer. As a result, the optical signal spreads between many pixels, and in the reproduced image, it becomes a large white bright area that collapses the screen (this is called a blooming phenomenon). This phenomenon is noticeable in conventional devices.

第4の問題はカラー撮像に関係する。従来の装
置においては光ダイオードの分光特性を変化させ
ることはできない。そこで3枚の固体撮像装置の
それぞれに3原色のフイルターを重ねているが、
各色の画像の位置合わせが著しく困難であり、か
つ各撮像装置に画像を分配する光学系は高価でか
つ大きなものとなり、固体撮像装置にするカメラ
の小型化という大きな利点が損われている。
A fourth problem relates to color imaging. In conventional devices, it is not possible to change the spectral characteristics of the photodiode. Therefore, three primary color filters are layered on each of the three solid-state imaging devices.
It is extremely difficult to align the images of each color, and the optical system that distributes the images to each imaging device is expensive and large, which detracts from the great advantage of miniaturizing the camera as a solid-state imaging device.

当然1枚の撮像装置でカラー信号が得られるこ
とが望ましく、このためn型拡散層12の上に色
フイルターを載せることが考えられるが、高精度
の加工ができる半導体素子に用いられている材料
と異なり、現状では色フイルターの作製自体が困
難なこともあつて、高精度でn型拡散層12の上
に色フイルターを形成することは困難である。
Naturally, it is desirable to be able to obtain a color signal with a single imaging device, and for this reason it is conceivable to place a color filter on the n-type diffusion layer 12, but materials used in semiconductor devices that can be processed with high precision are However, at present, it is difficult to form color filters on the n-type diffusion layer 12 with high precision, partly because the production of color filters itself is difficult.

またカラー信号を得るためには各色用の画素が
必要となるため、必然的に画素数が増加する。こ
の結果、第1の問題と同じ理由で従来の固体撮像
装置によりカラー信号を得ることを困難にしてい
る。
Furthermore, since pixels for each color are required to obtain color signals, the number of pixels inevitably increases. As a result, for the same reason as the first problem, it is difficult to obtain color signals using conventional solid-state imaging devices.

(3) 発明の目的 本発明の目的は、固体撮像装置の画素の信号電
荷容量を飛躍的に大きくし、分光特性を是正し、
他の画素に入射した光信号の分散(ブルーミン
グ)を抑え、高解像力の固体撮像装置の実現を可
能とし、さらに1枚の撮像装置でカラー信号を得
る単板カラー撮像装置を実現する手段を提供する
ものである。以下本発明を実施例により説明す
る。
(3) Purpose of the invention The purpose of the present invention is to dramatically increase the signal charge capacity of the pixels of a solid-state imaging device, correct the spectral characteristics,
It suppresses dispersion (blooming) of optical signals incident on other pixels, makes it possible to realize a high-resolution solid-state imaging device, and also provides means for realizing a single-chip color imaging device that obtains color signals with a single imaging device. It is something to do. The present invention will be explained below with reference to Examples.

なお、本発明の意図するところは画素の改善の
みにあり、以下の説明においては画素のみについ
て行なう。
Note that the present invention is intended only to improve pixels, and the following description will be made only with respect to pixels.

(4) 実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
(4) Examples Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to examples.

第4図は本発明の1実施例を示す。第2図によ
り示した従来の画素と比較してn型拡散層22の
下にP型不純物濃度の高いP+埋込層25を設け
た点が異なる。P+埋込層25はゲート電極23
の下を除き、n拡散層22の側面にあつても同様
な効果を得る。以下の実施例においても同様であ
る。
FIG. 4 shows one embodiment of the invention. This pixel differs from the conventional pixel shown in FIG. 2 in that a P + buried layer 25 with a high concentration of P type impurities is provided below the n type diffusion layer 22. The P + buried layer 25 is the gate electrode 23
Similar effects can be obtained on the side surfaces of the n-diffused layer 22, except for the area below. The same applies to the following examples.

