KR20050106495A - 고체촬상소자 및 그 제조방법과 고체촬상소자의 구동방법 - Google Patents

고체촬상소자 및 그 제조방법과 고체촬상소자의 구동방법 Download PDF

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히로아키 오키
노부히로 가라사와
리츠오 다키자와
미츠루 야마시타
미츠루 사토
가츠노리 고쿠분
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Abstract

노이즈 특성 및 읽기 특성을 밸런스 좋게 향상시키는 것으로써, 양호한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 가지는 고체촬상소자를 제공한다. 화소를 구성하는 수광센서부(11)의 한쪽에, 신호전하를 읽어내기 위한 전극(8)이 설치되고, 촬상영역의 수광센서부(11) 이외를 덮어 형성된 차광막(9)에 소정의 전압신호(V)를 인가하도록 구성되고, 수광센서부(11)의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역(2)의 표면의 중앙에 제 2 도전형의 반도체영역(6)이 형성되고, 제 1 도전형의 반도체영역(2)의 표면의 전극(8) 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역(3) 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체 영역(6)보다도 불순물 농도가 낮은 영역(10a, 10b)이 형성되어 있는 고체촬상소자를 구성한다.

Description

고체촬상소자 및 그 제조방법과 고체촬상소자의 구동방법{Solid state image sensing device and production method therefor, and method of driving solid state image sensing device}
본 발명은 고체촬상소자 및 그 제조방법과 고체촬상소자의 구동방법에 관한 것이다. 상세히는 차광막을 가지는 고체촬상소자 및 그 제조방법 및 고체촬상소자의 제조방법에 관한 것이다.
CCD 고체촬상소자나 CMOS형 고체촬상소자 등에 있어서, N형 불순물 영역이 형성된 수광센서부의 표면에, P형의 고불순물 농도(P+)의 정전하 축적영역이 형성되어 있는 구성, 즉 말하자면 HAD(Hole Accumulated Diode) 센서가 이용되고 있다.
이러한 HAD 센서를 채용한 종래의 CCD 고체촬상소자의 개략적인 단면도를 도 16에 나타낸다.
이 CCD 고체촬상소자는, 실리콘 기판 등의 반도체 기체(基體)(151)에, 광전변환 영역으로 이루어지는 N형 반도체 영역(152), P형의 채널스톱 영역(화소분리영역)(153), P형 반도체 웰(well) 영역(154), N형의 전송채널 영역(155), P형의 읽기 게이트부(162)가 형성되고, 더욱이 광전변환 영역의 N형 반도체영역(152)의 표면에 P+(P형의 고불순물 농도)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)이 형성되어 진다. 이들 N형 반도체영역(152) 및 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)에 의해 수광센서부(161)가 구성된다.
반도체 기체(151) 상에는, 게이트 절연막을 통하여 전하전송 전극(158)이 형성되어 있다.
또한, 전하전송 전극(158)의 위쪽에는 층간 절연막을 통하여 전하전송 전극(158)을 덮도록 차광막(159)이 형성되고, 수직전송 레지스터(163)에 빛이 입사하여 전송중의 신호전하에 노이즈가 발생하는 것을 방지하고 있다.
이 차광막(159)은, 수광센서부(161)에 빛이 입사하도록, 수광센서부(161)의 위에 개구를 가지고 있다.
그리고, P형 반도체 웰 영역(154) 및 N형의 전송채널 영역(155)과 그 위쪽의 전하전송 전극(158)에 의해 수직전송 레지스터(163)가 구성된다. 전하전송 전극(158)은, 이 수직전송 레지스터(163)로부터 읽기 게이트부(162)에 걸쳐서 형성되어 있다.
수직전송 레지스터(163)는, 수직방향(도 16에서 지면(紙面)에 수직인 방향)으로 나열된 수광센서부(161)의 한쪽에 설치되고, 띠 모양으로 평면형태로 이루어진다. 수직전송 레지스터(163)의 한쪽 끝에는 도시하지 않았으나 수평전송 레지스터가 접속된다.
또, 수직방향에 있어서 수광센서부(161) 사이에도 채널스톱 영역(화소분리영역)(153)이 마찬가지로 형성되는 것에 의해 각 화소의 수광센서부(161)가 분리된다.
그리고, 다수의 수광센서부(161)가 매트릭스 형태로 배열되고, CCD 고체촬상소자가 구성된다(예를 들면 아래 특허문헌 1 참조).
이러한 고체촬상소자에서는, 통상, 읽기 게이트부(162) 및 수직전송 레지스터(163)에, 다결정 실리콘 등에 의해 이루어지는 전하전송 전극(158)을, 1층 또는 복수층 형성하고 있다.
그리고, 읽기 게이트부(162)의 전위(potential)와 수직전송 레지스터(163)의 전위를 제어하여, 수광센서부(161)(특히 그 광전변환 영역(152))로부터 수직전송 레지스터(163)로의 신호전하의 읽기 및 수직전송 레지스터에 대하여 신호전하의 전송을 각각 행하고 있다.
이때, 수평방향, 즉 도면의 좌우방향으로 인접하는 화소에 전하가 읽어내어 지지 않도록 채널스톱 영역(화소분리영역)(153)의 전위가 제어된다.
입사광은, 광전변환 영역(N형 반도체 영역)(152)에 있어서, 신호전하로 변환되어 축적된다.
따라서, 근래 화소크기의 축소가 진행되고 있고, 이 때문에, 종래의 불순물 영역의 구성으로는, 고체촬상소자가 정확히 동작하지 않게 된다.
즉, 화소크기의 축소화에 따라, 채널스톱 영역(화소분리영역(153)), 수직전송 레지스터(163), 읽기 게이트부(162), 광전변환 영역(N형 반도체 영역)(152)의 각각의 전위가 서로 2차원 변조(modulation)의 영향을 받아, 블루밍(blooming) 특성, 읽기 특성, 화소분리 특성, 노이즈 특성의 모두를 종래와 동등한 레벨로 유지하는 것이 곤란하게 되어 있다.
예를 들면, 읽기 게이트부(162)의 폭이 좁아지면, 수직전송 레지스터(163), 광전변환 영역(152)의 영향을 받아 읽기 게이트부(162)의 전위가 낮아진다. 그 때문에 블루밍 특성의 악화를 초래한다. 이를 방지하기 위해, 광전변환 영역(152)의 전위를 깊게 하면 읽기 전압이 높아져 버리고, 전하 읽기 특성이 악화돼 버린다.
또, 예를 들면 채널스톱 영역(화소분리영역)(153)이 좁아지면, 읽기 게이트부(162)의 전위와 마찬가지로, 2차원 변조의 영향으로 전위가 낮아지고, 그 결과로 화소분리 특성이 악화돼 버린다.
더욱이, 광전변환 영역(152)의 크기축소에 따라, 포화신호량의 특성의 확보가 곤란해지므로, 그 경우 광전변환 영역(152)의 표면에 있는 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 전위가 낮아지고, 홀에 대한 노이즈 성분인 일렉트론(electron)의 트랩(trap) 확률이 낮아지고, 노이즈 성분의 증가를 초래한다.
이를 방지하기 위해, 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 P형 불순물의 농도를 크게 하면, 인접한 읽기 게이트부(162)의 전위가 높아져 버리고, 읽기특성이 악화한다. 또 동시에 채널스톱 영역(화소분리영역)(153)의 전위도 높아져 버리고, 전하 읽기 시에 있어서 채널스톱 영역(153)과 수직전송 레지스터(163) 사이의 전계(電界)가 강해지고, 애벌란시 브레이크다운(Avalanche breakdown) 등에 의해 노이즈 성분이 증가하는 것이 생각될 수 있다.
상기 문제에 대하여, 예를 들면, 차광막(159)에 소정의 전압신호를 인가하는 것에 의해, 채널스톱 영역(화소분리영역)(153), 읽기 게이트부(162), 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 각각의 전위의 깊이를 가변할 수 있도록 구성하고, 예를 들면 블루밍 특성, 화소분리 특성, 노이즈 특성이 악화되어 있을 때는 차광막(159)에 마이너스 전압신호를 인가하고, 읽기 특성이 악화되어 있을 때는 차광막(159)에 플러스 전압신호를 인가하는 것에 의해, 블루밍 특성, 읽기 특성, 화소분리 특성 노이즈 특성을 양호하게 확보할 수 있는 방법이 고안되어 있다(예를 들면 아래 특허문헌 2 참조).
[특허문헌 1]
특개 2002-252342호 공보(단락번호 [0021], 도 3)
[특허문헌 2]
특개 2002-51267호 공보
또, IT(인터-라인)형 고체촬상소자에서는, 광전변환부의 개구를 제거한 전면에, 스미어(smear) 제어를 위해, 알루미늄 등으로 이루어진 금속제의 차광막이 형성되어 있다(예를 들면, 아래 특허문헌 3 참조). 그 차광막은 통상 접지(GND)에 접속되어 있다.
