JPS6318664A - Charge transfer type solid-state image sensing element - Google Patents

Charge transfer type solid-state image sensing element

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Publication number
JPS6318664A
JPS6318664A JP61161832A JP16183286A JPS6318664A JP S6318664 A JPS6318664 A JP S6318664A JP 61161832 A JP61161832 A JP 61161832A JP 16183286 A JP16183286 A JP 16183286A JP S6318664 A JPS6318664 A JP S6318664A
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JP
Japan
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electrode
layer
ccd
electrodes
vertical
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Pending
Application number
JP61161832A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Koike
小池 紀雄
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
Masaaki Nakai
中井 正章
Haruhisa Ando
安藤 治久
Shinya Oba
大場 信弥
Hideyuki Ono
秀行 小野
Hajime Akimoto
肇 秋元
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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Publication date
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    • 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
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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  • 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

PURPOSE:To enhance the numerical aperture to a large extent, by expanding gate electrodes, which are formed at an n-th layer, into an area other than a vertical CCD, i.e., an area, in which insulating isolation is required, and providing two functions of a CCD electrode and an insulating and isolating electrode in this layer. CONSTITUTION:A vertical shift resistor 20 is constituted by gate electrodes 21-a, 22-a and 23-a. The electrodes 21-a and 22-a are connected to, e.g., interconnections 21-b and 22-b, which are provided in the horizontal direction. The electrodes are further connected to common interconnections 51 (phi1) and phi2), to which, e.g., clock voltages in first and second phases are applied, and which are provided at the right end. An insulating and isolating plate electrode 23-b is provided between optical diodes 5 or between the optical diode and a CCD and connected to the gate electrode 23-a. The electrodes 23-a and 23-b are connected to a common interconnection 53 (phi3), which supplies a clock voltage. A CCD electrode and the insulating and isolating functions are provided in an area, in which insulation and isolation are required.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に設けられた光電変換素子の光
学情報を取出すために電荷転送素子(Charge T
ransfer Device)を用いた固体撮像素子
に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention uses a charge transfer device (Charge T) to extract optical information from a photoelectric conversion device provided on a semiconductor substrate.
The invention relates to a solid-state image sensor using a transfer device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

固体撮像素子は現行のテレビジョン放送で使用されてい
る撮像用電子管並みの解像力を備えた撮像板を必要とし
、このため垂直方向に500個、水平方向に800〜1
000個を配列した絵素(光電変換素子)マトリックス
とそれに相当する走査素子が必要となる。したがって、
上記固体撮像素子は高集積化が必要なMO3大規模回路
技術を用いて作られ、構成素子として一般にCCDある
いはMOSトランジスタ等が使用されている。
Solid-state imaging devices require an imaging plate with a resolution comparable to that of the imaging electron tube used in current television broadcasting, and for this reason, 500 pieces in the vertical direction and 800 to 1 piece in the horizontal direction are required.
A matrix of 000 picture elements (photoelectric conversion elements) and a corresponding scanning element are required. therefore,
The above-mentioned solid-state image sensing device is manufactured using MO3 large-scale circuit technology that requires high integration, and generally uses a CCD, a MOS transistor, or the like as a component.

第2図に低雑音を特徴とするCCD形固体撮像素子の基
本構成を示す(例えば、織口ほか″縦形オーバフロー構
造CCDイメージセンサの検討、″1981年テレビジ
ョン学会全国大会予稿集、Pρ57〜58)。1は例え
ば光ダイオードから成る光電変換素子、2a、2b、2
cおよび2dは光電変換素子群に蓄積された光信号を垂
直方向Vに転送するための垂直CCDシフトレジスタ、
3は各垂直CCDシフトレジスタからの信号を信号検出
回路4−1の出力端4−2に取り出すための水平シフト
レジスタである。5−1.5−2.6−1゜6−2は各
各垂直シフトレジスタ、水平シフトレジスタを駆動する
クロックパルスを製作するクロックパルス発生器である
。また、7は光ダイオード1にN積されて電荷を垂直シ
フトレジスタ2に送り込む転送ゲートを表わしている。
Figure 2 shows the basic configuration of a CCD type solid-state image sensor, which is characterized by low noise (for example, Origuchi et al., "Study of Vertical Overflow Structure CCD Image Sensor," Proceedings of the 1981 Television Society National Conference, pp. 57-58. ). 1 is a photoelectric conversion element consisting of a photodiode, 2a, 2b, 2
c and 2d are vertical CCD shift registers for transferring optical signals accumulated in the photoelectric conversion element group in the vertical direction V;
3 is a horizontal shift register for taking out the signals from each vertical CCD shift register to the output terminal 4-2 of the signal detection circuit 4-1. 5-1.5-2.6-1.6-2 is a clock pulse generator for producing clock pulses for driving each vertical shift register and horizontal shift register. Further, numeral 7 represents a transfer gate which sends the charge N-multiplied by the photodiode 1 to the vertical shift register 2.

本素子はこのままの形態では白黒撮像素子となり、光電
変換素子の上部にカラーフィルタを積層することによっ
て各光ダイオードは色情報を蓄積することになりカラー
場像素子となる。
In its current form, this element becomes a monochrome image sensor, and by stacking a color filter on top of the photoelectric conversion element, each photodiode accumulates color information and becomes a color field image element.