第4図におけるA−A′に沿つた原子に対する
ポテンシヤル図を第5図に曲線36で示す。図中
32はn型拡散層22,35はP+埋込層25,
31はSi基板21,33はn型拡散層22とP+
埋込層25の間に形成される空乏層に相当する。
P+埋込層25の領域35はSi基板21の領域3
1よりポテンシヤルが高く、その最高点34より内
部で発生した電子は矢印37で示すごとくSi基板
21の内部に追いやられ、n型拡散層22に蓄え
られる電子は表面より最高点34の間で発生した
電子に限られる。
A potential diagram for atoms along line A-A' in FIG. 4 is shown by curve 36 in FIG. In the figure, 32 is an n-type diffusion layer 22, 35 is a P + buried layer 25,
31 is the Si substrate 21, 33 is the n-type diffusion layer 22 and P +
This corresponds to a depletion layer formed between the buried layers 25.
Region 35 of P + buried layer 25 is region 3 of Si substrate 21
1, the electrons generated inside the Si substrate 21 are driven into the Si substrate 21 as shown by the arrow 37, and the electrons stored in the n-type diffusion layer 22 are generated between the surface and the highest point 34. limited to electrons that have been

この結果、まず他の画素に入射した強い光によ
り発生した電子の流入(ブルーミング)の問題は
解決される。
As a result, the problem of electron inflow (blooming) caused by strong light incident on other pixels is solved.

第3図を見れば、最高点34の位置が光ダイオー
ドの分光特性を決定することがわかる。数量化す
れば、最高点34の表面からの深さをxとすると、
入射光により発生する電子の数Nは光強度Iに対
し N=I・η・(1−e-x) (1) で与えられる。ηは各波長の光で電子−正孔対で
発生する確率で、波長に比例する。αは光の吸収
係数である。赤色光(波長0.65μm)、緑色光
(同0.55μm)、青色光(同0.45μm)に対しそれ
ぞれα=0.34、0.71、2.41μm-1である。
It can be seen from FIG. 3 that the position of the highest point 34 determines the spectral characteristics of the photodiode. If we quantify it, if the depth from the surface of the highest point 34 is x, then
The number N of electrons generated by the incident light is given by the following equation for the light intensity I: N=I·η·(1−e x ) (1). η is the probability of generation of an electron-hole pair with light of each wavelength, and is proportional to the wavelength. α is the light absorption coefficient. α=0.34, 0.71, and 2.41 μm −1 for red light (wavelength 0.65 μm), green light (wavelength 0.55 μm), and blue light (wavelength 0.45 μm), respectively.

最高点34の位置は大むねP+埋込層25の不純
物濃度の最も高い点に一致し、濃度が均一な場合
は大むね中央となる。第3図および(1)式より、x
が小さいほど相対的に短波長光感度が高くなるこ
とがわかる。
The position of the highest point 34 roughly corresponds to the point with the highest impurity concentration in the P + buried layer 25, and when the concentration is uniform, it is roughly at the center. From Figure 3 and equation (1), x
It can be seen that the smaller the value, the relatively higher the short wavelength light sensitivity becomes.

表面における電子−正孔対の再結合が無けれ
ば、x=3μm前後で各波長の光によつて単位エ
ネルギー当り得られる電子の数はほぼ等しくな
る。再結合の割合は加工技術により変化するが、
現状の技術において得られる程度の価の場合、x
=1.5〜2μmで分光感度の波長依存性がほぼ無
くなる。
If there is no recombination of electron-hole pairs on the surface, the number of electrons obtained per unit energy by light of each wavelength will be approximately equal at around x=3 μm. The rate of recombination varies depending on processing technology, but
If the value is as high as can be obtained with the current technology, x
= 1.5 to 2 μm, the wavelength dependence of spectral sensitivity almost disappears.

