JPS63152166A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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Publication number
JPS63152166A
JPS63152166A JP61298942A JP29894286A JPS63152166A JP S63152166 A JPS63152166 A JP S63152166A JP 61298942 A JP61298942 A JP 61298942A JP 29894286 A JP29894286 A JP 29894286A JP S63152166 A JPS63152166 A JP S63152166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity layer
layer
type impurity
type
image sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP61298942A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruhisa Ando
安藤 治久
Shinya Oba
大場 信弥
Hideyuki Ono
秀行 小野
Hajime Akimoto
肇 秋元
Masaaki Nakai
中井 正章
Norio Koike
小池 紀雄
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US07/058,825 priority patent/US4814848A/en
Priority to KR1019870005876A priority patent/KR900007304B1/ko
Publication of JPS63152166A publication Critical patent/JPS63152166A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01L27/14887Blooming suppression

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子に係り、特に、光利用率を向上
し、ブルーミング現象を抑圧し得る固体撮像素子に関す
る。
〔従来の技術〕
第3図は、従来のインターライン型CCD (チャージ
・カブルド・デヴアイス(Charye Couple
dDevice) )固体撮像素子の一例を示す構成回
路図である。
図において、1はpnff2合ダイオードなどからなる
ホトダイオード(光電変換素子)、3は電荷を垂直方向
に転送するための垂直CCDレジスタ。
2はホトダイオード1から爪面CCDレジスタ3への信
号の流れを制御する選択ゲート、5は出力アンプ、4は
垂直CCDレジスタ3からの信号を出力アンプ5へ転送
する水平CCDレジスタである。通常、垂直CCDレジ
スタは、4相クロツクにより駆動される。また、6〜9
は垂直CCDレジスタ3の4相クロツク配線であり、6
および8は選択ゲート2のゲート配線を兼ねている。ホ
トダイオード1に蓄積された電荷は1選択ゲート2、垂
直CCDレジスタ3、水平CCDレジスタ4および出力
アンプ5からなる読み出し手段を介して読み出される。
第2図は、第3図に示した従来のインターライン型CC
D固体撮像素子のホトダイオード部の溝造を示す概略断
面図である。
図において、12はn型Si(シリコン)基板。
13はn型Si基板12内に形成されたP型不純物層、
11はn型不純物層13の中に形成されたn型不純物層
であり、p型不純物層】3とn型不純物層11によりp
n接合ホトダイオード(第3図のホトダイオード1)が
構成される。入射光によって発生した電荷は、n型不純
物層11に蓄積される。14は垂直CCDレジスタ3の
転送電極を兼ねた選択ゲート2.15は垂直CCDレジ
スタ3のチャネル部を構成するn型不純物層で、n型不
純物層11に蓄積された光信号電荷は、選択ゲート14
によって垂直CCDレジスタ3のn型不純物層15に転
送される。
また、16は素子分離用絶縁膜、17は層間絶縁膜であ
り、これらはSiO2等の絶縁物からなる。18はチャ
ネルストップ用のp型不純物層、19は層間絶縁膜17
の上面に設けられ、垂直CODレジスタ3への光入射を
防止するための遮光膜であり、例えば晟からなる。なお
、24.25.26.28.29は隣のホトダイオード
部(第3図においては、横隣のホトダイオード)の各要
素であり、それぞれ14.15.16.18.19と対
応する。
このような構成の固体撮像素子では、ブルーミング現象
、(すなわち、ホトダイオードに強い光が入射した時、
ホトゲートが非選択時でも垂直CODレジスタに不用な
過剰電荷があふれ出し、混入する現象)を抑圧するため
に、n型不純物層11、n型不純物層13、n型基板1
2からなるnpnトランジスタのパンチスルー現象を利
用したオーバーフロー・ドレイン構造が採られている。
オーバーフロー構造の動作原理については、1983年
テレビジョン学会全国大会予稿集第63〜64頁「縦型
オーバーフロー構造CCDイメージセンサのブルーミン
グ抑制機構」に記載されている。すなわち。
ホトダイオード1に強い光が入射したときに、過剰電荷
を基板12側に流し、垂直CCDレジスタ3の方へあふ
れ出すのを防止するものである。