□ 固体撮像素子は周知のように小型、軽量、メインテ
ナンスフリー、低消費電力など電子管に較べて固体化に
伴う多くの利点を有しており、撮像デバイスとして将来
が期待されているものである。
□ As is well known, solid-state imaging devices have many advantages over electron tubes, such as being small, lightweight, maintenance-free, and low power consumption, and are expected to have a promising future as imaging devices.

しかし乍ら、これまでのCCD形撮像素子は以下のよう
な問題を抱えていた。
However, conventional CCD type image sensors have had the following problems.

(1)垂直方向■にはインタレース走査が行われるが1
本撮像素子においては、第1フイールドで例えば奇数行
目(1,3,5・・・、2N−1)の画素が、第2フイ
ールドでは偶数行目(2,4゜6、・・・2N)の画素
の信号が読出される。この結果、次のフレームの第1フ
イールドにおいては、直前のフィールドで読出しが行な
われなかった行(すなわち奇数行)の信号が新しい信号
に加わって読出される(この現象は一般に残像と称され
ている)。
(1) Interlaced scanning is performed in the vertical direction, but 1
In this image sensor, for example, the pixels in the odd rows (1, 3, 5, . . . , 2N-1) in the first field are the pixels in the even rows (2, 4°6, . . . 2N-1) in the second field. ) are read out. As a result, in the first field of the next frame, the signals from the rows that were not read in the previous field (that is, the odd rows) are added to the new signals and read out (this phenomenon is generally called afterimage). ).

(2)前述のように各フィールドでは画素の信号を1行
飛びにしか読まない。このため、カラー素子の場合は色
フィルタの配列および信号処理に制約が加わり、垂直方
向は画素の半分に相当する解像度しか得られない。
(2) As mentioned above, in each field, pixel signals are read only in every row. For this reason, in the case of a color element, restrictions are imposed on the arrangement of color filters and signal processing, and a resolution corresponding to only half of a pixel in the vertical direction can be obtained.

上記の2つの問題点を解決する方法として、発明者らは
先に第3図に示すようなCCD形撮像素子を出願してい
る(特願昭59−174923号)。
As a method for solving the above two problems, the inventors have previously applied for a CCD type image pickup device as shown in FIG. 3 (Japanese Patent Application No. 174923/1982).

第3図は本素子の構成を示した図である。第2図に示し
た従来素子と異なる点は、垂直CCDシフトレジスタと
水平CCDシフトレジスタである。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of this device. The difference from the conventional device shown in FIG. 2 is the vertical CCD shift register and the horizontal CCD shift register.

第3図において、垂直CCDシフトレジスタ20は水平
方向に配線を持つゲートffi!21.22と、シフト
レジスタ20を覆うように垂直方向に伸びたゲート電極
23とによって構成される。このシフトレジスタ20は
3つの電極21..23a。
In FIG. 3, the vertical CCD shift register 20 has a gate ffi! with wiring in the horizontal direction. 21 and 22, and a gate electrode 23 extending vertically so as to cover the shift register 20. This shift register 20 has three electrodes 21. .. 23a.

22によってシフl−レジスタの1ピツ1〜力”4ff
成される。この結果、各行の光ダイオードに蓄積した信
号電荷は、垂直方向の光ダイオードピッチに相当する1
ビツトによって行毎に独立に信号電荷転送することがで
きるようになり、各フィールドで全行の光電変換素子の
情報を読出すことが可能となる(従来素子の飛び込し読
み出しを改めることができる)。これに伴い、水平CC
Dシフトレジスタも従来素子の2倍の情報を送る転送方
式が必要となる。
22 by Schiff l-Register 1 pit 1~force” 4ff
will be accomplished. As a result, the signal charge accumulated in the photodiodes in each row is 1, which corresponds to the photodiode pitch in the vertical direction.
Bits make it possible to transfer signal charges independently for each row, making it possible to read out information from all rows of photoelectric conversion elements in each field (conventional jump readout of elements can be changed). ). Along with this, horizontal CC
The D shift register also requires a transfer method that sends twice as much information as conventional elements.