接合容量はn型拡散層22とP+埋込み層25
の境界付近のP+埋込層25の不純物濃度により
定まる。この濃度が高いほど接合容量は大きくな
る。しかし接合の電気耐圧が低下する。実用的に
は1016〜1018cm-3程度、望ましくは1×1017cm-3
後の不純物濃度が適当である。1×1017cm-3の場
合、Si基板21に不純物濃度が1014cm-3程度のSi
ウエーハを用いたとすると、このP+埋込み層2
5の存在により接合容量は約30倍は改善される。
電気耐圧は15V以上である。n型拡散層24とSi
基板21との間の接合容量には変化はない。
The junction capacitance is the n-type diffused layer 22 and the P + buried layer 25
It is determined by the impurity concentration of the P + buried layer 25 near the boundary. The higher the concentration, the higher the junction capacitance. However, the electrical withstand voltage of the junction decreases. Practically speaking, an appropriate impurity concentration is about 10 16 to 10 18 cm -3 , preferably about 1×10 17 cm -3 . 1×10 17 cm -3 , the Si substrate 21 contains Si with an impurity concentration of about 10 14 cm -3.
If a wafer is used, this P + buried layer 2
The presence of 5 improves the junction capacitance by about 30 times.
Electrical withstand voltage is 15V or higher. n-type diffusion layer 24 and Si
There is no change in the junction capacitance with the substrate 21.

以上の説明でわかる如く、モノクローム(白
黒)の固体撮像装置における3つの問題点は全て
本発明により解決された。以下の説明は単板カラ
ー撮像装置に関するものである。
As can be seen from the above description, all three problems in monochrome (black and white) solid-state imaging devices have been solved by the present invention. The following description relates to a single-chip color imaging device.

第6図は本発明の他の実施例を示す。簡略のた
めに光ダイオードのみを示している。n型拡散層
41,42,43の厚さを変え、異る分光特性を
有する種類の光ダイオードを示す。P+埋込み層
44,45,46の厚さを変えても同様な効果を
得る。要はP+拡散層44,45,46の不純物
濃度の最高点の位置を変えれば良いわけで、効果
はほぼ同じである。この最高点までの距離を同図
に示す如く、それぞれx1、x2、x3とする。
FIG. 6 shows another embodiment of the invention. Only photodiodes are shown for simplicity. A type of photodiode having different spectral characteristics by changing the thickness of the n-type diffusion layers 41, 42, and 43 is shown. A similar effect can be obtained by changing the thickness of the P + buried layers 44, 45, and 46. The point is that the position of the highest point of impurity concentration in the P + diffusion layers 44, 45, and 46 can be changed, and the effect is almost the same. As shown in the figure, the distances to this highest point are respectively x 1 , x 2 , and x 3 .

x1、x2、x3の選択は相異なれば任意であり、
赤、緑、青の3原色成分を含む3種の分光特性を
有する限り、出力信号の処理により必ず元の色を
再現できる。
The selection of x 1 , x 2 , x 3 is arbitrary as long as they are different;
As long as it has three types of spectral characteristics including the three primary color components of red, green, and blue, the original color can always be reproduced by processing the output signal.

