JPS6259514B2 - - Google Patents
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- JPS6259514B2 JPS6259514B2 JP52102559A JP10255977A JPS6259514B2 JP S6259514 B2 JPS6259514 B2 JP S6259514B2 JP 52102559 A JP52102559 A JP 52102559A JP 10255977 A JP10255977 A JP 10255977A JP S6259514 B2 JPS6259514 B2 JP S6259514B2
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- electrode
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ホトダイオードアレイからの信号電
荷を電荷転送形レジスタで読み出す固体撮像装置
に関する。この種固体撮像装置はProceedings of
the IEEE VoL 63No.１ JAN 1975 p67−p73や
特開昭51−150288号で公知である。従来の固体撮
像装置を第１図に示す。第１図ａは、装置の大略
な平面図を示し、第１図ｂは第１図ａの平面図に
おけるＢ−B′面の断面図を示す。
荷を電荷転送形レジスタで読み出す固体撮像装置
に関する。この種固体撮像装置はProceedings of
the IEEE VoL 63No.１ JAN 1975 p67−p73や
特開昭51−150288号で公知である。従来の固体撮
像装置を第１図に示す。第１図ａは、装置の大略
な平面図を示し、第１図ｂは第１図ａの平面図に
おけるＢ−B′面の断面図を示す。
第１図の装置は、一導電形の半導体基板６の表
面に島状に半導体基板６と反対導電形の半導体領
域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを配列し
て成るホトダイオードアレイの感光部１を設け、
該感光部１に蓄積した信号電荷を制御電極（シフ
ト電極）２を介して受けたのち転送し、一方の出
力端から読み出す電荷転送形シフトレジスタ３お
よび信号電荷を感光部１からシフトレジスタ３へ
転送するためのシフト電極２から構成されてい
る。シフト電極２およびシフトレジスタ３の転送
電極（第１図ｂ）に電極４のみを図示）は半導体
基板６表面に絶縁膜５を介して設けられている。
面に島状に半導体基板６と反対導電形の半導体領
域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを配列し
て成るホトダイオードアレイの感光部１を設け、
該感光部１に蓄積した信号電荷を制御電極（シフ
ト電極）２を介して受けたのち転送し、一方の出
力端から読み出す電荷転送形シフトレジスタ３お
よび信号電荷を感光部１からシフトレジスタ３へ
転送するためのシフト電極２から構成されてい
る。シフト電極２およびシフトレジスタ３の転送
電極（第１図ｂ）に電極４のみを図示）は半導体
基板６表面に絶縁膜５を介して設けられている。
第１図の装置は次のように動作する。まず、ホ
トダイオードアレイの半導体領域１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆはキヤリヤの不足状態に設
定され、この半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆに蓄積する。この蓄積したキヤリ
ヤが信号電荷となる。一定時間後、シフト電極２
を電気的に開くことにより前記信号電荷はシフト
レジスタ３へ転送され、さらにクロツクパルスを
適宜シフトレジスタ３に印加することにより、信
号電荷は出力端より読出される。一方、信号電荷
が読出されている間、シフト電極２は閉じた状態
となり、感光部１には光電変換された信号電荷が
蓄積する。
トダイオードアレイの半導体領域１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆはキヤリヤの不足状態に設
定され、この半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆに蓄積する。この蓄積したキヤリ
ヤが信号電荷となる。一定時間後、シフト電極２
を電気的に開くことにより前記信号電荷はシフト
レジスタ３へ転送され、さらにクロツクパルスを
適宜シフトレジスタ３に印加することにより、信
号電荷は出力端より読出される。一方、信号電荷
が読出されている間、シフト電極２は閉じた状態
となり、感光部１には光電変換された信号電荷が
蓄積する。
ところで、従来の装置においては、半導体領域
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを熱拡散法
により形成し、そのキヤリヤ濃度を1019cm-3程度
以上、その厚さを１〜２μｍ以上と設定してい
た。この様な構成では半導体領域１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと半導体基板６のpn接合
部に形成される空乏層は、半導体基板６内の方に
大きく拡がり、半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆ内には空乏層は殆んど拡がらない
が本発明者等はかかる従来装置には、次に述べる
