JPS63190383A

JPS63190383A - 電荷転送デバイス

Info

Publication number: JPS63190383A
Application number: JP62214602A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Shiraki; 白木　広光
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1987-08-28
Publication date: 1988-08-05

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】本発明は、電荷転送デバイスを用いた固体撮像装置に関
するものである。

最近電荷転送デバイス（ＣＣＤ）を用いて全固体の撮像
デバイスを実用化しようとするこころみかおこなわれて
いる。この電荷転送を用いた撮像デバイスは、通常の撮
像管に較べて撮像部分の小型化、高信頼性、Ｓ／Ｎ比の
向上等が大きく期待されている。しかしながら、従来の
電荷転送を用いたフレーム転送方式の二次元撮像デバイ
スの光電変換部は、通常の場合−次元のＭＯＳキャパシ
ターを多数配列した構造を有している。従って、−絵素
当りの電荷の最大蓄積量は、１個のＭＯＳキャパシター
のキャパシタンスとそれに印加されする位置のＭＯＳキ
ャパシターに入りきれず、電荷の転送方向に流れて隣接
するキャパシターに入ってしまう。発生した電荷量がさ
らに大きい場合にはさらにそのとなりのキャパシターに
電荷がはいっていく。、この現象は固体撮像装置に固有
のゾルーミング現゛門として観測され、画像の品位をい
ちじるしく落してしまう欠点となっていた。

このようなブゝルーミング現象を防止するために、従来
オーバーフロードレインを構成せしめることが提案され
ている。

第１図は従来提案されているフレーム転送方式の撮像装
置の撮像部の一部拡大図である。第１図においてｌはｐ
型シリコン基板、２はその上に形成されたＳｉｎ、層を
示し、３は透明電極、４と６はオーバーフローバリヤー
（ｐｆ＋ＪｉｆＭ）、５はオーバーフロードレイン領域
（ｎ領域）である。

該構成において、前記透明電極３に第２図に示したよう
な３相のクロックパルスが電極に順次に印加されている
。

今３相パルスの５ちφ、が基板に対してプラス（＋）で
あり、φ１．φ、が基板に対して雰（０）、すなわち、
のデバイスの一つのφを電極に光があると電子と正〜孔
のペアーが発生し、正孔は基板とオーミック接触を形成
する砲、極から外に出るが、電子はφ、電極の下にた。

（わえられる。φ、電極下にたくわえらる最大電荷量は
φ、電極の酸化膜キャパシタンスと、それに印加される
実効電圧の積である。強い光が入射したときには、前ｉ
ピの電荷量よりも大きい電荷が発生するので、φ、電極
の下に蓄積された電荷は、もしオーバーフローバリアー
の部分の表面電位がφ１．φ、下の表面電位より少であ
るならφ１．φ。

下に形成されているチャンネルを通って別のφ。

電極下に漏洩する。

このような漏洩によって蓄積された′電荷も当然映像信
号として転送され、アウトプットから読みだされるので
、画像上ではゾルーミング現象を生じ、ゾルーミング現
象の本質的防止策にはならない。従って、この構造にお
いてブルーミングを防止するためには、オーバーフロー
バリアーの部分の表面電位なφ８．φ１部分のそれより
高くする必要がある。しかし、このような条件が満たさ
れたと＃　ニハ：ｔ　−ハーフｐ−ドレインとブゝルー
ミンクバリヤーのオーバ→、７　＋−−ドレインに近い
領域に人、Ｊ射した光はオーバ、＝７０−ドレインから外部にと１−
ｍ−′ りだされるため光電感度が着るしく悪化してしま５欠点
があった。さらに基板の奥深くまで発生した電荷は近接
するφ、電極下に流れ込み解像度が劣化する欠点もあっ
た。

本発明の目的は、前記従来の欠点を除去せしめ、高い光
電感度を備え、ゾルーミング現象や解像度の劣化を防止
せしめた嘔荷転送デバイスを提供することにある。

本発明によれはシリコン半導体基板の一方の面上に絶縁
膜を設け、該絶縁膜上に複数個の電極を設け、この・成
極に電圧を印加することによって絶縁膜上のシリコン半
導体基板内で電荷転送デバイスにおいて、前記シリコン
半導体基板の絶縁膜がＶけられた対向面に、前記シリコ
ン半導体基板より不純物濃度の低い半導体層もしくはシ
リコン半導体基板の導′１１１ｃ型と異なる導電型を有
する半導体層を設けてなることを特徴とする電荷転送デ
バイスが得られる。

以下本発明につい゛二ソ、実施例を示す図面を用いて詳
述する。

第３図は本発明の第一の実施例を示す撮像デバイスのチ
ャンネル部分の断面図である。

第３図において１．２．３に第１図に示した同様の構成
要素であり、同様の働きを示す。また３４は基板より７
クセプタ一不純物濃度の低いｐ型環体層である。この半
導体層は通常の方法によってデバイスを形成したのち、
デバイスの裏面を化学研磨して厚さを１０〜３０μ程度
にしｎ型不純物を拡散して形成する。この拡散層の表面
での表面再結合速度は１０６〜１０’■／冠程度の非常
に大きい値になる・φ１．φ２．φ、に第２図のような
タイミングで電圧を印加すると矢印３５の方向に電荷が
移動する。さて、このデバイスにおいて、光が酸化膜側
から入射し【、領域１あるいは３４で吸収されると電子
、正孔対を発生し、φ、電極下に先にのべた飽和電荷量
だけの電荷が蓄積される。しかし、この構造の場合には
、３４０表面での電子に対する再結合速度が非常に大き
いので、φ、″＃Ｍ、極に入らてそとで再結合してしま
うのでＳｔＯ，下のチャン−ら　− ネルを通って隣接するφ、電極の下に漏洩する電荷は少
くなる。また、領域３４で発生した電子はビルトインフ
ィールドのために領域１に拡散しないので先に説明した
ような解像度の劣化を生じない。