典型的な一例ではx1=1μm、x2=1.5μmx3
=4μm前後である。n型拡散層41には主とし
て青色光、42には3原色光がほぼ均等(輝度信
号用)に、43には赤色光が強めに寄与した電子
が蓄積される。実際にはn型拡散層43が厚いた
めに、特に表面付近で発生した電子−正孔対の正
孔がn型拡散層43内で再結合して電子と共に消
滅する効果が顕著となり、赤色光により発生した
電子の割合が増し、より好ましい構成となる。n
型拡散層41上に青色フイルターを43上に赤色フ
イルターを置くことができれば、各光ダイオード
の分光特性はより好ましいものにすることができ
ることは言うまでもない。この時42上に絶色フ
イルターを置いても良い。
A typical example is x 1 = 1 μm, x 2 = 1.5 μm x 3
= around 4 μm. In the n-type diffusion layer 41, electrons are mainly accumulated with blue light, in 42, the three primary color lights are almost evenly distributed (for brightness signals), and in 43, electrons are accumulated with red light contributing strongly. In fact, because the n-type diffusion layer 43 is thick, the effect that the holes of electron-hole pairs generated especially near the surface recombine within the n-type diffusion layer 43 and disappear together with the electrons becomes remarkable, and red light is emitted. This increases the proportion of electrons generated, resulting in a more preferable configuration. n
It goes without saying that if a blue filter can be placed on the type diffusion layer 41 and a red filter can be placed on the type diffusion layer 43, the spectral characteristics of each photodiode can be made more preferable. At this time, a perfect color filter may be placed on 42.

第7図は赤、緑、青の3原点成分の感度に応じ
て、ブルーミング現象に対する対策を考慮した実
施例を示す。先にも述べたように、Siを用いた光
ダイオード(当然MOS形ダイオードも含む。)は
赤い光(長波長光)に対する感度が高く、青い光
(短波長光)に対する感度が低い。そこで、個々
の光ダイオードを色フイルターなどを使つて、赤
用、緑用、青用に設定した時、光ダイオードの接
合容量を同一と仮定すると、赤用光ダイオードが
最もブルーミング現象を起こす可能性が高く、緑
用光ダイオードがそれに続き、青用光ダイオード
はほとんどブルーミング現象が起きない。一方、
光ダイオードの下部に例えば第4図のP+埋込層
25が存在とすると、P+埋込層25が存在しな
い場合に比較し、その部分で電子が消滅する確率
が高くなるから、その下方から接合を越えてn形
拡散層に蓄積される電荷の量は減少する。よつ
て、青用光ダイオードのように感度の極めて低い
光ダイオードについては、P+埋込み層が存在し
ない方が良い。
FIG. 7 shows an embodiment in which countermeasures against the blooming phenomenon are taken into consideration according to the sensitivities of the three origin components of red, green, and blue. As mentioned earlier, photodiodes using Si (including MOS diodes, of course) have high sensitivity to red light (long wavelength light) and low sensitivity to blue light (short wavelength light). Therefore, when each photodiode is set for red, green, and blue using a color filter, assuming that the junction capacitance of the photodiodes is the same, the red photodiode is most likely to cause blooming. is high, followed by the green photodiode, and the blue photodiode has almost no blooming phenomenon. on the other hand,
For example, if there is a P + buried layer 25 in Fig. 4 below the photodiode, the probability that electrons will disappear in that part is higher than in the case where the P + buried layer 25 does not exist. The amount of charge accumulated in the n-type diffusion layer across the junction is reduced. Therefore, for photodiodes with extremely low sensitivity such as blue photodiodes, it is better not to have a P + buried layer.