[특허문헌 3]
특개 2001-345437호 공보(제 3-4항, 도 1)
따라서, 도 16에 나타낸 CCD 고체촬상소자에 있어서, 차광막(159)에 전압신호를 인가하는 구성으로 한 경우에, 각 부분의 설계조건(폭, 깊이, 불순물농도 등)에 의하여는, 노이즈 특성과 읽기 특성을 함께 만족시키는 일이 어려워지는 것이 있다.
이는, 상기한 바와 같이 수직전송 레지스터(163)로의 빛의 입사를 막는 목적으로, 차광막(159)이 수광센서부(161)의 표면의 (P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156) 상에 길게 나와 형성되어 있기 때문이다.
이것에 의해, 예를 들면 차광막(159)에 마이너스 전압신호를 인가하는 것에 의해 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 전위를 높이고, 홀에 대한 노이즈 성분인 일렉트론(electron)의 트랩(trap)확률을 올리는 것으로써 노이즈 특성의 개선을 도모한 경우에 있어서, 채널스톱 영역(화소분리영역)(153) 측에서 N형의 전송채널 영역(155)과 (P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 사이, 혹은 N형 반도체 영역(152)과 (P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 사이에 큰 전계가 발생하는 것에 의해, 애벌란시 브레이크다운 등에 의한 노이즈 성분이 다수 발생하여, 충분한 노이즈 특성이 얻어지지 않는 일이 있을 수 있다.
한편, 읽기 게이트부(162) 측에 있어서도, 차광막(159)에 마이너스의 전압신호를 인가하는 것에 의해 읽기 게이트부(162)의 전위가 상승해 버리고, 읽기 전압이 커지게 되어, 충분한 읽기 특성이 얻어지지 않는 것이 우려된다.
또, 예를 들면 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(156)의 P형 불순물 농도를 옅게 하면, 읽기 특성은 향상하나 노이즈 특성은 악화돼 버린다.
더욱이, 고체촬상소자의 단위 화소크기가 축소화되면, 정전하 축적영역(hole accumulate 층)의 (P+)층을 형성할 때, 이온주입방법이나 열처리방법 등의 영향으로, (P+)층이 센서 개구를 형성하는 읽기전극의 아래쪽이나 전송전극의 아래쪽으로 확산한다. 이것이 센서 특성에 악영향을 미친다.
예를 들면, 도 28에 나타낸 바와 같이, 상기 센서부(214)의 (P+)층(216)이 전극(212)(읽기전극(212r))의 아래쪽(읽기 게이트(221))으로 확산한 경우는, 읽기전압이 상승하고, 구동전압에 대한 동작 마진(margin)이 감소한다. 또, (P+)층(216)이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터의 전극(212)(전송전극(212t))의 아래쪽으로 확산한 경우에는, 수직 레지스터(231)의 실효영역을 감소시키고, 수직 레지스터(231)의 취급 전하량이 감소한다.
그 대책으로서, (P+)층(216)을 형성할 때의 이온주입시에, 마스크 등을 이용하여 센서부(214)의 개구단에서 떨어지도록 P형 불순물을 이온주입한 경우에는, 센서부(214) 표면의 피닝(peening)이 약해져 암전류(暗電流)가 증가하고, 암시(暗時)의 흠집(flaw)(이른바 백(白) 흠집(flaw))이 증가한다. 따라서, (P+)층(216)은 읽기전극 및 전송전극으로 이루어지는 전극(212)의 아래쪽에 집어넣듯이 형성되지 않고, 전극(212)단에 접하도록 형성하고 있으나, P형 불순물이 확산하기 쉬우므로 현실은 어렵다.
상술한 문제의 해결을 위해, 본 발명에 있어서는, 노이즈 특성 및 읽기 특성을 균형있게 향상시키는 것에 의해, 충분한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 가지는 고체촬상소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명에 있어서는, 센서부의 피닝을 강화하여 암전류를 감소시키고, 암시의 백흠집을 저감할 수 있는, 고품질의 고체촬상소자 및 그 구동방법 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 고체촬상소자의 1 실시의 형태의 개략 구성도(단면도)이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 고체촬상소자의 제조방법을 설명하는 공정도이며,
도 3은 차광막과 자기정합(自己整合)하여 정전하 축적영역을 형성하는 방법을 나타내는 도면이며,
도 4a~도 4c는 정전하 축적영역을 형성하는 다른 제조방법을 나타내는 도면이며,
도 5는 본 발명의 고체촬상소자의 다른 실시의 형태의 개략구성도(단면도)이며,
도 6a 및 도 6b는 사이드 월의 패터닝(patterning)을 설명하는 도면이며,
도 7a 및 도 7b는 사이드 월에 접속하는 배선의 형성방법을 나타내는 도면이며,
도 8은 사이드 월에 접속하는 배선의 형성방법을 나타내는 도면이며,
도 9는 사이드 월에 접속하는 배선의 형성방법을 나타내는 도면이며,
도 10은 본 발명의 고체촬상소자의 또 다른 실시의 형태의 개략 구성도(단면도)이고,
도 11은 정전하 축적영역을 형성하는 다른 방법을 나타내는 도면이며,
도 12는 본 발명의 고체촬상소자의 다른 실시의 형태의 개략 구성도(평면도)이고,
도 13은 도 12의 A-A'에 대한 단면도이며,
도 14는 도 12의 B-B'에 대한 단면도이고,
도 15는 도 12의 C-C'에 대한 단면도이고,
도 16은, HAD 센서를 채용한 종래의 CCD 고체촬상소자의 단면도이며,
도 17은 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 1 실시의 형태를 나타내고, 도 17a는 고체촬상소자의 주요부 개략 구성 단면도이며, 도 17b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이며,
도 18은 읽기클럭의 읽기펄스와 차광막 인가클럭의 직류전압(Vdc)의 관계도이며,
도 19는 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 2 실시의 형태를 나타내고, 도 19a는 고체촬상소자의 주요부 개략 구성 단면도이며, 도 19b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이며,
도 20은 읽기클럭의 읽기펄스와 차광막 인가클럭의 펄스전압(Vp)의 관계도이며,
도 21은 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 3 실시의 형태를 나타내고, 도 21a는 고체촬상소자의 주요부 레이아웃도이고, 도 21b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이고,
도 22는 읽기클럭의 읽기펄스와 차광막 인가클럭의 직류전압(Vdc)의 관계도이고,
도 23은 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 4 실시의 형태를 나타내고, 도 23a는 고체촬상소자의 주요부 레이아웃도이고, 도 23b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이며,
도 24는 읽기클럭의 읽기펄스와 차광막 인가클럭의 펄스전압(Vp)의 관계도이고,
도 25는 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 5 실시의 형태를 나타내는 개략 구성 단면도이며,
도 26은 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 6 실시의 형태를 나타내는 개략 구성 단면도이며,
도 27은 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법으로서 센서부에 오프셋 영역을 가지는 고체촬상소자의 제조방법에 관한 1 실시의 형태를 나타내는 개략 구성도이며,
도 28은 종래의 고체촬상소자의 과제를 설명하는 개략 구성 단면도이다.
본 발명의 고체촬상소자는, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부에서 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고, 촬상영역의 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고, 이 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고, 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 전극측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물 농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자는, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부로부터의 신호전하의 읽기 또는 읽어낸 신호전하의 전송을 행하는 제 1 전극이 배치되고, 전극의 수광센서부에, 제 1 전극과는 전기적으로 독립된 다른 전극이 설치되고, 이 다른 전극에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고, 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 제 1 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순불농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자는, 수광량에 따라 전하를 생성하는 광전변환부와, 이 광전변환부에서 읽기 전극에 의해 읽어내진 전하를 받아들이는 전하축적부를 가지고, 광전변환부는, 제 1 도전형의 제 1 불순물영역과 이 제 1 불순불영역의 상부에 형성된 제 2 도전형의 제 2 불순물영역을 포함하고, 이 제 2 불순물영역과 전하축적부의 사이에, 제 2 불순물영역보다 저농도의 제 2 도전형의 제 3 불순물영역 및 제 4 불순물영역이 형성되어 있는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부로부터 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고, 촬상영역의 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고, 이 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성된 고체촬상소자를 제조할 때, 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역을, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을, 각각 형성하는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자는, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하는 것으로 그 센서부 위를 개구하여 그 센서부 측의 비광전변환부를 피복(被覆)하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자이며, 상기 차광막은 직류전원에 접속되는 것이다. 또는, 상기 차광막은 펄스발생 전원에 접속되는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자의 구동방법은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하는 것으로 그 센서부 위를 개구하여 그 센서부측의 비광전변환 영역의 전체 면을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 상기 고체촬상소자의 읽기 시에 상기 차광막에 직류전압을 인가한다고 하는 구동방법이다. 또는, 상기 고체촬상소자의 읽기 시에 상기 차광막에 펄스전압을 인가하는 구동방법이다.