２点が不都合なものとなることを見出した。まず
第１点は、第２図に示すように、半導体領域１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆには、信号電
荷Q1と残留電荷Q2が存在するため、シフト電極
２の印加パルス電圧が変動すると、残留電荷Q2
が変化して偽信号が現われることである。第２図
ａは光発生したキヤリアによる信号電荷Q1と残
留電荷Q2が蓄積している状態の電位図を示す。
しかし従来装置では第２図ｂに示すようにシフト
電極２を開くことによりシフトレジスタ３に信号
電荷Q1が転送された後残留電荷Q2がフオトダイ
オード１ｂに残る。残留電荷Q2はシフト電極２
への電圧印加により生じる電子の井戸によつて決
まるので、シフト電極２の電圧が雑音等により変
動すると残留電荷Q2が読出し動作毎に変動し、
信号電荷にこのQ2の変動分が偽信号として重畳
される事が判明した。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを熱拡散法
により形成し、そのキヤリヤ濃度を1019cm-3程度
以上、その厚さを１〜２μｍ以上と設定してい
た。この様な構成では半導体領域１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと半導体基板６のpn接合
部に形成される空乏層は、半導体基板６内の方に
大きく拡がり、半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆ内には空乏層は殆んど拡がらない
が本発明者等はかかる従来装置には、次に述べる
２点が不都合なものとなることを見出した。まず
第１点は、第２図に示すように、半導体領域１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆには、信号電
荷Q1と残留電荷Q2が存在するため、シフト電極
２の印加パルス電圧が変動すると、残留電荷Q2
が変化して偽信号が現われることである。第２図
ａは光発生したキヤリアによる信号電荷Q1と残
留電荷Q2が蓄積している状態の電位図を示す。
しかし従来装置では第２図ｂに示すようにシフト
電極２を開くことによりシフトレジスタ３に信号
電荷Q1が転送された後残留電荷Q2がフオトダイ
オード１ｂに残る。残留電荷Q2はシフト電極２
への電圧印加により生じる電子の井戸によつて決
まるので、シフト電極２の電圧が雑音等により変
動すると残留電荷Q2が読出し動作毎に変動し、
信号電荷にこのQ2の変動分が偽信号として重畳
される事が判明した。
また、残留電荷Q2は信号電荷Q1の大きさにも
依存する。即ち、信号電荷Q1の転送が熱放出効
果のため遅くなるのでQ1の一部が半導体領域１
ｂにに残留し、その分だけQ2が大きくなる。こ
の残留したQ1は次の読出し動作で偽信号として
出力され残像現象の原因となる。
依存する。即ち、信号電荷Q1の転送が熱放出効
果のため遅くなるのでQ1の一部が半導体領域１
ｂにに残留し、その分だけQ2が大きくなる。こ
の残留したQ1は次の読出し動作で偽信号として
出力され残像現象の原因となる。
第２点は、残留電荷Q2のため、半導体領域１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの大部分の領
域が電気的中性状態となり、この部分で光発生し
たキヤリヤが損失となることである。この損失の
ため感度が悪くなる。
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの大部分の領
域が電気的中性状態となり、この部分で光発生し
たキヤリヤが損失となることである。この損失の
ため感度が悪くなる。
本発明は、上記点に鑑みなされたもので、シフ
ト電極をON状態とした時に基板と反対導電形の
島状半導体領域内全体をキヤリアの空乏状態とす
る新規な構成を提供し、以つて偽信号発生を防
ぎ、かつ高感度にした固体撮像装置を提供するも
のである。
ト電極をON状態とした時に基板と反対導電形の
島状半導体領域内全体をキヤリアの空乏状態とす
る新規な構成を提供し、以つて偽信号発生を防
ぎ、かつ高感度にした固体撮像装置を提供するも
のである。
半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１
ｆのキヤリア濃度Ｎおよび厚さｄは次の式を満足
するように選ばれている。
ｆのキヤリア濃度Ｎおよび厚さｄは次の式を満足
するように選ばれている。
｜Ｖ｜＞ｅＮｄ２／２ε（１＋Ｎ／Ｎｓ） (1)
ただし、Ｖは、シフト電極２がON状態となつ
たときのシフト電極２下の半導体基板６表面の電
位の井戸の深さ、−ｅは電子の電荷、εは半導体
基板６および半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆの誘電率、およびNsは半導体基
板６のキヤリア濃度である。
たときのシフト電極２下の半導体基板６表面の電
位の井戸の深さ、−ｅは電子の電荷、εは半導体
基板６および半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆの誘電率、およびNsは半導体基
板６のキヤリア濃度である。
式(1)の条件を満たす半導体領域１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを形成する具体的方法とし
ては半導体基板６の表面に選択的に半導体基板６