第4図(a)は垂直CODシフト1ノジスタ頒域の一部
を拡大して示した平面構成図である。21゜22は配線
21b (図示していない)、22bを兼ねた電極(2
1は例えば第1層目、22は例えば第2層目の多結晶シ
リコンで作る)、23aは第3層目の電極23であり、
光ダイオード領域を横切らないようにするため縦方向に
レイアウトされている6第4図(b)は同図(a)をx
−x’面で切った断面構造図である。10は光ダイオー
ド1dと垂直CCD或は光ダイオード間を電気的に絶縁
分離するための厚い酸化膜、9はアクティブ領域(CO
D領域或は転送ゲート域域70)を形成するための薄い
酸化膜、23は縦に走る3層目の電極を示している。第
4図(c)は同図(a)をy−y’面で切った断面n造
園であり、21゜22.23は第1層目、第2層目、第
3層目の電極を示している。また、20dは基板8(例
えば第1導電型)の上に形成した埋め込みチャンネル層
(例えば光ダイオードと同型の第2導電型)である(こ
の層はCCDシフトレジスタを表面チャンネル形にする
場合は不要である)。ここで、垂直CCD20は3相駆
動力式を示したが、相数の増加をいとわなければn相(
n>3)にしてもよい。また、水平CCDも3相駆動力
式を示したが、2行の光信号を送ることが出来さえすれ
ばよく、m相(m>2)にしてもよい。
FIG. 4(a) is a plan configuration diagram showing an enlarged part of the vertical COD shift 1 noister distribution area. 21° 22 are the wiring 21b (not shown) and the electrode (22b) which also serves as
1 is the first layer, 22 is the second layer made of polycrystalline silicon, for example), 23a is the third layer electrode 23,
In order not to cross the photodiode area, the photodiode area is laid out vertically.
It is a cross-sectional structural diagram cut along the -x' plane. 10 is a thick oxide film for electrically insulating and separating the photodiode 1d and the vertical CCD or photodiode; 9 is an active region (CO
A thin oxide film for forming the D region or transfer gate region 70), 23 indicates a third layer electrode running vertically. Figure 4(c) is a cross-section of landscaping taken along the y-y' plane of Figure 4(a), and 21°22.23 are the electrodes of the first, second, and third layers. It shows. Further, 20d is a buried channel layer (for example, the second conductivity type, which is the same type as a photodiode) formed on the substrate 8 (for example, the first conductivity type). (not necessary). Here, the vertical CCD 20 has a three-phase driving force type, but if you are willing to increase the number of phases, then the n-phase (
n>3). Further, although the horizontal CCD is also shown to be a three-phase driving force type, it is only necessary to be able to send two rows of optical signals, and it may be m-phase (m>2).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この3相構造の固体撮像索子は、前述の2つの問題点を
解消し、実用的に多くの利点を有している。さらに、こ
の撮像素子のもう1つの重要な性能である光感度を現状
より向上しようとする場合、この3層構造を保ち乍ら酸
化膜に凹凸をもたせないプレーナ構造を採用するのが望
ましい。すなわち、第4図のように光ダイオード間、或
は光ダイと オーρぞCDの間の電気的絶縁を厚い酸化膜によって行
おうとすると、酸化膜成長時に酸化膜が垂直CCD、光
ダイオードの領域まで食い込み。
This solid-state imaging probe with a three-phase structure solves the above two problems and has many practical advantages. Furthermore, in order to improve the photosensitivity, which is another important performance of this image sensor, from the current level, it is desirable to adopt a planar structure that maintains this three-layer structure and does not create irregularities in the oxide film. In other words, when attempting to provide electrical insulation between photodiodes or between a photodiode and an OZCD using a thick oxide film as shown in FIG. Dig into it.

CCDおよび光ダイオードの面積を減少させてしまう。This reduces the area of the CCD and photodiode.

この減少分を見込んでCODの面積を予め大きく設計す
ると、開口面積(光の当たる面積)が減少し光感度が低
下する。この開口面積の低下分は将来、解像度向上のた
め画素数を上げようとすると著しく大きくなり、問題で
ある。
If the area of the COD is designed to be large in advance in consideration of this decrease, the aperture area (area that is illuminated by light) will decrease and the photosensitivity will decrease. This decrease in aperture area will become significantly larger in the future if the number of pixels is increased to improve resolution, which is a problem.

開口率の低下を防止するためには、前述のようにCごり
9画素、!@縁の各領域ともに平坦な薄い酸化膜で形成
するプレーナ構造(厚い酸化膜領域のない構造)の採用
を考えることができる。ここで、このプレーナ構造を実
現するためには、酸化膜に頼らない新しい絶縁分離構造
が必要になる。
In order to prevent the aperture ratio from decreasing, as mentioned above, 9 pixels per C,! It is possible to consider adopting a planar structure (a structure without thick oxide film regions) in which each region of the edge is formed of a flat thin oxide film. In order to realize this planar structure, a new insulation isolation structure that does not rely on oxide films is required.

本発明の目的は断絶縁分離構造を達成したCCD形撮像
素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a CCD type image sensor that achieves a dielectric isolation structure.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、固体撮像素子の電荷転送用の垂直CODにお
いて、n層目(例えば1層目)で形成するゲート電極を
垂直CCD以外の領域、すなわち絶縁分離をする必要の
ある領域まで拡張し、この層にCCD電極と絶縁分離1
1i極の2つの機能を持たせるようにしたものである。
The present invention extends the gate electrode formed in the n-th layer (for example, the first layer) to a region other than the vertical CCD, that is, a region that requires insulation isolation, in a vertical COD for charge transfer of a solid-state image sensor. In this layer, the CCD electrode and insulation separation 1
It is designed to have two functions as a 1i pole.

〔作用〕[Effect]

本発明は、CCD電極に絶縁分離用電極としての機能を
もたせた。それによって、素子全体の構成をプレーナ構
造にすることができ、開口率を大幅に向上することが可
能となる。
The present invention provides a CCD electrode with a function as an electrode for insulation separation. Thereby, the overall structure of the element can be made into a planar structure, and the aperture ratio can be significantly improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

第1図は本発明の骨子となる素子の構成を示した実施例
である。第1図において、20は垂直CCDシフトレジ
スタ、30は水平CCDシフトレジスタ、70は転送ゲ
ートである。垂直CCDシフトレジスタ20はグー1〜
電極21−a、22−a。
FIG. 1 is an embodiment showing the structure of an element which is the gist of the present invention. In FIG. 1, 20 is a vertical CCD shift register, 30 is a horizontal CCD shift register, and 70 is a transfer gate. The vertical CCD shift register 20 is
Electrodes 21-a, 22-a.

23−8から構成されており、電極21−aと22−a
は例えば水平方向に走る配置21−b。
23-8, electrodes 21-a and 22-a
For example, the arrangement 21-b runs in the horizontal direction.