본 발명의 고체촬상소자는, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하는 것으로 그 센서부 위를 개구하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 상기 차광막은 직류전원에 접속되고, 상기 센서부는 상기 고체촬상소자의 읽기 전극 및 인접하는 화소의 전송 전극 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있다. 또는, 상기 차광막은 펄스발생 전원에 입력되고, 상기 센서부는 상기 고체촬상소자의 읽기 전극 및 인접하는 화소의 전송 전극 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있는 것이다.
본 발명의 고체촬상소자의 제조방법은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하는 것으로, 상기 센서부 위를 개구하여 상기 고체촬상소자의 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 상기 차광막은 직류전원 또는 펄스발생 전원에 접속되는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 상기 센서부를 형성하는 공정과, 읽기 게이트와 인접하는 화소의 전하결합소자의 채널스톱층의 사이에 N형 확산층을 형성하는 공정과, 상기 읽기 게이트층 및 상기 인접하는 화소의 채널스톱층 측의 상기 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하고, 이온주입법에 의해 상기 N형 확산층의 상층에 P형 확산층을 형성하는 공정을 갖추고 있다.
본 발명은, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부로부터 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고, 촬상영역의 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고, 이 차광막에 소정의 전압을 인가하도록 구성되고, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고, 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 전압신호로서 DC 바이어스와 클럭펄스의 어느 한쪽 또는 양쪽을 인가하는 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 수광센서부의 한쪽에 읽어낸 신호전하를 전송하는 전하전송부가 설치되고, 전극이 전하전송부에 있어서 전하전송 전극을 겸하는 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 수광센서부의 제 2 도전형의 반도체영역이, 수광센서부 상의 차광막의 개구와 자기정합하여 형성되어 있는 구성으로 한다.
상술의 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성하고 있는 것에 의해, 차광막에서 보조적인 전계(電界)를 발생시켜, 수광센서부로부터 미치는 2차원 변조의 영향을 저감할 수 있고, 이것에 의해 각 부의 전위를 가변으로 하여, 전압신호의 인가에 의해 전위를 보정하는 것이 가능하게 된다.
또, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면에 있어서, 그 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에, 중앙부의 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 것으로써, 수광센서부의 표면의 단부의 전위 깊이를 보정하는 것이 가능하므로, 전극측에서 읽기전압을 저감하는 동시에 화소분리영역 측에서 전계(電界)를 약하게 하여 애벌란시 브레이크다운 등에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명은, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부로부터의 신호전하의 읽기 또는 읽어낸 신호전하의 전송을 행하는 제 1 전극이 설치되고, 전극의 수광센서부측에, 제 1 전극과는 전기적으로 독립된 다른 전극이 설치되고, 이 다른 전극에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고, 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 제 1 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 전압신호로서 DC 바이어스와 클럭펄스의 어느 하나 또는 양쪽을 인가하는 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 수광센서부의 한쪽에 읽어낸 신호전하를 전송하는 전하전송부가 설치되고, 제 1 전극이 전하전송부에 대하여 전하전송 전극인 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 수광센서부의 제 2 도전형의 반도체영역이, 다른 전극의 가장자리와 자기정합하여 형성되어 있는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 제 1 전극의 수광센서부 측에 설치된 다른 전극에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성하고 있는 것에 의해, 이 다른 전극으로부터, 제 1 전극과 수광센서부의 사이에 보조적인 전계를 발생시켜, 수광센서부에서 미치는 2차원 변조의 영향을 저감할 수 있고, 이것에 의해 각 부의 전위를 가변으로 하고, 전압신호의 인가에 의해 전위를 보정하는 것이 가능하게 된다.
또, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면에 있어서, 그 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에, 중앙부의 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역이 형성되어 있는 것에 의해, 수광센서부의 표면의 단부의 전위 깊이를 보정하는 것이 가능하므로, 전극측에서 읽기전압을 저감하는 동시에, 화소분리영역 측에서 전계를 약하게 하여 애벌란시 브레이크다운 등에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명은, 수광량에 따라 전하를 생성하는 광전변환부와, 이 광전변환부로부터 읽기전극에 의해 읽어내진 전하를 받아들이는 전하축적부를 가지고, 광전변환부는, 제 1 도전형의 제 1 불순물영역과 이 제 1 불순물영역의 상부에 형성된 제 2 도전형의 제 2 불순물영역을 포함하고, 제 2 불순물영역과 전하축적부의 사이에, 제 2 불순물영역보다 저농도의 제 2 도전형의 제 3 불순물영역 및 제 4 불순물영역이 형성되어 있는 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 읽기전극과는 별도로 형성된 전압인가부를 가지고, 제 3 불순물영역은 제 2 불순물영역에 인접하여 형성되고, 전압인가부는 적어도 제 3 불순물영역에 전압을 인가하여 제 3 불순물영역의 전위를 제어하는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 광전변환부의 상부의 제 2 불순물영역과 전하축적부의 사이에, 제 2 불순물영역보다 저농도의 제 2 도전형의 제 3 불순물영역 및 제 4 불순물영역이 형성되어 있는 것에 의해, 광전변환부의 상부의 단부의 전위 깊이를 보정할 수 있으므로, 읽기전압을 저감하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은, 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 이 수광센서부로부터의 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고, 촬상영역의 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고, 이 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되어, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역이 형성된 고체촬상소자를 제조할 때, 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역을, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을, 각각 형성하는 고체촬상소자의 제조방법이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 제 2 도전형의 반도체영역 및 이 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을 각각 형성할 때, 전극 측의 단부를 향한 이온주입과, 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부를 향한 이온주입으로 나누어 이온주입을 행한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에 차광막을 형성하고, 수광센서부 상의 차광막에 개구부를 형성하고, 차광막을 마스크로서 이용하여 이온주입을 행하여 제 2 도전형의 반도체영역을 형성한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 의하면, 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고, 상기한 바와 같이 각 부의 전위를 가변으로 하여, 전압신호의 인가에 의해 전위를 보정하는 것이 가능한 고체촬상소자를 제조할 때, 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 제 2 도전형의 반도체영역을, 이 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을, 각각 형성하는 것에 의해, 상기한 바와 같이 수광센서부의 표면의 단부의 전위 깊이를 보정할 수 있고, 전극 측에서 읽기전압을 저감하는 동시에, 화소분리영역 측에서 전계를 약하게 하여 애벌란시 브레이크다운 등에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 것이 가능한 구성의 고체촬상소자를 제조할 수 있다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 설치하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자이며, 차광막이 직류전원에 접속된 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 설치하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하여 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서부터 센서부로 길게 나와 형성되어 있고 또한 직류전원에 접속되는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자이며, 차광막이 펄스발생 전원에 접속된 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 설치하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하고 또 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막에 의해 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측으로부터 센서부로 길게 나와 형성되어 있고 또 펄스발생 전원에 접속되는 구성으로 한다.
또 본 발명은 상기 고체촬상소자에 있어서, 제 2 차광막이 읽기전극 측에 형성된 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또 차광막이 펄스발생 전원에 접속되어 있는 것에 의해, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시키는 것이 가능하다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 위를 개구하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 고체촬상소자의 읽기 시에 차광막에 직류전압을 인가하는 고체촬상소자의 구동방법이다.
또한 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전압이 인가되는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구동방법에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 고체촬상소자의 읽기 시에, 차광막에 직류전압을 인가하는 것으로, 센서부 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서, 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 고체촬상소자의 읽기 시에 차광막에 펄스전압을 인가하는 고체촬상소자의 구동방법이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스전압이 인가되는 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 구동방법에 있어서, 더욱이, 제 1 차광막이 읽기전극 측에 형성되어 있는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구동방법에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 고체촬상소자의 읽기시에, 차광막에 펄스 전압을 인가하는 것에 의해, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감할 수 있다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해, 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서, 차광막은 직류전압에 접속되고, 센서부는 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있는 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되어 있고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전원에 접속되는 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 센서부는 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있는 것으로부터, 센서부의 P형 층이 읽기 게이트 측에 확산하는 것이 없어지게 되므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형 층이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터의 전송전극 아래쪽 방향(채널스톱층 측)으로 확산하는 것이 없어지므로, 수직레지스터의 실효영역이 확보되고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보된다. 또 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서, 차광막은 펄스발생 전원에 접속되고, 센서부는 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있는 고체촬상소자이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 차광막이 복수의 층으로 형성되어 있고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스발생 전원에 접속되는 구성으로 한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자에 있어서, 더욱이, 제 2 차광막이 읽기전극 측에 형성된 구성으로 한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 구성에 의하면, 센서부는 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있는 것으로부터, 센서부의 P형 층이 읽기 게이트 측에 확산하는 것이 없어지게 되므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형 층이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터의 전송전극 아래쪽 방향(채널스톱층 측)으로 확산하는 것이 없어지므로, 수직레지스터의 실효영역이 확보되고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보된다. 또 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감할 수 있다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 차광막은 직류전원에 접속된 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 센서부를 형성하는 공정과, 읽기 게이트와 인접하는 화소의 전하결합소자의 채널스톱층과의 사이에 N형 확산층을 형성하는 공정과, 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널스톱층 측의 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 공정을 갖춘 고체촬상소자의 제조방법이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 차광막을, 센서부 측의 비광전변환 영역에 절연막을 통하여 덮는 제 1 차광막을 형성한 후, 센서부 상의 제 1 차광막에 개구부를 형성하는 공정과, 제 1 차광막 상에 절연막을 통하여 제 2 차광막을 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부에 길게 나와 형성하는 공정을 갖추어 형성된다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 의하면, 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층 측의 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 것으로부터, 형성되는 P형 확산층은 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층으로부터 오프셋 영역만큼 떨어진 상태로 형성된다. 이 때문에, 센서부의 P형 층이 읽기 게이트 측에 확산하는 것이 없어지므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형 층이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터의 전송전극 아래쪽 방향(채널스톱층 측)으로 확산하는 것이 없어지므로, 수직레지스터의 실효영역이 확보되고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보된다. 더욱이, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서 마이너스 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
본 발명은, 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송하고, 센서부 상에 개구부를 형성하여 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 차광막은 펄스발생 전원에 접속되는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 센서부를 형성하는 공정과, 읽기 게이트와 인접하는 화소의 전하결합소자의 채널스톱층과의 사이에 N형 확산층을 형성하는 공정과, 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널스톱층 측의 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 공정을 갖춘 고체촬상소자의 제조방법이다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 차광막을, 센서부 측의 비광전변환 영역에 절연막을 통하여 덮는 제 1 차광막을 형성한 후, 센서부 상의 제 1 차광막에 개구부를 형성하는 공정과, 제 1 차광막 상에 절연막을 통하여 제 2 차광막을 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 센서부에 길게 나와 형성하는 공정을 갖추어 형성한다.