第7図において、50はP形半導体基板、5
1,52,53はn型拡散層、54,55はP+
埋込み層又は拡散層、56はSiO2膜である。本
図においても光ダイオードのみを示し、第4図の
ゲート電極23、n型拡散層(ドレイン)24、
ドレイン電極(垂直出力線)27に対応した部分
は省略してある。本構造において、n型拡散層5
1,52,53はそれぞれ、青用、緑用、赤用光
ダイオードを構成する。もちろん、半導体基板5
0の表面のSiO2膜56の上部に青用、緑用、赤
用のモザイクフイルター又はストライプ・フイル
ターが形成されているが図示を省略してある。n
型拡散層51の下部にはP+埋込層を形成しな
い。これは青用光ダイオードの感度を可能なかぎ
り落さないためである。又、P+埋込層55の方
がP+埋込層54より、n型拡散層53,52に
それぞれ接する面積が大きいが、蓄積容量が同一
の場合、赤用光ダイオードの方が緑用ダイオード
の方より、蓄積容量の飽和によるn型拡散層から
の電子のあふれだしによるブルーミング現象が発
生する可能性が高い。そのため、赤用光ダイオー
ドの蓄積容量を大きくしてある。n形領域57、
電源58も又、ブルーミング現象防止手段の一つ
である。この2つについては付加しなくとも良
い。このn形領域57とp形領域50との間の
pn接合に逆バイアスをかけてブルーミングを防
止する手法については、本出願人が先に出願した
特願昭52−36163号に詳しい。このブルーミング
防止手段についても、赤用、及び緑用光ダイオー
ドにのみ形成され、青用光ダイオードの下部には
形成していない。この理由は上述した理由と全く
同様である。
In FIG. 7, 50 is a P-type semiconductor substrate;
1, 52, 53 are n-type diffusion layers, 54, 55 are P +
The buried layer or diffusion layer 56 is a SiO 2 film. In this figure, only the photodiode is shown, and the gate electrode 23, the n-type diffusion layer (drain) 24,
A portion corresponding to the drain electrode (vertical output line) 27 is omitted. In this structure, the n-type diffusion layer 5
1, 52, and 53 constitute blue, green, and red photodiodes, respectively. Of course, the semiconductor substrate 5
Mosaic filters or stripe filters for blue, green, and red are formed on the SiO 2 film 56 on the surface of 0, but are not shown. n
No P + buried layer is formed below the type diffusion layer 51. This is to keep the sensitivity of the blue photodiode as low as possible. Also, the P + buried layer 55 has a larger area in contact with the n-type diffusion layers 53 and 52 than the P + buried layer 54, but when the storage capacitance is the same, the red photodiode is larger than the green photodiode. Compared to a diode, there is a higher possibility that a blooming phenomenon will occur due to electrons overflowing from the n-type diffusion layer due to saturation of the storage capacitance. Therefore, the storage capacity of the red photodiode is increased. n-type region 57,
The power supply 58 is also one of the blooming prevention means. These two items do not need to be added. Between this n-type region 57 and p-type region 50
The method of applying a reverse bias to the pn junction to prevent blooming is detailed in Japanese Patent Application No. 1983-36163 previously filed by the present applicant. This blooming prevention means is also formed only on the red and green photodiodes, and is not formed below the blue photodiode. The reason for this is exactly the same as the reason mentioned above.

なお、青用、緑用、赤用ホトダイオードが同一
基板上に形成されている場合、ブルーミング防止
手段は、赤用光ダイオードについて絶対に必要で
あり、青用光ダイオードについては必要なく、緑
用ホトダオイードについては、防止手段をつけた
方が良い。又、光ダイオードが、シアン色用ホト
ダイオード、マジエンタ色用ホトダイオード、黄
色用ホトダイオードになつた場合、シアン色用ホ
トダイオードには、ブルーミング防止手段は必要
なく、他の2つには必要である。又、全色用ホト
ダイオードが存在している場合も、ブルーミング
防止手段は必要である。
Note that when blue, green, and red photodiodes are formed on the same substrate, blooming prevention means are absolutely necessary for the red photodiode, not for the blue photodiode, and for the green photodiode. It is better to take preventive measures against this. Further, when the photodiodes are a cyan photodiode, a magenta photodiode, and a yellow photodiode, the cyan photodiode does not require blooming prevention means, but the other two do. Also, even if full-color photodiodes are present, anti-blooming means are necessary.

なお、ブルーミング防止手段として、上記実施
例においては2つの手段を述べたが、何らそれら
に限定されるものではなく、回路構造上の防止手
段を付加する場合においても青用又はシアン色用
ホトダイオードにはブルーミング防止手段はつけ
ない方が良く、赤用、マジエンタ色用、又は黄色
用ホトダイオードには絶対につけるべきである。
Although two blooming prevention means are described in the above embodiment, the invention is not limited to these in any way, and even when adding prevention means in the circuit structure, the blue or cyan photodiode may be used as a blooming prevention means. It is better not to install blooming prevention means, and it is absolutely necessary to install blooming prevention means for red, magenta, or yellow photodiodes.