と反対導電形となる不純物をイオン打込みを行
い、さらに高温状態に保つことにより比較的低濃
度で所要厚の島状半導体領域を形成すればよい。
ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを形成する具体的方法とし
ては半導体基板６の表面に選択的に半導体基板６
と反対導電形となる不純物をイオン打込みを行
い、さらに高温状態に保つことにより比較的低濃
度で所要厚の島状半導体領域を形成すればよい。
式(1)の条件を満足する固体撮像装置の動作につ
いて第３図を用いて説明する。第１図と同一部分
は同一番号を附している。第３図ａは光変換した
信号電荷Q3が蓄積した状態を示し、第３図ｂは
シフト電極２がON状態となり信号電荷Q3がシフ
トレジスタ３へ転送された状態を示す。pn接合
の半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１
ｆが完全空乏した状態の電位の井戸の深さＶpo
は、ｅＮｄ２／２ε（１＋Ｎ／Ｎｓ）であるから、シフ
ト電極２ がON状態となり、信号電荷がシフトレジスタ３
へ転送されると半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆは完全空乏状態となる。
いて第３図を用いて説明する。第１図と同一部分
は同一番号を附している。第３図ａは光変換した
信号電荷Q3が蓄積した状態を示し、第３図ｂは
シフト電極２がON状態となり信号電荷Q3がシフ
トレジスタ３へ転送された状態を示す。pn接合
の半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１
ｆが完全空乏した状態の電位の井戸の深さＶpo
は、ｅＮｄ２／２ε（１＋Ｎ／Ｎｓ）であるから、シフ
ト電極２ がON状態となり、信号電荷がシフトレジスタ３
へ転送されると半導体領域１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆは完全空乏状態となる。
前述した動作から明らかなように、半導体領域
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは完全空乏
状態となるので、シフト電極２に印加されるパル
ス電圧が多少変動しても、常に信号電荷だけがシ
フトレジスタ３へ転送されるので偽信号は発生し
ない。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは完全空乏
状態となるので、シフト電極２に印加されるパル
ス電圧が多少変動しても、常に信号電荷だけがシ
フトレジスタ３へ転送されるので偽信号は発生し
ない。
また、完全空乏状態となるため熱放出効果がな
くなり信号電荷Q3の転送は極めて速やかに行な
われるので残像現象の問題もない。
くなり信号電荷Q3の転送は極めて速やかに行な
われるので残像現象の問題もない。
また、入射した光エネルギでキヤリアが発生す
る場所は大部分空乏層内となり、キヤリアの損失
が減少し、光感度が上がる。すなわち、本発明に
おいては、シフト電極２の電圧変動による偽信号
がなくなり、また残像も小さくなり、かつ感度が
上がることになる。
る場所は大部分空乏層内となり、キヤリアの損失
が減少し、光感度が上がる。すなわち、本発明に
おいては、シフト電極２の電圧変動による偽信号
がなくなり、また残像も小さくなり、かつ感度が
上がることになる。
上記実施例の説明に際しては、ホトダイオード
アレイである感光部がpn接合ダイオード配列で
ある固体撮像装置に適用した実施例を示したが、
当然のことながら本発明は、pn接合のホトダイ
オードと蓄積電極から成る固体撮像装置（特願昭
51−54328号）にも適用できる。また、上記実施
例では、信号電荷を読出す手段として電荷転送形
シフトレジスタを用いたが、他の手段、例えば読
出し用のドレインと感光部の各pn接合間にゲー
ト電極を配置した構成を用いても良い。
アレイである感光部がpn接合ダイオード配列で
ある固体撮像装置に適用した実施例を示したが、
当然のことながら本発明は、pn接合のホトダイ
オードと蓄積電極から成る固体撮像装置（特願昭
51−54328号）にも適用できる。また、上記実施
例では、信号電荷を読出す手段として電荷転送形
シフトレジスタを用いたが、他の手段、例えば読
出し用のドレインと感光部の各pn接合間にゲー
ト電極を配置した構成を用いても良い。
第１図は、従来の装置説明図、第２図は第１図
の動作の説明図、第３図は本発明装置の実施例の
動作の説明図である。 １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ……基板
６と反対導電形の半導体領域、２……シフト電
極、３……電荷転送形シフトレジスタ、４…転送
電極、５……絶縁膜、６……半導体基板、７……
チヤネルストツプ。
の動作の説明図、第３図は本発明装置の実施例の
動作の説明図である。 １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ……基板
６と反対導電形の半導体領域、２……シフト電
極、３……電荷転送形シフトレジスタ、４…転送
電極、５……絶縁膜、６……半導体基板、７……
チヤネルストツプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一導電形半導体基板の片側表面内に入射光を
電気信号に変換する前記半導体基板と反対導電形