또 본 발명은, 상기 고체촬상소자의 제조방법에 있어서, 더욱이, 제 2 차광막을 읽기전극 측에 형성한다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 의하면, 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층 측의 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 것으로부터, 형성되는 P형 확산층은 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층으로부터 오프셋 영역만큼 떨어진 상태로 형성된다. 이 때문에, 센서부의 P형 층이 읽기 게이트 측에 확산하는 것이 없어지므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형 층이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터의 전송전극 아래쪽 방향(채널스톱층 측)으로 확산하는 것이 없어지므로, 수직레지스터의 실효영역이 확보되고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보된다. 더욱이, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막이 펄스발생 전원에 접속되는 것에 의해, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 1 실시의 형태로서, 고체촬상소자의 개략 구성도(단면도)를 나타낸다. 본 실시의 형태는, 본 발명을 CCD 고체촬상소자에 적용한 것이다.
이 고체촬상소자는, 실리콘 기판 등의 반도체 기체(基體)(1)에, 광전변환 영역으로 이루어지는 제 1 도전형의 반도체영역, 즉 예를 들면 N형 반도체영역(2), 제 2 도전형, 즉 예를 들면 P형의 채널스톱영역(화소분리영역)(3), P형 반도체 웰(well) 영역(4), 제 1 도전형, 즉 예를 들면 N형의 전송채널영역(5), 제 2 도전형, 즉 예를 들면 P형의 읽기 게이트부(12)가 형성되고, 또한 광전변환 영역의 N형 반도체영역(2)표면에 제 2 도전형, 즉 예를 들면 P형의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)이 형성되어 진다. 이들 N형 반도체영역(2) 및 정전하 축적영역(hole accumulate 층)에 의해 수광센서부(11)가 구성된다.
반도체 기체(1)에는, 게이트 절연막을 통하여 전하전송 전극(8)이 형성되어 있다. 또한, 이 전하전송 전극(8)의 위쪽에는, 층간 절연막을 통하여 전하전송 전극(8)을 덮도록 차광막(9)이 형성되고, 전송채널영역(5) 등에 빛이 입사하여 전송중의 신호전하에 노이즈가 발생하는 것을 방지하고 있다.
이 차광막(9)은, 수광센서부(11)에 빛이 입사하도록, 수광센서부(11) 상에 개구를 가지고 있다.
그리고, P형 반도체 웰 영역(4) 및 N형의 전송채널영역(5)과 그 위쪽의 전하전송 전극(8)에 의해 수직전송 레지스터(13)가 구성된다. 전하전송 전극(8)은,이 수직전송 레지스터(13)에서 읽기 게이트부(12)에 걸쳐서 형성되어 있다.
수직전송 레지스터(13)는, 수직방향(도 1에서 지면(紙面)에 수직인 방향)으로 나열된 수광센서부(11)의 한쪽에 설치되고, 띠 모양의 평면형태로 이루어진다. 수직전송 레지스터(13)의 한쪽 끝에는 도시하지 않으나 수평전송 레지스터가 접속된다.
또, 수직방향에 대하여 수광센서부(11) 사이에도 채널스톱영역(화소분리영역)(3)이 마찬가지로 형성되는 것에 의해 각 화소의 수광센서부(11)가 분리된다.
그리고, 다수의 수광센서부(11)가 매트릭스형으로 배열되어, 고체촬상소자가 구성된다.
또, 필요에 따라, 차광막(9) 위쪽에, 컬러필터나 온 칩 마이크로 렌즈 등이 형성된다.
본 실시의 형태에서는, 차광막(9)에 전압(V)을 인가하는 것이 가능한 구성으로 한다.
이 차광막(9)에 인가하는 전압(V)으로는, 예를 들면 펄스전압이나 일정한 바이어스 전압 등이 생각되고, 필요로 되는 특성에 따라, 정(+)전위, 접지전위, 또는 부(-)전위가 인가된다.
또한, 도 1에서는 모식적으로 각 차광막(9)에 전압(V)을 인가하도록 나타내고 있으나, 실제로는 각 차광막(9)은 연결되어 형성되어 있으므로, 촬상영역의 주변부에서 배선을 접속하면 된다.
더욱이, 본 실시의 형태의 고체촬상소자에 있어서, 특히 수광센서부(11)를 구성하는 표면의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)을, 중앙부의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(4)과, 읽기 게이트부(12) 근방 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 근방의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(10)에 의해 구성한다.
정전하 축적영역 전체의 P형 불순물농도를 단순히 묽게 하면, 상기한 바와 같이 읽기특성은 향상하지만 노이즈 특성이 악화돼 버린다.
이에 대하여, 본 실시의 형태와 같이, 읽기 게이트부(12) 근방 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 근방의 정전하 축적영역의 P형 불순물농도를 묽게 하여, 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10)으로 하는 것에 의해, 읽기 특성 및 노이즈 특성을 함께 향상시키는 것이 가능해진다.
읽기 게이트부(12) 근방의 정전하 축적영역(10(10a))의 P형 불순물농도는, 읽기전압의 저감효과가 얻어지는 정도까지 묽게 한다.
이것에 의해, 읽기 게이트부(12)의 전위가, 정전하 축적영역(6, 10(10a))의 영향을 받기 어렵게 되고, 읽기 특성이 향상한다.
또, 노이즈 특성도, 차광막(9)에 전압(V)을 인가하는 것에 의해, 표면의 정전하 축적영역(10(10a))의 전위를 고정하므로, 노이즈 특성의 악화는 발생하지 않는다.
또, 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 근방의 정전하 축적영역의 P형 불순물농도를 묽게 하여, 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10(10b))으로 하는 것에 의해, 신호전하의 읽기 시에 있어서 채널스톱영역(화소분리영역)(3)에서 수직전송 레지스터(8)로의 전계가 약해지고, 애벌란시 브레이크다운 등에 의한 노이즈 성분의 발생이 억제된다.
또한, 도시하지 않은 수직방향에 인접하는 화소간(도 1의 앞쪽 및 안쪽)에도, 전하전송 전극(8) 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3)이 있으나, 이 부분에는 전하전송부(수직전송 레지스터(13))가 설치되어 있지 않으므로, 2차원 변조의 영향에 의한 전위변동에 의한 특성의 악화가 적다. 이것으로부터, 수직방향으로 인접하는 화소간의 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 측에는, 반드시 저불순물농도의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(10)을 형성하지 않아도 된다.
차광막(9)에 인가하는 전압(V)으로는, 상기한 바와 같이, 일정의 바이어스 전압이나 펄스전압을 들 수 있다.
이 차광막(9)에 실제로 인가하는 전압(V)으로, 일정의 바이어스 전압을 인가하는 때는, 항상 접지전위(그라운드 레벨)에서 고정하는 경우, 항상 (+)전위(정전위)에 고정하는 경우, 항상 (-)전위(부전위)에 고정하는 경우로, 3개의 패턴이 가능하다.
항상 접지전위(그라운드 레벨)에 고정하는 경우에는, 주변의 전위변동의 영향을 예를 들면 정전하 축적영역(6, 10)이 받는 경우, 차광막(9)을 접지전위에 고정하고 있으므로, 이 전위변동의 영향을 억제하여, 노이즈의 악화를 억제할 수 있다.