このようなｐ一層３４を設ゆることによって、可視光に
対する光電感度を低下することなく、二次元撮像装置に
おけるブルーミング面積を従来のＣＣＤ撮像装置（オー
バーフロードレインおよび、オーバーフローバリヤーを
もたない通常のＣＣＤ撮像装置）に較らべて数分の１以
下にすることができた。

第４図は、絶縁膜の第二の実施例を示し、プルーミング
が少くかつ光電感度の高いＣＣＤ撮像デバイスの別の構
造を示す。第４図において１．２．３は第１図と同様の
構成要素を示し、同様の役割を果す。第４図において、
４４はｎｍ半導体層である。このデバイスの１，２．３
には通常の界面チャンネル型のＣＯＤとして働くように
電圧を印″〜加し、１と４４０間゛には逆バイアス電圧４５を印加す
る。このような状態で素子の一部に強い光が入射すると
、半導体層４４は１の中で発生した過剰電子の吸い口と
して働くので、隣接するφｔ’に極の下へ流れる過剰電
荷は大巾に減少する。しかし、可視域での光電感度、特
に短長波の光に対する光電感度は、このｎ警手導体層を
設けることによっ【、殆んど減少しない。この構造にお
いて、特に１の厚さを５〜１０μｍにした場合には、こ
の方法は特に有効でプルーミング面積を従来の装置の数
分の１以下にすることができた。

またバイアス電圧４５の大きさを変化させることによっ
てφ、電極下に蓄積し得る電荷量を決めることができる
。

すなわち、バイアス電圧４５の大きさによってφ、下に
蓄積できる電荷量を定め、それ以上の電荷は半導体４４
に流出させることができるのである。

従って電荷蓄積時においてφ、下に最大の電荷が蓄積し
たときのφ、下の表面電位がφ８．φ、下の表面電位よ
り大きくなるように諸条件（半導体１．４４の不純物渓
度、半導−）ｌや酸化膜２の厚さ、φ。

や電圧４５の大きさｋど）を調整しておけば、φ。

下に蓄積した電荷が隣接するφ、電極下に流出すること
はないから完全なブ゛ルーミング防止が実現される。さ
らに、バイアス電圧４５の大きさを変化させることによ
って、半導体層１の有効領域の巾な変化させ、光電感度
を光の強度に応じて変化できるという効果も得られる。

第５図は、本発明の第三の実施例を示すプルーミングの
少ない固体撮像デバイスの別の構造を示す。第５図にお
いて、１，２．３は第１図と同様の構造要素であり、同
様の役割を果す。第５図において５４は転送電極からは
なれるに従って７クセプタ一濃度が低くなる領域を示す
。また、５４の裏面はサンドブラスト等をおこなって、
キャリヤの再結合速度を大きくしておくことが望ましい
。

この構造において、１と５４の境界の７クセプタ一濃度
を１０”／−として５４の裏面での７クセプタ一濃度を
１０”／ａＡとすると、１と５４の境界から裏面に向っ
て約０．３５ボルトのビ矛ルトイン（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ
）１を圧が生ずる。゛。この電圧に起因した電界に・よ
り”Ｃ５４（１）ｄｐ”Ｑ−社′え□、よう６．９工。

フトしそこで再結合する。また、１と５４の界面は、１
の中で発生した電子の吸い口として働く。

従って、強い光によって発生した電荷のうちφ。

電極下に入ることのできなかった過剰電荷は、はとんと
この吸い口から吸収されるので、１や５４中で発生した
電荷の隣接したφ、電極への電荷の拡かりは減少する。

以上実施例から明らかなように、本発明によれば、光電
感度を劣化させることなくｆルーミング現象を防止せし
めた電荷転送デバイスを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一次元ＣＣＤ、あるいは二次元ＣＣＤ撮
像装置の光電変換部分の構造を示し、１は２厘シリコン
基板、２はＳｉｎ、膜、３は転送電極、４．６はプルー
ミングバリヤーとなるｐ領域、５はｎ領域である。第２
図は第１図の電極３を駆動するパルスの波形である。第
３図は本発明の第′ン一の実施例を、第４図は本発明の第二の実施例を、第５
図は本発明の第三の実施例を示す。同図において、１．
２．３は第１図の１．２．３と同様の構成要素を示し、
３４は基板よりアクセプター濃度が低い半導体層を示し
、３５は電荷の転送方向を示す。さらに、４４はｎ型半
導体層、４５は逆バイアスする電源、５４は１に接触し
た部分から徐々にアクセプター濃度が減少するような半
導体層を示す。早１目第２　已

Claims

【特許請求の範囲】

シリコン半導体基板の一方の面上に絶縁膜を設け、該絶
縁膜上に複数個の電極を設け、この電極に電圧を印加す
ることによって、絶縁膜下のシリコン半導体基板内で電
荷を蓄積転送する電荷転送デバイスにおいて、前記シリ
コン半導体基板の絶縁膜が設けられた対向面に、該シリ
コン半導体基板の導電型と異なる導電型を有する半導体
層を設け、前記シリコン半導体基板と前記異なる導電型
を有する半導体層とを逆バイアスすることを特徴とする
電荷転送デバイス。