22−bにつながっている。右端に設けた例えば第1相
および第2相目のクロック電圧を印加する共通配線51
(φt)、52(φ2)に共通に接続されている。23
−bは光ダイオード間或は光ダイオードとCCl)の間
の領域に設けた絶縁分離用プレート電極であり、これは
ゲート’GL 極23− aとつながっている。これら
のg極23  a、23−bは上端に設けた例えば第3
相目のクロック電圧を印加する共通配線53(φ3)に
共通に接続されている。
22-b. For example, a common wiring 51 provided at the right end for applying the first phase and second phase clock voltages.
(φt) and 52 (φ2). 23
-b is an insulating plate electrode provided in a region between the photodiodes or between the photodiodes and the CCl, and is connected to the gate 'GL' pole 23-a. These g-poles 23a, 23-b are connected to, for example, a third electrode provided at the upper end.
They are commonly connected to a common wiring 53 (φ3) to which the phase clock voltage is applied.

第5図は本実施例の特徴部分である前記電極23の平面
レイアウト構成の一例を示したものである(簡単のため
3X3画素の例を図示した)。
FIG. 5 shows an example of the planar layout configuration of the electrode 23, which is a feature of this embodiment (for simplicity, an example of 3×3 pixels is shown).

本実施例ではゲート電極23−aとプレート電極23−
bが網目状に配置され、上端でクロック配線53(φ8
)に接続されている。
In this embodiment, the gate electrode 23-a and the plate electrode 23-a
b are arranged in a mesh pattern, and a clock wiring 53 (φ8
)It is connected to the.

第6図(a)は第1図に示した素子の構成単位、すなわ
ち画素の平面レイアウト構成を示す図、同図(b)は同
図(a)をXl−X1’面で切断した断面構造図、同図
(C)は同図(a)をX2−X2’面で切った断面構造
図、同図(d)は同図(a)を’/171’面で切った
断面構造図をそれぞれ示す。第6図(、)において、1
は光ダイオード領域、200は垂直CCDシフトレジス
タ領域、700は転送ゲート領域、210−a、220
−a、230−aはゲート電極領域、210−b。
6(a) is a diagram showing the planar layout configuration of the constituent unit of the element shown in FIG. 1, that is, a pixel, and FIG. 6(b) is a cross-sectional structure of FIG. 6(a) taken along the Xl-X1' plane. The figure (C) is a cross-sectional structural diagram of the same figure (a) taken along the X2-X2' plane, and the same figure (d) is a cross-sectional structural diagram of the same figure (a) taken along the Each is shown below. In Figure 6 (,), 1
200 is a photodiode region, 200 is a vertical CCD shift register region, 700 is a transfer gate region, 210-a, 220
-a, 230-a is a gate electrode region, 210-b.

220−bは配線領域である。また、230−aはゲー
ト電極領域、230−bは絶縁分離プレート電極領域で
ある。ここでは、絶縁分離プレート電極領域230−b
は、垂直C0D2oOと光ダイオード領域1との間、及
び光ダイオード領域間のすべてに配置されているが、光
ダイオード領域間は配線領域210−b、220−bの
電極を利用して分離しても、または、この配線領域21
0−b、220−bの基板表面に不純物による障壁を設
けて、分離してもよい。このときには、230−bは必
ずしも設ける必要はない。光ダイオード間のプレート電
極領域230−bは、配線領域210−bより細くても
よい。
220-b is a wiring area. Further, 230-a is a gate electrode region, and 230-b is an insulating separation plate electrode region. Here, insulating separation plate electrode region 230-b
are arranged between the vertical C0D2oO and the photodiode region 1 and between the photodiode regions, but the photodiode regions are separated using the electrodes of the wiring regions 210-b and 220-b. Also, or this wiring area 21
A barrier made of impurities may be provided on the surfaces of the substrates 0-b and 220-b to separate them. At this time, 230-b does not necessarily need to be provided. The plate electrode region 230-b between the photodiodes may be thinner than the wiring region 210-b.

同図(b)において、1−aは光ダイオード(第1導電
型の基板8と異なる第2導電型の半導体層、例えばn型
)、200−cは垂直CCD200を埋め込みチャンネ
ル型にする不純物層(例えばn型、木屑は垂直COD表
面チャンネル型にする場合は無くてもよい)、9oはア
クティブ(ゲート)酸化膜である。23oはゲート電極
230− a 、分離プレート電極230−b、および
転送ゲート電極700−bを兼ねた最下層の電極である
(ここでは、転送ゲートも電極23〇−a、230  
b等と兼用し最下層の電極で形成したが、転送ゲートを
別の電極に分け、例えば電極230−a、230  b
を第1層目の電極、転送ゲートを第2層目のmVAで形
成しても構わない)。
In the same figure (b), 1-a is a photodiode (semiconductor layer of a second conductivity type different from the substrate 8 of the first conductivity type, e.g. n-type), and 200-c is an impurity layer that makes the vertical CCD 200 a buried channel type. (For example, n-type, the wood chips may be omitted if a vertical COD surface channel type is used), and 9o is an active (gate) oxide film. Reference numeral 23o denotes a bottom layer electrode that also serves as a gate electrode 230-a, a separation plate electrode 230-b, and a transfer gate electrode 700-b (here, the transfer gate is also the electrode 230-a, 230-b).
Although the transfer gate is formed as the lowest layer electrode, it is also used as the electrode 230-a, 230-b, etc.
(The electrode may be formed as the first layer, and the transfer gate may be formed using mVA as the second layer.)