このオーバーフロー・ドレイン構造を効率良く動作させ
るには、ホトダイオード1を構成するn型不純物層11
の下部のn型不純物層13を完全に空乏化させることが
必要である。したがって、従来の素子では、n型不純物
層11の下部のn型不純物層13の深さを浅くすること
により、n型不純物層13を空乏化し易くしていた。す
なわち、ホトダイオード1に強い光が入射しても、n型
不純物層13の深さが浅くなっているので、パンチスル
ー現象により過剰電荷は基板12側に流れ、垂直COD
レジスタ3の方へあふれ出すブルーミング現象を防止す
る構造である。なお、この従来の固体撮像素子へおける
ホトダイオード部に生じる空乏層をd。
d′で示す。dはn型不純物層11とn型不純物層13
とのpn接合によって生じる空乏層、d′はp型不純物
ff13とn型基板12とのpn接合によって生じる空
乏層である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、ホトダイオード1の、下部のn型不純物層13
の深さを浅くすると、ホトダイオード1の空乏層が減少
するので光感度の低下をもたらしていた。
このように、従来技術においては、ブルーミング現象の
抑圧についてはかなり効果があるが、光感度の点につい
て配慮がされておらず、光感度が低下する問題があった
本発明の目的は、光感度が高く、かつブルーミング現象
を十分抑圧できる固体撮像素子を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、第1導電型半導
体基板上に形成された第2導電型の不純物層内に、二次
元状に配列された光電変換素子と、上記光電変換素子に
蓄積した電荷を読み出す手段とを有する固体撮像索子に
おいて、上記光電変換素子の下部の上記不純物層の深さ
が、上記光電変換素子の周辺部の少なくとも一部におい
て上記光電変換素子の中央部よりも浅くなっていること
を特徴とする。
なお、上記不純物層を浅くする箇所は、光電変換素子の
周辺部全体にわたってもよいし、該周辺部の一部だけで
もよい。
〔作用〕
このように、光電変換素子の中央部の下部の不純物層の
深さを深くすることにより、光電変換素子の中央部にお
ける空乏層の深さを深くすることができるので、光電変
換素子の光感度を大きくすることができる。
一方、光電変換素子の周辺部の少なくとも一部の下部の
不純物層を浅くすることにより、光電変換素子に強い光
が入射しても、完全に空乏化され得る上記光電変換素子
の周辺部の下部の深さの浅い不純物層部分を経由して、
過剰電荷が基板側に流れるので、ブルーミング現象を防
止することができる。
〔実施例〕
実施例 1 第1図は、本発明の第1の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の断面構造を示す
概略図である。なお、固体撮像素子の回路図は、第3図
に示したものと同様である。
第1図において、第2図と同一の符号のものは、同一の
部分を示す。すなわち、符号11〜29は第2図におけ
る11〜29と同じものであるが、P型不純物F!J1
3の深さの浅くなった位置が第2図の従来の素子と異な
る。また、第2図と同様に、第1図中、dはn型不純物
層11とp型不純物層13とのpn接合によって生じる
空乏層、d′はp型不純物層13とn型基板12とのp
n接合によって生じる空乏層を示す。
本実施例の固体撮像索子においては、ホトダイオードを
構成するn型不純物層11の下部のp型不純物層13の
深さが、図示のごとくホトダイオード1の周辺部の一部
においてホトダイオード1のn型不純物WJ11の中央
部よりも浅くなっている。
この構成により、光電変換に寄与するホトダイオード1
の中央部の空乏層深さを深くすることができ、光感度を
向上を図ることができる。すなわち、本図中に示した本
実施例の光利用率P、の方が、第2図に示した従来の光
利用率P2よりも大きいことは、両者を比較することに
より明らかである。また、それと同時に、ホトダイオー
ド1の周辺部において、n型不純物層11、P型不純物
層13、n型基板12から構成されるnpnトランジス
タのパンチスルー現象を利用して、完全に空乏化される
p型不純物層13の上記深さの浅い部分を介して過剰電
荷を基板12側へ流し、垂直CODレジスタ3へ混入す
るのを防止できるので、ブルーミング現象を十分抑圧す
ることができる。
実施例 2 第4図は、本発明の第2の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の概略断面図であ
る。
図において、10および20は13と同様のp型不純物
層であり、その他の要素は第1図の要素と同様である。
これらのp型不純物層10.20はp型不純物層13と
同様に、それぞれマスクを用いたp型不純物ドープによ
って形成する。
一般に、垂直CCDレジスタ3のチャネル部を構成する
n型不純物層15.25の電位は、ホトダイオード1の
n型不純物層11の電位より高くなる。
そこで、垂直CCDレジスタ3からの空乏層の拡がりを
防止するために、n型不純物層15あるいは25を取り
囲むp型不純物層10.20の不純物濃度をp型不純物
層13の不純物濃度より大きくするとよい。これにより
、ホトダイオード1の周辺部に漏れ込んだ光によって発
生する不用な過剰電荷が、垂直CCDレジスタ3のn型
不純物層15.25へ拡散するのをより効果的に抑圧で
きる。
なお、本実施例においても、ホトダイオード1の中央部
の下部のp型不純物層13の深さを深くでき、中央部に
おける空乏層の深さを深くできるので、ホトダイオード