또 항상 (-)전위에 고정하는 경우는, 노이즈의 추가적인 저감이 기대된다. 이 경우에는 차광막(9)을 (-)전위로 하는 것에 의해 읽기전압의 악화가 우려되나, 상기한 바와 같이 읽기 게이트부(12) 근방의 정전하 축적영역(10(10a))의 P형 불순물농도를 묽게 하고 있으므로, 읽기전압의 악화를 방지할 수 있다. 더욱이, 채널스톱영역(화소분리영역)(3)으로부터의 노이즈에 대하여도, 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 근방의 정전하 축적영역(10(10b))의 P형 불순물농도가 엷어져 있으므로, 전계가 완화되어 노이즈의 발생이 억제된다.
또, 항상 (+)전위에 고정하는 경우에는, 읽기 게이트부(12) 근방의 정전하 축적영역(10(10a))의 P형 불순물농도를 엷게 하고 있으므로, 읽기전압의 추가적인 향상이 기대되나, 차광막(9)을 (+)전위로 하는 것에 의해 노이즈의 악화가 우려되므로, 역으로 중앙부의 고농도의 정전하 축적영역(6)의 P형 불순물농도를 진하게 하여 노이즈의 악화를 방지한다. 이 점은, 노이즈 특성과 읽기 특성이 트레이드-오프의 관계에 있으므로, 각각 양호한 특성으로 하기 위해 고농도의 정전하 축적영역(6)의 P형 불순물농도를 최적화한다. 채널스톱영역(화소분리영역)(3)으로부터의 노이즈와 읽기 특성에 대하여도 같은 관계가 있다.
다음으로, 차광막(9)에 실제로 인가하는 전압(V)으로, 펄스전압을 인가하는 때는, 예를 들면 전하 축적시에는 (-)전위 또는 접지전위로 고정해 두고, 전하를 읽어낼 때는 그 레벨보다도 (+)전위 측으로 변화시키는 패턴으로 하는 것에 의해, 읽기 특성, 노이즈 특성의 향상을 도모하는 것이 생각된다.
이때, 정전하 축적영역(6, 10)의 전위가 변동하지만, 펄스의 시간이 매우 짧으므로, 상기한 요인에 의한 노이즈가 발생하는 확률은 매우 작다고 생각된다.
본 실시의 형태의 고체 촬상소자는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
반도체 기체(1)에, N형 반도체영역(2), P형 반도체 웰 영역(4), N형의 전송채널영역(5), (P-)의 읽기 게이트부(12), (P+)의 채널스톱영역(화소분리영역)(3)을 각각 형성한다.
또, N형 반도체영역(2)의 표면 부근에, P형의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10)을 형성한다.
다음으로, 반도체 기체(1) 상에 절연막을 통하여 전하전송 전극(8)으로 이루어지는 전극층을 형성하고, 이 전극층을 읽기 게이트부(12) 및 전송채널영역(5) 상에 남도록 패터닝하여 전하전송 전극(8)을 형성한다(이상 도 2a 참조).
이어서, 레지스트 등의 마스크(21)를 이용하여, N형 반도체영역(2)의 표면의 (P-)의 정전하 축적영역(10)의 중앙부 이외를 덮고, 그 후 이 중앙부를 고불순물농도(P+)로 되도록 P형 불순물의 이온주입(22)을 행하고, N형 반도체영역(2)의 표면의 중앙부에 P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(6)을 형성한다(이상 도 2b 참조). 이때, N형 반도체영역(2)의 표면의 중앙부 이외(단부)는 마스크(21)에 의해 덮여 있으므로, 저불순물농도의 정전하 축적영역(10)이 남는다.
다음으로, 마스크(21)를 제거하고, 층간 절연층을 형성하고, 그 위에 차광막(9)을 형성한다.
그 후는, 필요에 따라, 차광막(9)의 위쪽에, 절연층을 형성하고, 표면을 평탄화한 후에 컬러필터나 온 칩 마이크로 렌즈 등을 형성한다.
이와 같이 하여, 도 1에 나타낸 본 실시의 형태의 고체촬상소자를 제조할 수 있다.
또한, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 마스크(21)를 이용하여 P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 형성하는 대신에, 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같이, 차광막(9)을 형성한 후에, 차광막(9)을 마스크로 하여 이온주입을 행하여 형성해도 좋다. 이것에 의해, 차광막(9)의 개구(9a)에 자기정합시켜 P형의 불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 형성할 수 있다.
이 경우는, 수직방향에 인접하는 화소간의 채널스톱영역(화소분리영역) 측에도 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10)이 남게 된다.
또, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 마스크(21)를 이용하여 P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 형성하는 대신에, 예를 들면 도 4a~도 4c에 나타낸 바와 같이, P형의 이온주입의 방향을 상기 전극방향과, 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에 나누어 주입하는 것에 의해서도, P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(6)과 저불순물농도의 정전하 축적영역(10)을 나누어 형성할 수 있다.
즉 도 4a의 상태(도 2a의 상태와 같음)로부터, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 채널스톱영역(화소분리영역)(3)을 향하여, 비스듬히 P형 불순물의 이온주입(25)을 행한다. 이때, 전하전송 전극(8)이, 이온주입의 마스크의 역할을 다한다.
이것에 의해, N형 반도체영역(광전변환 영역)(2)의 표면 중, 중앙부와 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 측의 단부가, P형 불순물의 농도가 올라가고, (P-)의 영역(10)에서 P형의 영역(26)으로 변한다. 한편, 전하전송 전극(8) 측의 단부는, (P-)의 영역(10)의 그대로이다.
또한, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 전하전송 전극(8)을 향하여, 비스듬히 P형 불순물의 이온주입(27)을 행한다. 이때도, 전하전송 전극(8)이 이온주입의 마스크의 역할을 다한다.
이것에 의해, N형 반도체영역(광전변환 영역)(2)의 표면 중, 중앙부와 전하전송 전극(8) 측의 단부에 있어서 P형 불순물의 농도가 올라가므로, 전하전송 전극(8) 측의 단부는, (P-)의 영역(10)에서 P형의 영역(28)으로 변하고, 중앙부는 P형의 영역(26)에서 (P+)의 영역(29)으로 변하고, 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 측의 단부는 P형의 영역(26)의 그대로이다.
따라서, N형 반도체영역(광전변환 영역)(2)의 표면 중, 중앙부는 (P+)의 영역(29)에 고불순물농도이며, 전하전송 전극(8) 측의 단부 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 측의 단부는 P형의 영역(28)이고 (P+)의 영역(29)보다도 저불순물농도로 되어 있다.
상기한 본 실시의 형태에 의하면, 차광막(9)에 전압(V)을 인가하는 것에 의해, 채널스톱영역(화소분리영역)(3), 읽기 게이트부(12), 정전하 축적영역(6, 10)에 보조적인 전계가 발생하고, N형 반도체영역(광전변환 영역)(2) 등으로부터 미치는 2차원 변조의 영향을 저감할 수 있으므로, 채널스톱영역(화소분리영역)(3), 읽기 게이트부(12), 정전하 축적영역(6, 10)에 있어서 전위 깊이를 가변으로 할 수 있다.
또, 수광센서부(11)의 표면의 정전하 축적영역(6, 10)의 수평방향의 불순물농도를 변화시켜, 중앙부에 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 형성하고, 읽기 게이트부(12) 측 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 측의 단부에 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10(10a, 10b))을 형성하는 것에 의해, 각 부의 전위의 깊이를 적절히 보정하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 블루밍 특성, 읽기 특성, 화소분리 특성, 노이즈 특성을 양호하게 확보하는 것이 가능해진다.
이것에 의해, 화소크기를 미세화하거나 다화소화 하거나 한 경우에도, 양호한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 얻을 수 있으므로, 본 실시의 형태의 고체촬상소자를 이용하는 것에 의해, 카메라 등의 소형화나 고해상도화, 고화질화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(10)과 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(6)은, P형 불순물의 농도차가 조금이라도 있으면, 상기한 작용효과가 얻어진다.
또한, 상기한 실시의 형태에서는, 차광막(9)이 1개로 연결되어 있고, 동일한 전압(V)이 인가되는 구성이나, 예를 들면 서로 전기적으로 독립된 복수의 차광막에 의해 차광막을 구성하고, 각 차광막에 각각 다른 전압을 인가할 수 있도록 해도 좋다.
상기한 실시의 형태에서는, 차광막(9)에 전압(V)을 인가하는 구성으로 하고 있으나, 그 대신에, 전하전송 전극의 옆에 도전성의 사이드 월을 설치하고, 이 사이드 월에 전압을 인가하는 구성으로 하여도, 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
그 경우의 실시의 형태를 다음에 나타낸다.