330は分離用プレート電極230−bの下に設けた不
純物層である。330は基板と同型(例えばp型)かつ
、基板より不純物濃度の高い層であり、プレート電極下
のしきい値電圧を高くする役割を果す。不純物層330
とプレート電極により光ダイオード間、光ダイオードと
垂直CODの間、或いは垂直CCDと水平CCDの間は
電気的に分離(電荷や電流のやりとりがない状態)され
る。
330 is an impurity layer provided under the separation plate electrode 230-b. A layer 330 is of the same type as the substrate (for example, p-type) and has a higher impurity concentration than the substrate, and serves to increase the threshold voltage under the plate electrode. Impurity layer 330
The photodiodes, the photodiodes and the vertical CODs, or the vertical CCDs and the horizontal CCDs are electrically isolated (in a state where no charge or current is exchanged) by the plate electrodes.

ここで、例えば基板等の不純物濃度が高くて、所定のし
きい値電圧が得られる場合は、不純物層330は無くて
もよく、この場合にはプレート電極のみで絶縁分離を行
うことができる。
Here, for example, if the impurity concentration of the substrate is high and a predetermined threshold voltage can be obtained, the impurity layer 330 may be omitted, and in this case, insulation isolation can be performed only with the plate electrode.

第6図(Q)において、210−aは垂直CCDを構成
するゲート電極、330は不純物層であり分離用プレー
ト電極230−bと一体になって光ダイオード間、光ダ
イオードとCODの間の絶縁分離を行う。
In FIG. 6(Q), 210-a is a gate electrode constituting a vertical CCD, and 330 is an impurity layer which is integrated with the isolation plate electrode 230-b to provide insulation between the photodiodes and between the photodiode and the COD. Perform separation.

第6図(d)は垂直CCD200を垂直方向に切った断
面の構造を示す。230−aは第1層目で形成したゲー
ト電極、210−aは例えば第2層目(或いは第3層目
)で形成したゲート電極、220− aは例えば第3層
目(或いは第2層目)で形成したゲート電極である。こ
れらのゲート電極は例えば多結晶シリコンを用いてもよ
いし、Mo、W等の耐熱金属、或はこれらの金属のシリ
サイドを用いてもよい。ここで、プレート電極230に
は、パルス発生器53(φ8)から、例えばI#H+1
  (高)、″M″ (中)、”L”  (低)の3値
からなるパルス性の電圧が印加される。
FIG. 6(d) shows a cross-sectional structure of the vertical CCD 200 taken in the vertical direction. 230-a is a gate electrode formed in the first layer, 210-a is a gate electrode formed in the second layer (or third layer), and 220-a is a gate electrode formed in the third layer (or second layer). The gate electrode was formed using For these gate electrodes, for example, polycrystalline silicon may be used, heat-resistant metals such as Mo and W, or silicides of these metals may be used. Here, the plate electrode 230 is supplied with, for example, I#H+1 from the pulse generator 53 (φ8).
A pulsed voltage consisting of three values: (high), "M" (medium), and "L" (low) is applied.

“H″、“L +tによりゲート電極230− aの駆
動を、11 M I+電圧により分離プレート電極23
0−bの下を絶縁分離状態にすることなどが考えられる
The gate electrode 230-a is driven by "H" and "L +t, and the separation plate electrode 23 is driven by the 11 M I+ voltage.
It is conceivable to place the area under 0-b in an insulating and isolated state.

第7図は垂直CCD200を構成する電極を上。FIG. 7 shows the electrodes constituting the vertical CCD 200 at the top.

中、下と区別した場合に、上側のゲート電極210′−
aを最下層(第1層目)の電極で形成し、下側のゲート
電1220−aを第2層目の電極で形成、中側のゲート
電極230’ −aを第3層目の電極で形成した場合の
実施例である。ここでは、転送ゲート700も第1層目
で形成されている。 210’−bは第1層目で形成し
た分離用プレート電極である。したがって、ゲート電極
230’ −aの配線230’ −bはゲート電極21
0’ −aを構成する第1層目の配線の上部を走ること
になる。
When distinguishing between middle and lower gate electrodes, the upper gate electrode 210'-
a is formed with the electrode of the bottom layer (first layer), the lower gate electrode 1220-a is formed with the electrode of the second layer, and the middle gate electrode 230'-a is formed with the electrode of the third layer. This is an example in which it is formed by Here, the transfer gate 700 is also formed in the first layer. 210'-b is a separation plate electrode formed in the first layer. Therefore, the wiring 230'-b of the gate electrode 230'-a is connected to the gate electrode 21
It runs above the first layer wiring that constitutes 0'-a.

第8図は転送ゲートを第7図のように第1層目で形成せ
ず、ゲート電極230’ −aと同層の電極で形成した
実施例である。ゲート電極210′−aおよび分離用プ
レート電極210’ −bは領域210’ −b’ で
つながっているので、転送ゲート領域(700の部分)
では第7図のようにつながっていない。すなおち、第1
層目の電極は700の部分には存在しないので、ゲート
電極230’ −aと同層の電極230’ −700’
 が転送ゲートを形成することになる。
FIG. 8 shows an embodiment in which the transfer gate is not formed in the first layer as in FIG. 7, but is formed in the same layer as the gate electrode 230'-a. Since the gate electrode 210'-a and the isolation plate electrode 210'-b are connected in the region 210'-b', the transfer gate region (700 part)
In this case, they are not connected as shown in Figure 7. Sunaochi, 1st
Since the electrode in the layer 700 does not exist in the part 700, the electrode 230'-700' in the same layer as the gate electrode 230'-a
will form a transfer gate.