1の光感度を大きくすることができると同時に、ホトダ
イスート1の周辺部の一部の下部のp型不純物層13が
浅くなっているので、ブルーミング現象を十分抑圧でき
る。
実施例 3 第5図は、本発明の第3の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の概略断面図であ
る。
本実施例は、基本的には第4図に示した実施例のものと
同じであるが、第4図における素子分離用絶11Q16
.26、およびチャネルストップ用P型不純物層18.
28から構成されるチャネルストップ領域を除いて、垂
直CCDレジスタ3の選択ゲート14.24をその代用
としたものである。
また、本実施例では、n型不純物層11の周辺部の下部
の全体にわたってp型不純物層13が、その中央部下部
より浅く形成されているが、上記第1、第2の実施例と
同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
実施例 4 第6図は、本発明の第4の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の概略断面図であ
る。
本実施例は、第5図の実施例における垂直CODレジス
タ3の選択ゲート14.24を、垂直クロックゲート1
4′、24′と選択ゲート34ならびにフィールド・プ
レート・ゲート44.54に分離して形成したものであ
る。
本実施例においても、上記のすべての実施例と同様の効
果を得ることができる。
実施例 5 第7図は、本発明の第5の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の概略断面図であ
る。
本実施例は、第6図の実施例におけるフィールド・プレ
ート・ゲート44.54を、図示のごとく、埋め込み型
ゲート64.74とすることにより、縦型MO5電界効
果トランジスタを構成している。すなわち、n型不純物
層11をソース、埋め込み型ゲート64.74をゲート
、n型基板12をドレインとする縦型MO8電界効果ト
ランジスタを構成することができる。第1図、第4図〜
第6図に示した実施例では、縦型パンチスルー・トラン
ジスタを利用してブルーミング現象の抑圧を図っている
が、本実施例では縦型MO3電界効果トランジスタを用
いてブルーミング現象の抑圧を可能としている。
本実施例も、ホトダイオード1の下部のp型不純物層1
3の深さを深くできるので、光感度を向上できる。
実施例 6 第8図は、本発明の第6の実施例のインターライン型C
CD固体撮像素子のホトダイオード部の概略断面図であ
る。第1図、第4図〜第7図は、第3図の回路図におい
て横方向に隣接するホトダイオード部を示したが、第8
図は、第3図の回路図において上下方向に隣接するホト
ダイオード部を示したものである。
図において、符号12.13.17は第1図の同符号の
ものと同じである。各ホトダイオードのn型不純物層1
1a、llbに過剰に溜った電子は、垂直CCDレジス
タ3のクロック配線14a〜14d (第3図の符号6
〜8に対応する)の下部の半導体躯板表面(p型不純物
層13の表面)に集められ、一旦集められた電子は、ホ
トダイオード部の下部の周辺部のp型不純物W113の
浅い部分からn型基板12に効率よく吸い出される。
なお、以上の第1〜6の実施例においては、nチャネル
素子を例に挙げて説明したが、pチャネル素子に適用し
てもよいことは言うまでもない。
また、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で1MO8型固
体撮像素子等、CCD固体撮像素子以外への適用も可能
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、光電変換素子の下部の
上記不純物層の深さを、光電変換素子の周辺部の少なく
とも一部において上記光電変換素子の中央部よりも浅く
することにより、光感度が優れ、かつブルーミング現象
を十分抑圧可能な固体撮像素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のインターライン型CCD固
体撮像素子のホトダイオード部の断面図、第2図は従来
例のインターライン型CCD固体撮像素子のホトダイオ
ード部の断面図、第3図はインターライン型CCD固体
撮像素子の回路構成図、第4図〜第8図は、それぞれ本
発明の別の実施例のインターライン型CCD固体撮像素
子のホトダイオード部の断面図である。 1・・・ホトダイオード 2・・・選択ゲート 3・・・爪直CCDレジスタ 4・・・水平CCDレジスタ 5・・・出力アンプ 6〜9.14a〜14d・・・4相クロツク配線10.
20・・・p型不純物層 11、lla、1lb−n型不純物層 12・・・n型Si基板 13・・・P型不純物層 14.24.34・・・垂直CCDレジスタの選択ゲー
ト14′、24′・・・垂直クロックゲート15.25
・・・n型不純物層(垂直CCDレジスタのチャネル部
) 16.26・・・素子分離用絶8膜 17・・・層間絶縁膜 18.28・・・チャネルストップ用p型不純物層19
、29・・・遮光膜 44.54・・・フィールド・プレート・ゲート64.
74・・・埋め込み型ゲート 代理人弁理士  中 村 純之助 才1図 1’2図 19足尤脹 3  t’J! CCDL’y’ズ7 47I<すccobし“ズタ 5出力アレフ。 第4 図 1P5図( 矛6図 す7図 1ソ it膠 十8昧1 11a、b  n型圧、itt’ytt312  ンし
唱ZSノ°基11才 +3 rv杉は帽