본 발명의 고체촬상소자의 다른 실시의 형태의 개략 구성도(단면도)를 도 5에 나타낸다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자는, 특히, 전하전송 전극(8)의 옆에 도전성의 사이드 월(15(15a, 15b))이 설치되고, 이 사이드 월(15(15a, 15b))에 전압(Va, Vb)을 인가하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 전하전송 전극(8)의 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)에는 전압(Va)이 인가되고, 채널스톱영역(3)형의 사이드 월(15b)에는 전압(Vb)이 인가된다.
이들 사이드 월(15a, 15b)은, 전하전송 전극(8)과는 절연막에 의해 절연되어 있고, 또 서로 전기적으로 독립하여 다른 전압(Va, Vb)을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.
차광막(9)은, 전하전송 전극(8)과, 그 옆의 사이드 월(15a, 15b)을 덮어 형성되어 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 차광막(9)에는 전압을 인가하는 구성으로는 하지 않는다.
그리고, 사이드 월(15a, 15b) 근방에, 수광센서부(11)의 표면의 단부에, 앞이 실시의 형태와 같은 P형의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(10(10a, 10b))이 형성되어 있다.
그 외의 구성은, 도 1에 나타낸 앞의 실시의 형태의 고체촬상소자와 같으므로, 같은 부호를 붙이고 중복설명을 생략한다.
사이드 월(15a, 15b)에 각각 인가하는 전압(Va, Vb)으로는, 상기한 차광막(9)에 인가하는 전압(V)과 같이, 예를 들면, 일정의 바이어스 전압이나 펄스를 인가하는 것이 가능하다.
그리고, 양호한 읽기 특성 및 양호한 노이즈 특성이 얻어지도록, 인가하는 전압(Va, Vb)을 설정한다.
예를 들면, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)에 인가하는 전압(Va)을, 접지전위(0 전위)~부전위의 일정의 바이어스 전압으로 하는 것에 의해, 읽기 특성을 양호하게 한다. 한편으로, 채널스톱영역(3) 측의 사이드 월(15b)에 인가하는 전압(Vb)을, 부전위의 일정 바이어스 전압으로 하는 것에 의해, 전계강도를 완화시켜 주변의 전위를 피닝한다.
상기한 도전성의 사이드 월(15(15a, 15b))은, 예를 들면 다음과 같이 하여 형성할 수 있다.
먼저, 전하전송 전극(8)을 형성한 후, 그 표면에 절연막을 형성한다.
다음으로, 도전막을 전면적으로 형성하고, 그 도전막을 에치 백(etch back)하여 사이드 월을 형성한다.
더욱이, 도 6a에 평면도를 나타낸 바와 같이, 수광센서부(11)의 주위에 형성된 사이드 월(도면에서 사선(斜線)을 붙인 부분)(15)에 대하여, 도 6b에 나타낸 바와 같이 패터닝하고, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)과 채널스톱영역(3) 측의 사이드 월(15b)을 전기적으로 분리한다. 또한, 도 6a 및 도 6b에 있어서, 전하전송 전극(8(8a, 8b))과 사이드 월(15a, 15b)의 사이의 절연막은, 도시를 생략하고, 전하전송 전극(8)과 사이드 월(15a, 15b)의 사이를 채워서 표시하고 있다.
이와 같이 하여, 사이드 월(15a, 15b)을 형성할 수 있다.
더욱이, 사이드 월(15a, 15b)을 형성한 후, 표면을 덮어 절연막을 형성하고, 이 절연막에 도통공(contact hole)을 형성한다.
그리고, 도통공을 통하여, 배선층과 사이드 월(15a, 15b)을 접속할 수 있다.
여기서, 도 6b의 사이드 월(15a, 15b) 상에, 직접 도통공을 형성하면, 사이드 월의 폭이 좁으므로, 도통공의 형성이 어려워진다.
그래서, 에치 백(etch back)에 의해 사이드 월을 형성할 때, 전하전송 전극의 위에 도전막이 일부 남도록 하고, 전하전송 전극 상에 남은 도전막에 대하여 도통공을 형성하여, 배선층과의 접속을 행하는 것이 생각된다.
즉, 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 에치 백에 의해 사이드 월(15)을 형성할 때, 전하전송 전극(8)의 일부, 이 경우는 아래층의 전하전송 전극(8a)의 일부 상에 도전막(15)을 남긴다. 예를 들면 도전막(15)의 남은 부분을 마스크에 의해 덮인 상태로 에치 백을 행하면 된다.
그 후, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 사이드 월(15)을 패터닝하고, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)과 채널스톱영역(3) 측의 사이드 월(15b)을 전기적으로 분리한다.
다음으로, 사이드 월(15a, 15b)의 위에 도시하지 않으나 층간 절연막을 형성한 후, 전하전송 전극(8) 상의 사이드 월(15a, 15b)의 바로 위의 층간 절연막에 에칭에 의한 도통공을 형성한다.
그리고, 도통공에 도전층을 매설하여 도통부(16a, 16b)를 형성하는 동시에, 이들 도통부(16a, 16b)에 접속하여 배선(17a, 17b)을 형성한다.
이렇게 하여, 사이드 월(15a, 15b)을 구동시키는 전극을 형성할 수 있다.
또한, 사이드 월(15)을, 읽기 게이트부(12) 측과 채널스톱영역(3) 측으로 전기적으로 분리하지 않은 경우에는, 도 7a의 상태로부터, 예를 들면 도 9에 나타낸 바와 같이, 전하전송 전극(8) 상에 남은 도전막(15)의 거의 중앙에, 도통부(16)를 형성하고, 이 도통부(16)에 접속하여 배선(17)을 형성한다.
본 실시의 형태의 구성에 의하면, 전하전송 전극(8)의 옆에 설치된 도전성의 사이드 월(15(15a, 15b))에 전압(Va, Vb)을 인가하는 것이 가능한 구성이 되고, 더욱이 이 사이드 월(15)의 근방의 수광센서부(11)의 표면의 단부에, P형의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10(10a, 10b))이 형성되어 있는 것에 의해, 앞의 실시의 형태와 마찬가지로, 읽기전압의 상승을 억제하고, 채널스톱영역(3) 부근의 전계에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.
이것에 의해, 읽기 특성과 노이즈 특성을 함께 양호하게 할 수 있다.
그리고 화소 크기를 미세화하거나 다화소화 하거나 한 경우에도, 양호한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 얻을 수 있으므로, 본 실시의 형태의 고체촬상소자를 이용하는 것에 의해, 카메라 등의 소형화나 고해상도화, 고화질화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에 있어서, 더욱이 사이드 월(15(15a, 15b))의 선단부와, P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 자기정합시킨 구성으로 하는 것도 가능하다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자의 또 다른 실시의 형태로서, 도 5에 나타낸 구성을 변형한 구성의 고체촬상소자의 개략 구성도(단면도)를 도 10에 나타낸다.
본 실시의 형태는, 특히, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)이 읽기 게이트부(12)에도 걸쳐서 형성되어 있다. 전하전송 전극(8)은, 그만큼 수직전송 레지스터(13)의 부분에 형성되어 있다.
그 외의 구성은 도 5와 동일하므로, 동일 부호를 붙여 중복설명을 생략한다.
본 실시의 형태에 있어서도, 도 5에 나타낸 구성과 같이, 읽기전압의 상승을 억제하고, 채널스톱영역(3) 부근의 전계에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 것이 가능해지고, 읽기 특성과 노이즈 특성을 함께 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)이 읽기 게이트부(12)에도 걸쳐서 형성되어 있으므로, 이 사이드 월(15a)에 인가하는 전압(Vb)의 최적값은, 도 5에 나타낸 앞의 실시의 형태에 있어서 전압(Vb)의 최적값과는 다를 수도 있다.
또, 이 경우도, 더욱이 사이드 월(15(15a, 15b))의 선단부와, P형의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(6)을 자기정합시켜 구성하는 것도 가능하다.
상기한 도 5 및 도 10에 나타낸 각 실시의 형태에서는, 전하전송 전극(8)에 설치된 사이드 월(15(15a, 15b))이, 읽기 게이트부(12) 측의 사이드 월(15a)과 채널스톱영역(3) 측의 사이드 월(15b)로 전기적으로 독립되어 있어 다른 전압이 인가되는 구성으로 되어 있다.
본 발명은, 이러한 구성에 한정되지 않고, 이들의 사이드 월이 예를 들면 도시하지 않은 앞쪽이나 안쪽에 이어져 있고, 전기적으로도 접속되어 있는 구성(예를 들면 도 6a에 나타낸 상태에서 패터닝하지 않은 경우)도 가능하다. 이 경우에는, 차광막에 전압을 인가하는 구성과 마찬가지로, 읽기 게이트부 측과 채널스톱영역 측에 대하여 동일한 전압이 인가된다.
또, 상기한 도 5 또는 도 10에 나타낸 각 실시의 형태의 구성에 있어서, 더욱이 차광막(9)에 전압(V)을 인가하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 각각의 전압(Va, Vb, V)을 조절하는 것이 되고, 각 부의 전위의 제어를 보다 효과적으로 최적화할 수 있다.