以上の実施例は、電極210−a、220−aに電圧を
供給する共通配線を右端に設けたが、反対側の左端に配
置するようにしてもよい。また、電極230−aに電圧
を供給する共通配線530は上端に設けた場合を図示し
たが、この配線530は下端に配置するようにしてもよ
い(例えば光ダイオードアレーの周辺に相当する垂直C
CDと水平CCDの間に配置してもよいし、また、水平
CCDを飛び越えて水平CCDの下側に配置するように
してもよい)。
In the above embodiment, the common wiring for supplying voltage to the electrodes 210-a and 220-a was provided at the right end, but it may be arranged at the opposite left end. Further, although the common wiring 530 that supplies voltage to the electrode 230-a is shown as being provided at the upper end, it may be arranged at the lower end (for example, the vertical C
It may be arranged between the CD and the horizontal CCD, or it may be arranged below the horizontal CCD, jumping over the horizontal CCD).

第1図の実施例においては、電極23の配線53′を上
側に設けたが、第9図の実施例に示したように配線53
′を例えば左側に設置し、配線52′を例えば右側に設
置し、配線51′を上側に設置するようにしてもよい、
また、第10図の実施例に示したように、垂直CCD2
00の左右で分離用プレート電極230を別々の電極に
分けるようにしてもよい。230−Rは第1図の場合と
同様、垂直CCDのゲート電極230−aおよび転送ゲ
ート電極700につながる6分離用プレート電極230
−りは分離専門のプレート電極である。これらの電極は
一端で共通配線530−R。
In the embodiment of FIG. 1, the wiring 53' of the electrode 23 is provided on the upper side, but as shown in the embodiment of FIG.
' may be installed, for example, on the left side, wiring 52', for example, on the right side, and wiring 51', for example, on the upper side.
Further, as shown in the embodiment of FIG. 10, the vertical CCD 2
The separation plate electrode 230 may be divided into separate electrodes on the left and right sides of 00. 230-R is a six-separation plate electrode 230 connected to the gate electrode 230-a of the vertical CCD and the transfer gate electrode 700, as in the case of FIG.
-The other is a plate electrode specializing in separation. One end of these electrodes is a common wiring 530-R.

530−Lに接続され、各々の配線には所定の電圧が印
加される。ここで、配、@230−Lは分離専門であり
他に機能を持たないので、前述の中間電圧(11M +
+ )、或は、素子の基準となる電圧(例えばアース電
圧)に落しておいてもよい。あるいは、プレート電12
30−Lにも分離以外の機能を持たせるようにし、例え
ばプレート1と極を強烈な光が入射したときに発生する
過剰電荷を吸収するのに利用するようにしても構わない
(この過剣電荷吸収は一般にオーバフロードレインと称
されている)。
530-L, and a predetermined voltage is applied to each wiring. Here, since the wiring @230-L is specialized in separation and has no other functions, the intermediate voltage (11M +
+), or it may be lowered to a reference voltage (for example, ground voltage) for the element. Alternatively, plate electrode 12
30-L may also have a function other than separation, for example, plate 1 and the pole may be used to absorb excess charge generated when intense light is incident. Charge absorption is commonly referred to as overflow drain).

以上、実施例を用いて本発明の構成および構造について
説明してきたが、上記以外の実施例の他にも語種の構成
および構造を考えることができる。
Although the configuration and structure of the present invention have been described above using examples, it is possible to consider configurations and structures of word types in addition to the examples other than those described above.

例えば、分@1!極は第1層目と第2層目を用いて形成
してもよい(したがって、素子を形成する電極の層数は
n層〔nは3以上の整数〕となる)。
For example, min@1! The pole may be formed using the first layer and the second layer (therefore, the number of electrode layers forming the element is n layers [n is an integer of 3 or more]).

分離用電極の下はゲート電極の下と同じ膜厚の酸化膜を
用いてきたが、ゲート電極と全く同じ膜厚である必要は
なく、ゲート電極下より若干薄くしてもよいし、或は厚
くすることも考えられる。
An oxide film with the same thickness as that under the gate electrode has been used under the separation electrode, but it does not have to be exactly the same thickness as the gate electrode, and may be slightly thinner than under the gate electrode, or It is also possible to make it thicker.

さらに、第11図に示すように一部の領域は従来素子の
場合と同様に厚い酸化膜とし、薄い酸化膜と厚い酸化膜
を併用する構造にしてもよい。
Further, as shown in FIG. 11, a thick oxide film may be formed in some regions as in the case of the conventional element, and a structure may be adopted in which both a thin oxide film and a thick oxide film are used.

本実施例は第6図(Q)に示したX2−X2’面で切っ
た構造に相当する図であり、100は厚い酸化膜、33
0’は厚い酸化膜の下に形成した不純物層(例えば基板
より濃度の高いp型)である。
This example is a diagram corresponding to the structure cut along the X2-X2' plane shown in FIG. 6(Q), where 100 is a thick oxide film, 33
0' is an impurity layer (for example, p-type with higher concentration than the substrate) formed under the thick oxide film.