の島状半導体領域を複数設けたホトダイオードア
レイを設け、該ホトダイオードアレイからの信号
電荷をシフト電極を介して読み出す信号読出し手
段を設けた固体撮像装置において、前記島状半導
体領域がイオン注入層からなると共に、前記シフ
ト電極をオン状態とした時の該電極下のポテンシ
ヤル井戸が、完全空乏状態における島状半導体領
域のそれに比べて深く設定されていることを特徴
とする固体撮像装置。 ２ 一導電形半導体基板の片側表面内に入射光を
電気信号に変換する前記半導体基板と反対導電形
の島状半導体領域を複数設けたホトダイオードア
レイを設け、該ホトダイオードアレイからの信号
電荷をシフト電極を介して読み出す信号読出し手
段を設けた固体撮像装置において、前記島状半導
体領域がイオン注入層からなると共に、前記島状
半導体領域の厚さｄ、前記島状半導体領域のキヤ
リア濃度Ｎ、前記半導体基板のキヤリア濃度
Ns、前記フオトダイオードアレイのPN接合部の
誘電率ε、電子の電荷量−ｅ、前記シフト電極を
オン状態とした時の該電極下のチヤネルのポテン
シヤル井戸の深さをＶとするとき、 ｅＮｄ２／２ε〔１＋Ｎ／Ｎｓ〕＜｜Ｖ｜ なる関係とし、前記シフト電極をオン状態とした
時の該電極下のポテンシヤル井戸を、完全空乏状
態における島状半導体領域のそれに比べて深く設
定したことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10255977A JPS5437422A (en) | 1977-08-29 | 1977-08-29 | Solid state pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10255977A JPS5437422A (en) | 1977-08-29 | 1977-08-29 | Solid state pickup device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5437422A JPS5437422A (en) | 1979-03-19 |
| JPS6259514B2 true JPS6259514B2 (ja) | 1987-12-11 |
Family
ID=14330581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10255977A Granted JPS5437422A (en) | 1977-08-29 | 1977-08-29 | Solid state pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5437422A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55163958A (en) * | 1979-06-08 | 1980-12-20 | Nec Corp | Electric charge transfer pickup unit |
| JPS55163954A (en) * | 1979-06-08 | 1980-12-20 | Nec Corp | Electric charge transfer pickup unit |
| JPS5748261A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-19 | Nec Corp | Interline ccd sensor and driving method thereof |
| JPS5762557A (en) * | 1980-10-02 | 1982-04-15 | Nec Corp | Solid state image pickup device and driving method therefor |
| JPS5748260A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-19 | Nec Corp | Interline ccd sensor and driving method thereof |
| JPS5762672A (en) * | 1980-10-01 | 1982-04-15 | Toshiba Corp | Solid-state image pickup sensor |
| JPS58187082A (ja) * | 1982-04-26 | 1983-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置の駆動方法 |
| JPS5986511U (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-12 | 松下電工株式会社 | 床暖房装置 |
| JP2574304B2 (ja) * | 1987-06-22 | 1997-01-22 | 松下電子工業株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
-
1977
- 1977-08-29 JP JP10255977A patent/JPS5437422A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5437422A (en) | 1979-03-19 |
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