又、第7図の構成の製法については、当業者が
容易に実施できるため詳述しないが、例えば、特
願昭51−144800に詳述してある。なお、n型領域
57は半導体基板50の裏面からの選択的イオン
打込み、拡散で形成するか、半導体基板中の選択
的埋込層として形成しても良い。第7図の実施例
の変形を第8図に示す。本実施例も、第7図と同
様、青用ホトダイオードには、ブルーミング防止
手段としてのp+領域が存在せず、緑用、赤用ホ
トダイオードにブルーミング防止手段としての
p+領域59が形成されている。もちろん、ホト
ダイオードは左から、青用、緑用、赤用である。
先の実施例で述べた事項は本実施例においても全
く同様に成立する。これなる実施例としては、第
7図の実施例において、P+拡散層54,55を
省略しても良い。
Further, the manufacturing method of the structure shown in FIG. 7 will not be described in detail since it can be easily carried out by those skilled in the art, but is described in detail in, for example, Japanese Patent Application No. 144800/1983. Note that the n-type region 57 may be formed by selective ion implantation or diffusion from the back surface of the semiconductor substrate 50, or may be formed as a selectively buried layer in the semiconductor substrate. A modification of the embodiment of FIG. 7 is shown in FIG. In this embodiment, as in FIG. 7, the blue photodiode does not have a p + region as a blooming prevention means, and the green and red photodiodes do not have a p
A p + region 59 is formed. Of course, from the left, the photodiodes are for blue, green, and red.
The matters described in the previous embodiment also hold true in the same manner in this embodiment. In another embodiment, the P + diffusion layers 54 and 55 may be omitted in the embodiment shown in FIG.

以上詳述してきた本発明は、何らMOS型固体
撮像装置のみならず、CCD型、CID型にも適用で
きることは言うまでもない。
It goes without saying that the present invention, which has been described in detail above, can be applied not only to MOS type solid-state imaging devices but also to CCD type and CID type.

以上詳述してきた本発明は緑用ホトダイオード
にはブルーミング防止手段を付加せず、赤用ホト
ダイオードにはブルーミング防止手段を付加する
ことにより感度の良いカラー固体撮像装置を提供
することができる。
The present invention, which has been described in detail above, can provide a highly sensitive color solid-state imaging device by adding no blooming prevention means to the green photodiode and adding blooming prevention means to the red photodiode.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はMOS型固体撮像装置の説明図、第2
図は従来の一絵素の断面の構造を示す図、第3図
はSiの光吸収特性図、第4図から第6図は本発明
を説明するための図、第7図、第8図は本発明の
実施例図である。
Figure 1 is an explanatory diagram of a MOS solid-state imaging device, Figure 2
The figure shows the cross-sectional structure of one conventional picture element, Figure 3 is a diagram of the optical absorption characteristics of Si, Figures 4 to 6 are diagrams for explaining the present invention, and Figures 7 and 8. 1 is an embodiment diagram of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1導電型の半導体基板と、この半導体基板
上に複数個設けられた光ダイオード用の第2導電
型の半導体層と、この半導体層に対応して設けら
れた色フイルタと、前記半導体層に蓄えられた光
情報を読み出す手段とからなる固体撮像装置にお
いて、前記半導体層の側面及び下面のそれぞれ一
部分をその側面から下面に亘つて覆うような、前
記半導体基板より不純物濃度の高い第1導電型の
不純物層を少なくとも2つの前記半導体層に有
し、この不純物層と前記半導体層とが接する面積
が前記色フイルタの分光特性に対応してそれぞれ
異なつていることを特徴とする固体撮像装置。
1 A semiconductor substrate of a first conductivity type, a plurality of semiconductor layers of a second conductivity type for photodiodes provided on this semiconductor substrate, a color filter provided corresponding to this semiconductor layer, and the semiconductor layer. a first conductive layer having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and covering a portion of each of a side surface and a bottom surface of the semiconductor layer from the side surface to the bottom surface; 2. A solid-state imaging device, wherein at least two of the semiconductor layers have a type impurity layer, and the contact area between the impurity layer and the semiconductor layer is different depending on the spectral characteristics of the color filter.
JP6656778A 1978-06-02 1978-06-02 Solid state image pickup device Granted JPS54158121A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6656778A JPS54158121A (en) 1978-06-02 1978-06-02 Solid state image pickup device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6656778A JPS54158121A (en) 1978-06-02 1978-06-02 Solid state image pickup device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54158121A JPS54158121A (en) 1979-12-13
JPS6242426B2 true JPS6242426B2 (en) 1987-09-08