本不純物層は前述の様にしきい値電圧を高くして絶縁分
離をよくするためのものであるが、分離上の支障がなけ
れば本不純物層は無くてもよい。本構造においては、第
1図の実施例に示したように総て薄い酸化膜を用いた場
合に較べると若干開口率は低下するが、従来のように分
離を総て厚い酸化膜によって行う場合に較べると開口率
は数十%高くなり大きな実用価値を有している。
This impurity layer is used to increase the threshold voltage and improve insulation isolation as described above, but this impurity layer may be omitted if there is no problem in isolation. In this structure, the aperture ratio is slightly lower than when all thin oxide films are used as shown in the embodiment of FIG. Compared to this, the aperture ratio is several tens of percent higher and has great practical value.

本発明の分離構造が大きな効果を示すのは、垂直、水平
方向ともに、すなわち二次元方向に寸法の制約を受ける
画素領域(垂直CCD、光ダイオード等で構成される領
域)である。水平CCDは水平方向には寸法の制約を受
けるが、垂直方向には寸法の制約を受けないので十分な
面積を取ることができる。また、信号検出回路4−1も
アレー状に並んでいるわけではなく、通常1個から3個
であるから、垂直、水平方向ともに十分な面積を割当て
ることができる。このような場所的な特徴を生かして第
12図に示すように、画素領域2000の分離は第1図
に示したように薄い酸化膜と分離用プレート電極で構成
するようにし、水平CCD領域3000.信号検出回路
領域4. OOO、水平CCDと垂直CCDの開領域5
000の分離などは従来と同様の厚い酸化膜によって行
ってもよいし、厚い酸化膜にさらに分離用プレート電極
を加えて行ってもよいし、或は従来よりは若干薄くした
酸化膜に分離用プレート電極を加えて行うようにしても
よい。
The isolation structure of the present invention is highly effective in pixel regions (regions composed of vertical CCDs, photodiodes, etc.) that are subject to size constraints both vertically and horizontally, that is, in two-dimensional directions. A horizontal CCD is subject to size constraints in the horizontal direction, but is not subject to size constraints in the vertical direction, so it can take up a sufficient area. Further, since the signal detection circuits 4-1 are not arranged in an array, but are usually one to three, a sufficient area can be allocated in both the vertical and horizontal directions. Taking advantage of these locational characteristics, as shown in FIG. 12, the separation of the pixel area 2000 is made up of a thin oxide film and a separating plate electrode as shown in FIG. 1, and the horizontal CCD area 3000 is .. Signal detection circuit area 4. OOO, horizontal CCD and vertical CCD open area 5
Separation of 000, etc. may be performed using a thick oxide film similar to the conventional one, or may be performed by adding a plate electrode for separation to the thick oxide film, or an oxide film slightly thinner than the conventional one may be used for separation. This may be done by adding a plate electrode.

また、以上の実施例においては水平CCDシフトレジス
タは1列の場合を図示したが、情報転送量の多い場合、
或は将来高解像になって走査速度が上がる場合などは2
列(Qは2以上の整数)設けるようにしてもよい。この
ように水平CCDを複数列配貨する場合には水平CCD
の間に前述のように分前用プレート電極を配置して、水
平CCI)間の絶縁分離を行ってもよいし、水平CCD
領域は面積上の余裕があるので、従来の場合のように厚
い酸化膜を用いて水平CCD間の分離を行うようにして
もよい。
Furthermore, in the above embodiments, the case where the horizontal CCD shift register is in one column is illustrated, but when the amount of information transferred is large,
Or, if the scanning speed increases due to high resolution in the future, 2.
A column (Q is an integer of 2 or more) may be provided. When arranging multiple horizontal CCDs in this way, horizontal CCD
A dividing plate electrode may be placed between the horizontal CCDs as described above to provide insulation separation between the horizontal CCDs.
Since there is ample space in the area, a thick oxide film may be used to separate the horizontal CCDs as in the conventional case.

以上説明したように、本実施例によれば、 CCOシフ
トレジスタを構成する3層(第1層目、第2層目、第3
層目)の導体のうち1層に、シフトレジスタ用のゲート
tx極という本来の役割の他に、電気的な絶縁分離(画
素間の分離2画素と垂直CCDシフトレジスタの間の分
離、垂直CCDと水平CCDシフトレジスタの間の分離
など)という大切な役割を受は持たせることができるた
め、次のような効果を得ることができる。
As explained above, according to this embodiment, the three layers (first layer, second layer, third layer) constituting the CCO shift register
In addition to its original role as the gate tx pole for the shift register, one of the conductors in the second layer (layer) has electrical isolation (separation between pixels, separation between two pixels and vertical CCD shift register, vertical CCD Since the receiver can play an important role (such as separating the horizontal CCD shift register and the horizontal CCD shift register), the following effects can be obtained.

絶縁分離に必要な寸法(面積を著しく低減できるため、
(1)開口面積を拡大することができる。
Dimensions required for insulation separation (because the area can be significantly reduced,
(1) The opening area can be expanded.