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、第1導電型半導体基板上に形成された第2導電型の
    不純物層内に、二次元状に配列された光電変換素子と、
    上記光電変換素子に蓄積した電荷を読み出す手段とを有
    する固体撮像素子において、上記光電変換素子の下部の
    上記不純物層の深さが、上記光電変換素子の周辺部の少
    なくとも一部において上記光電変換素子の中央部よりも
    浅くなっていることを特徴とする固体撮像素子。
JP61298942A 1986-06-12 1986-12-17 固体撮像素子 Pending JPS63152166A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61298942A JPS63152166A (ja) 1986-12-17 1986-12-17 固体撮像素子
US07/058,825 US4814848A (en) 1986-06-12 1987-06-05 Solid-state imaging device
KR1019870005876A KR900007304B1 (ko) 1986-06-12 1987-06-10 고체 촬상소자

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JP61298942A JPS63152166A (ja) 1986-12-17 1986-12-17 固体撮像素子

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JPS63152166A true JPS63152166A (ja) 1988-06-24

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JP61298942A Pending JPS63152166A (ja) 1986-06-12 1986-12-17 固体撮像素子

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JP (1) JPS63152166A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH022677A (ja) * 1988-06-17 1990-01-08 Fujitsu Ltd 固体撮像素子
JPH0272597U (ja) * 1988-11-22 1990-06-01

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH022677A (ja) * 1988-06-17 1990-01-08 Fujitsu Ltd 固体撮像素子
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