Family

ID=13319652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6656778A Granted JPS54158121A (en) 1978-06-02 1978-06-02 Solid state image pickup device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS54158121A (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57148368A (en) * 1981-03-09 1982-09-13 Nec Corp Solid state color image pickup element
JPS58121668A (en) * 1982-01-13 1983-07-20 Fuji Xerox Co Ltd Multiple color image sensor
JPS59108458A (en) * 1982-12-14 1984-06-22 Olympus Optical Co Ltd Solid-state image pickup device and its manufacture
JPS6027164A (en) * 1983-07-25 1985-02-12 Mitsubishi Electric Corp Infrared-ray solid-state image pickup element
JPS60143668A (en) * 1983-12-29 1985-07-29 Res Dev Corp Of Japan Color image sensor
JPS60245165A (en) * 1984-05-21 1985-12-04 Hitachi Ltd Solid state image pick-up device
JPS6149464A (en) * 1984-08-17 1986-03-11 Matsushita Electronics Corp Solid-state image pickup device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57171885A (en) * 1982-03-29 1982-10-22 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device
JPS6126270A (en) * 1984-07-16 1986-02-05 Fanuc Ltd Light emitting device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57171885A (en) * 1982-03-29 1982-10-22 Hitachi Ltd Solid-state image pickup device
JPS6126270A (en) * 1984-07-16 1986-02-05 Fanuc Ltd Light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS54158121A (en) 1979-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4148048A (en) Solid-state imaging device
US8026540B2 (en) System and method for CMOS image sensing
CN105895650B (en) Solid-state imaging apparatus and electronic equipment
KR0168902B1 (en) Solid state image pick-up device
US6552320B1 (en) Image sensor structure
US6359323B1 (en) Color image sensor and method for fabricating the same
US7728890B2 (en) Photoelectric conversion film laminated color solid-state imaging apparatus
US5115458A (en) Reducing dark current in charge coupled devices
US7110028B1 (en) Electronic shutter using buried layers and active pixel sensor and array employing same
US20060226438A1 (en) Solid-state imaging device
US20060255372A1 (en) Color pixels with anti-blooming isolation and method of formation
US6956273B2 (en) Photoelectric conversion element and solid-state image sensing device, camera, and image input apparatus using the same
US20060261242A1 (en) Image sensor with vertical photo-detector and related method of fabrication
US6548833B1 (en) Color-optimized pixel array design
KR20080018252A (en) Reduced imager crosstalk and pixel noise using extended buried contacts
US4148051A (en) Solid-state imaging device
US6653164B2 (en) Solid state imaging device, manufacturing method thereof, and solid state imaging apparatus
JPS6126270B2 (en)
JPS6242426B2 (en)
JPS61133660A (en) Solid state image sensor
US6965102B1 (en) Large dynamic range, low-leakage vertical color pixel sensor
JPS6160592B2 (en)
US6555855B2 (en) Solid state imaging device
JP2872237B2 (en) Solid-state imaging device
KR100667918B1 (en) Cmos image sensor and method the same