(2)画素寸法を縮小することができる、(3)CCD
シフトレジスタの運び得る電荷量を拡大することができ
る。これらの効果は、光感度、解像度、ダイナミックレ
ンジ、などの向上をもたらし、本発明は実用上大きな価
値を有している。
(2) The pixel size can be reduced; (3) CCD
The amount of charge that the shift register can carry can be expanded. These effects bring about improvements in photosensitivity, resolution, dynamic range, etc., and the present invention has great practical value.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、固体撮像索子全体をプレーナ構造にす
ることができるため、光電変換部の開口率を高くするこ
とができるという効果がある。
According to the present invention, since the entire solid-state imaging probe can have a planar structure, there is an effect that the aperture ratio of the photoelectric conversion section can be increased.

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

第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図及び第3図
は従来の固体撮像素子を示す図、第4図は第3図の固体
撮像素子の一部分を拡大して示す図、第5図は第1図の
一部を抜き出して示す図。 第6図は第1図の一部分を拡大して示す図、第7図及び
第8図は本発明の他の実施例を示す図、第9図、第10
図、第11図及び第12図は本発明のさらに別の実施例
を示す図である。 代理人 弁理士 小川勝男  ) 1.・−1 第 1 凹 210−Q 、220−α、250−α・・ケ“−ト電
十に210−b、220−ト・・西乙乎、(zao−b
 ・・・季看り呼名(多ト吉佳1戸A7°L−ト電斗ぜ
し早 2  図 1− 尤り゛イオード 2  *亘ccoシフトし5“ズタ 3・・神(平ccpシフトし5゛スタ 4・・信号検出回了各 5、る・・クロックQllルス発生器−7・・寺ム迭ヂ
ート 早 3  目 2ノ、22.25 ・・・シフ“−)4f&3・・午像
体龜扱 ? ・アクライブjt fe、El (、、;’jlい
酸化膜)10 ・−41k’9j隨TfL @ (L 
III (4・4 ig更)2oこ・埋め込み+マンオ
ル1 zoo  、第 69 i  ブ・ : 200   椿 7 図 230’−7oo′−に道ゲート電ネ1tqrl第 9
8 早 70 の 第 11  目 第72 口 1oo・・・絶&分雌用酸化侯
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a conventional solid-state image sensor, and FIG. 4 is an enlarged view of a part of the solid-state image sensor in FIG. 3. , FIG. 5 is a diagram showing a part of FIG. 1 extracted. FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG. 1, FIGS. 7 and 8 are views showing other embodiments of the present invention, and FIGS.
11 and 12 are diagrams showing still another embodiment of the present invention. Agent: Patent Attorney Katsuo Ogawa) 1.・-1 1st concave 210-Q, 220-α, 250-α・・kettodenju 210-b, 220-to・nishi otsu, (zao-b
... Seasonal name (Tato Yoshika 1 door A7°L-Todento Zeshi Haya 2 Figure 1- Yori゛Iode 2 *Wataru cco shift 5 "Zuta 3... God (Taira ccp shift 5 Stars 4...Signal detection completed 5 times, 1...Clock Qll Lux generator-7...Temple entry early 3rd 2nd, 22.25...Shift "-)4f&3...M Handling of the image body? ・Alive jt fe, El (,, ;'jl thin oxide film) 10 ・-41k'9j 隨TfL @ (L
III (4.4 ig updated) 2 o Ko・embedding + Manor 1 zoo, No. 69 i Bu: 200 Tsubaki 7 Figure 230'-7oo'- to road gate electricity 1tqrl No. 9
8 early 70th 11th 72nd mouth 1oo...absolute & minute female oxidation prince

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、同一半導体基板上に設けられた複数の光電変換素子
と、この光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力に向
けて転送する電荷移送素子群とからなる固体撮像素子に
おいて、上記該電荷移送素子群を構成するゲート電極を
n層(nは2以上の整数)の導電体層で形成し、かつ、
n層のうち最も基板に近い層の電極を少なくとも上記電
荷移送素子と光電変換素子との間の画素分離領域に設け
、絶縁分離用電極としたことを特徴とする電荷移送形固
体撮像素子。 2、特許請求の範囲第1項において、前記絶縁分離用電
極を前記光電変換素子間の画素分離領域にも設けたこと
を特徴とする電荷移送形固体撮像素子。
[Claims] 1. A solid-state imaging device consisting of a plurality of photoelectric conversion elements provided on the same semiconductor substrate and a group of charge transfer elements that transfer signal charges accumulated in the photoelectric conversion elements toward output. wherein the gate electrode constituting the charge transfer element group is formed of n conductor layers (n is an integer of 2 or more), and
1. A charge transport type solid-state image sensor, characterized in that an electrode of the layer closest to the substrate among the n layers is provided at least in a pixel separation region between the charge transport element and the photoelectric conversion element, and serves as an electrode for insulation separation. 2. A charge transport type solid-state imaging device according to claim 1, characterized in that the insulation separation electrode is also provided in a pixel separation region between the photoelectric conversion elements.
JP61161832A 1986-07-07 1986-07-11 Charge transfer type solid-state image sensing element Pending JPS6318664A (en)

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JP61161832A JPS6318664A (en) 1986-07-11 1986-07-11 Charge transfer type solid-state image sensing element
US07/070,552 US4908684A (en) 1986-07-07 1987-07-07 Solid-state imaging device
KR1019870007209A KR900007234B1 (en) 1986-07-07 1987-07-07 Charge transfer type solid state imaging device

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5598017A (en) * 1993-11-11 1997-01-28 Nec Corporation Image sensor having charge coupled device registers and driving method thereof
US5733214A (en) * 1995-05-30 1998-03-31 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha System for adjusting tension of endless transmitting belt in internal combustion engine

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