상기한 각 실시의 형태에서는, 수광센서부(11) 표면의 읽기 게이트부(12) 근방 및 채널스톱영역(화소분리영역)(3) 근방에 P형의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(10)을 형성하고 있으나, 본 발명에서는, 이 수광센서부 표면의 읽기 게이트부 근방 및 채널스톱영역(화소분리영역) 근방에 형성하는 반도체영역을, P, 즉 수광센서부 표면의 중앙부의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역과 같은 도전형으로 한정하는 것은 아니다.
예를 들면, 진성에 가까은 반도체영역이나, 중앙부(P+)와는 반대 도전형의 저불순물농도의 영역(N- 또는 N)으로 해도 좋다. 어느 쪽으로 하여도, 중앙부(P+)보다도 불순물농도가 낮은 반도체영역으로 한다.
이 영역을 N형으로 하는 경우에는, 예를 들면 도 11에 나타낸 바와 같이, N형 반도체 영역(2)을 형성한 후에, 보다 개구가 좁은 마스크(30)를 이용하여 중앙부의 표면 부근에만 고농도의 P형 불순물(P+)을 주입하는 형성방법도 생각된다. 이 형성방법을 채용하는 경우에는, (P+)가 N 측에 확산하기 쉬우므로, 확산하는 만큼을 예측하여 마스크(30)의 개구를 작은 폭으로 해 두면 된다.
상기한 각 실시의 형태에서는, CCD 고체촬상소자에 본 발명을 적용한 경우를 설명했으나, 그 외의 구성의 고체촬상소자에도 본 발명을 적용할 수 있다.
예를 들면, CCD형 구조 이외의 전하전송부를 가지는 고체촬상소자에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또, 예를 들면 CMOS형 고체촬상소자에 있어서도, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 N형 반도체영역의 표면에 (P+)의 정전하 축적영역을 설치하여 HAD 센서를 구성하는 것이 있다.
이 HAD 센서를 채용한 CMOS형 고체촬상소자에 대하여도, 본 발명을 적용하여, 수광센서부로부터의 신호선에 전하를 읽어내는 게이트에 대하여, 도전성의 사이드 월을 설치하고, 이 사이드 월에 전압을 인가하는 구성으로 하는 동시에, 사이드 월 근방의 수광센서부 표면을, 수광센서부의 표면의 중앙부보다도 저불순물농도의 반도체영역으로 하는 것에 의해, 노이즈 특성 및 읽기 특성을 향상하는 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.
그 경우를 다음에 나타낸다.
도 12는, 본 발명의 별도의 실시의 형태로서, 고체촬상소자의 개략 구성도(평면도)를 나타낸다. 본 실시의 형태는, 본 발명을 CMOS형 고체촬상소자에 적용한 것이다. 또, 도 12의 A-A'에 대한 단면도를 도 13에, B-B'에 대한 단면도를 도 14에, C-C'에 대한 단면도를 도 15에 각각 나타낸다.
이 고체촬상소자는, P형 반도체영역(101)에, 광전변환 영역으로 이루어지는 제 1 도전형의 반도체영역, 즉 예를 들면 N형 반도체영역(102), 제 2 도전형, 즉 예를 들면 P형의 채널스톱영역(103), 채널스톱영역(103) 상에 있는 두꺼운 절연층으로 이루어지는 화소분리영역(104), 제 1 도전형의 불순물영역, 즉 예를 들면 (N+)의 영역에 의한 FD(Floating Diffusion)부(112)가 형성되고, 또한 광전변환 영역의 N형 반도체영역(102)의 표면에 제 2 도전형, 즉 예를 들면 P형의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)이 형성되어 진다. 이들 N형 반도체영역(102) 및 정전하 축적영역(hole accumulate 층)에 의해 수광센서부(111)가 구성된다.
P형 반도체영역(101) 상에는, 게이트 절연막을 통하여, 전하읽기 전극(105)이 형성되어 있다.
또, 전하읽기 전극(105)의 측벽(側壁)에는, 얇은 절연막(107)을 통하여 도전성의 사이드 월(106)이 형성되어 있다. 또한, 도 12의 평면도에서는 절연막(107)의 도시를 생략하고 있다. 이 도전성의 사이드 월(106)은, 전하읽기 전극(105)에 인가되는 읽기전압과는 독립된 전압을 인가할 수 있도록 구성한다.
전하읽기 전극(105)은, 수광센서부(111)와 FD부(112)의 사이에 설치되고, 또 수광센서부(111) 및 FD부(112)의 바깥측의 화소분리영역(104) 상에 걸쳐 형성되어 있다. 그리고, 도 12의 아래쪽의 화소분리영역(104) 상의 부분에 있어서, 도통부(108)가 형성되어 있다.
도면 중 부호(113)는, 사이드 월 도통용 버퍼층이고, 예를 들면 전하읽기 전극(105)과 같은 재료를 사용하여, 전하읽기 전극(105)과 동시에 패터닝에 의해 형성할 수 있다. 도면 중 부호(114)는, 사이드 월(106)과 배선의 도통부를 나타내고 있다. 도면 중 부호(121)는, 전하읽기 전극(105)용의 배선을 나타내고 있다. 도면 중 부호(122)는, 사이드 월(106)용의 배선을 나타내고 있다.
이외 같이, 전하읽기 전극(105)과, 사이드 월(106)에, 각각 별도로 도통부 및 배선을 접속하는 것에 의해, 전하읽기 전극(105) 및 사이드 월(106)을 따로따로 구동하는 것이 가능해진다.
또한, 도시하지 않으나, 수광센서부(111) 이외의 부분 위를 덮어, 차광막을 형성하는 것에 의해, 전하읽기 전극(105) 아래의 채널영역이나 FD부(112) 등에 빛이 입사하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시의 형태에 있어서는, 수광센서부(111)를 구성하는 표면의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)을, 중앙부의 고불순물농도(P+)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(109)과, 전하읽기 전극(105)(및 사이드 월(106)) 측의 단부의 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역(hole accumulate 층)(110)에 의해 구성한다.
이것에 의해, 앞서 설명한 CCD 고체촬상소자에 적용한 경우와 마찬가지로, 읽기 특성 및 노이즈 특성을 함께 향상하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에 있어서, 화소분리영역(104) 측의 단부를 저불순물농도(P-)의 정전하 축적영역으로 해도 좋다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자는, 예를 들면 다음과 같이 제조할 수 있다.
화소분리영역(104), 채널스톱영역(103), 수광센서부(111), FD부(112), 전하읽기 전극(105), 사이드 월 도통용 버퍼층(113)의 각 부를 각각 형성한 후에, 전하읽기 전극(105) 및 버퍼층(113)의 표면에 얇은 절연막(107)을 형성한다.
다음으로,도전막을 전면적으로 형성하고, 이 도전막을 에치 백하여, 전하읽기 전극(105) 및 버퍼층(113)의 측벽에, 사이드 월(106)을 형성한다.
그 후, 전하읽기층(105), 버퍼층(113), 사이드 월(106)의 표면에 절연막(115)을 형성하고, 또한 전체를 두꺼운 층간 절연막(116)으로 덮는다.
이어서, 전하읽기 전극(105) 상의 층간 절연막(116)에 도통공을 연 후, 도통공 내에 도전층을 형성하고, 도통부(108)를 형성한다. 그리고, 이 도통부(108)에 접속하여 배선(121)을 형성한다.
또한, 표면을 층간 절연막(117)으로 덮은 후, 전하읽기 전극(105)과 동시에 형성하여 둔 사이드 월 도통용 버퍼층(113)과, 그 주위에 형성된 사이드 월(106)의 양쪽에 걸치는 모양으로, 위의 층간 절연막(117) 및 아래의 층간 절연막(116)에 도통공을 연다. 그 후 이 도통공 내에 도전층을 형성하고, 도통부(114)를 형성한다. 그리고, 이 도통부(114)에 접속하여 배선(122)을 형성한다.
또한, 상기한 각 실시의 형태에서는, N형 반도체영역(2)의 표면의 중앙부에 (P+)의 정전하 축적영역(6)을 형성하고 있으나, 본 발명에 있어서 광전변환 영역의 도전형은 한정되는 것이 아니라, P형 반도체영역의 표면의 중앙부에 N형의 고불순물농도의 영역을 형성하여 수광센서부를 구성해도 좋다.
즉, 본 발명에 있어서는, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에, 제 2 도전형의 고불순물농도의 영역을 형성하고, 한쪽 표면의 단부에 중앙부보다도 저불순물농도의 영역을 형성한다. 그리고, 차광막이나 도전성의 사이드 월에 인가하는 전압도 수광센서부의 도전형에 대응하여, 전압의 정,부 등을 선정하면 된다.
또, 도 5와 도 10에 각각 나타낸 각 실시의 형태에서는, 전하전송 전극의 양측에 도전성의 사이드 월이 형성되어 있으나, 본 발명에서는, 사이드 월에 한정되지 않고, 제 1의 전극, 예를 들면 전하전송 전극이나 CMOS형 고체촬상소자의 전하읽기용의 게이트 전극에 대하여, 그 양측에, 전하전송 전극이나 게이트 전극과 같은 막 두께의 도전막으로 이루어지는 다른 전극을 설치하고, 그 다른 전극에 전하전송 전극이나 게이트 전극과는 독립된 전압을 인가할 수 있도록 구성하여, 전위를 조정해도 된다.
이어서, 다른 본 발명, 즉 차광막이 직류전원 또는 펄스발생 전원에 접속된 고체촬상소자의 구성 및 읽기 시에 차광막에 직류전압 또는 펄스전압을 인가하는 고체촬상소자의 구동방법에 대하여, 구체적인 실시의 형태를 설명한다.
본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 1 실시의 형태를, 도 17에 의해 설명한다. 도 17a는 고체촬상소자의 주요부 개략 구성 단면도이며, 도 17b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이다. 또한, 고체촬상소자는 다수의 화소로 구성되나, 이 도 17에서는 대표로 1 화소를 나타낸다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(71)는, 도 17a에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(31) 상에 읽기전극 겸 전송전극으로 이루어지는 전극(32)이 절연막(33)을 통하여 형성되어 있다. 전극(32)의 읽기전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 읽기 게이트(40)가 형성되어 있다. 또, 전극(32)의 전송전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 전하결합소자에 의해 구성되는 수직레지스터(39)가 형성되어 있다. 더욱이, 전극(32)과 인접하는 화소의 전극(32)의 사이에는, 센서부(34)가 형성되어 있다. 이 센서부(34)는, 예를 들면 HAD로 이루어지고, 예를 들면, PN 접합을 구성하도록 N형 확산층(35)이 형성되고, 그 상부에 P형 확산층(36)이 형성되어 있다. 즉, 센서부(34)의 표면 측에 P형 확산층이 형성되어 있다. 또 센서부(34)와 인접하는 화소영역의 사이에는, 채널스톱층(37)이 형성되어 있다. 따라서, 1 화소를 수평전송방향에서 본 경우, 채널스톱층(37), 수직 레지스터(39), 읽기 게이트(40), 센서부(34)가 차례로 배치되어 있다.
또한, 전극(32), 센서부(34) 등을 덮는 절연막(38)을 통하여 센서부(34) 상에, 개구부(42)를 설치한 차광막(41)이 형성되어 있다.
도 17b에 나타낸 바와 같이, 이 차광막(41)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 직류전원(51)에 접속되어 있다. 직류전원(51)은, 예를 들면 직류전압을 공급하는 전원부(52)와 전압을 소망하는 전압으로 변환하는 전압변환부(53)로 구성되어 있다. 차광막(41)에 덮여진 고체촬상소자(71)의 센서부(34)는, 광전변환에 의해 수광한 빛을 전기신호로 변환하고, 읽기클럭을 받아, 그 신호를 드라이버 일체 전송게이트(61)로 보낸다. 또, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 수직전송클럭을 받아, 신호를 수직방향으로 전송한다. 더욱이, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 읽기클럭을 받아, 차광막(41)으로의 직류전압의 인가를 지시한다.
또, 본 실시의 형태의 고체촬상소자(71)에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 읽기클럭의 읽기펄스가 얻어진 때에, 그 읽기펄스에 근거하여 차광막에 인가되는 클럭의 직류전압(Vdc)을 온 상태로 하고, 차광막(41)에, 예를 들면 -0.1V ~ -10V, 바람직하게는, -0.5V ~ -5V의 직류전압(Vdc)을 인가한다. 이 직류전압(Vdc)이 -0.1V보다도 낮은 경우에는, 직류전압(Vdc)을 인가하여도 센서부 표면의 피닝의 강화가 불충분하게 된다. 또, -10V를 넘는 직류전압(Vdc)의 경우에는, 고체촬상소자(71) 본체의 내압에 문제가 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 직류전압(Vdc)은 상기 범위로 설정된다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(71)에서는, 차광막(41)에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 차광막(41)이 직류전원(51)에 접속되는 것으로부터, 센서부(34) 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트(40)의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 2 실시의 형태를, 도 19에 의해 설명한다. 도 19a는 고체촬상소자의 개략 구성 단면도이며, 도 19b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이며, 또한, 고체촬상소자는 다수의 화소로 구성되나 이 도 19에서는 대표로 1 화소를 나타낸다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(72)는, 도 19a에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(31) 상에 읽기전극 겸 전송전극이 되는 전극(32)이 절연막(33)을 통하여 형성되어 있다. 전극(32)의 읽기전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 읽기 게이트(40)가 형성되어 있다. 또, 전극(32)의 전송전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 전하결합소자에 의해 구성되는수직 레지스터(39)가 형성되어 있다. 더욱이, 전극(32)과 인접하는 화소의 전극(32)의 사이에는, 센서부(34)가 형성되어 있다. 이 센서부(34)는,예를 들면 HAD로 이루어지고, 예를 들면 PN 접합을 구성하도록 N형 확산층(35)이 형성되고, 그 상부에 P형 확산층(36)이 형성되어 있다. 즉, 센서부(34)의 표면 측에 P형 확산층이 형성되어 있다. 또 센서부(34)와 인접하는 화소영역의 사이에는, 채널스톱층(37)이 형성되어 있다. 따라서, 1 화소를 수평전송방향에서 본 경우, 채널스톱층(37), 수직 레지스터(39), 읽기 게이트(40), 센서부(34)가 차례로 배치되어 있다.
또한, 전극(32), 센서부(34) 등을 덮는 절연막(38)을 통하여 센서부(34) 상에, 개구부(42)를 설치한 차광막(41)이 형성되어 있다.
도 19b에 나타낸 바와 같이, 이 차광막(41)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 펄스발생 전원(55)에 접속되어 있다. 펄스발생 전원(55)은, 예를 들면 교류전압을 공급하는 교류전원부(56)와 소망의 전압의 펄스로 변환하는 펄스 조정회로(57)로 구성되어 있다. 차광막(41)에 덮여진 고체촬상소자(72)의 센서부(34)는, 광전변환에 의해 수광한 빛을 전기신호로 변환하고, 읽기클럭을 받아, 그 신호를 드라이버 일체 전송게이트(61)로 보낸다. 또, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 수직전송클럭을 받아, 신호를 수직방향으로 전송한다. 더욱이, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 읽기클럭을 받아, 차광막(41)으로의 펄스전압의 인가를 지시한다.
또, 본 실시의 형태의 고체촬상소자(72)에서는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 읽기클럭의 읽기펄스가 얻어진 때에, 그 읽기펄스에 근거하여 차광막 인가 클럭의 펄스전압(Vp)을 온 상태로 하고, 차광막(41)에, 예를 들면 0.1V ~ 15V, 바람직하게는, 0.5V ~ 5V의 펄스전압(Vp)을 인가한다. 펄스전압(Vp)이 0.1V보다도 낮은 경우에는, 펄스전압(Vp)을 인가하여도 읽기를 충분히 보조할 수 없고, 높은 읽기전압이 필요해진다. 또, 15V를 넘는 펄스전압(Vp)의 경우에는, 고체촬상소자(72) 본체의 내압에 문제가 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 펄스전압(Vp)은 상기 범위로 설정된다.
또, 펄스전압(Vp)의 인가는, 직류전압(Vdc)의 인가를 병용(倂用)하는 것도 가능하다. 예를 들면, 직류전압(Vdc)을 인가하고, 그 위에 펄스전압(Vp)을 겹치면 된다. 이 경우에는, 직류전압 인가에 의한 효과와 펄스전압 인가에 의한 효과의 양쪽을 동시에 얻을 수 있다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(72)에서는, 차광막(41)에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 더욱이, 차광막(41)이 펄스발생 전원(51)에 접속되는 것에 의해, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막(41)에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 3 실시의 형태를, 도 21에 의해 설명한다. 도 21a는 고체촬상소자의 주요부 레이아웃도이며, 도 21b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이다. 이 제 3 실시의 형태는 상기 제 1 실시의 형태의 고체촬상소자에 있어서, 차광막의 구성이 변경된다. 그 외의 구성은 상기 도 17a에 의해 설명한 것과 같다. 또한, 고체촬상소자는 다수의 화소로 구성되나 이 도 21에서는 대표로 1 화소를 나타낸다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(73)는, 도 21a에 나타낸 바와 같이, 차광막(41)이 복수의 층(여기서는 일례로서 2층)으로 형성되어 있다. 제 1 차광막(411)은, 센서부(34) 위를 개구하여 고체촬상소자(73)의 센서부(34) 측의 비광전변환 영역 전체를 피복하고, 동시에 접지(GND)에 접속되어 있다. 제 2 차광막(412)은, 이 제 2 차광막(412)보다 아래층의 제 1 차광막(411) 상에, 절연막(도시 안함)을 통하여 형성되고, 제 1 차광막(411)의 개구부(42)의 한 변 측(예를 들면 읽기 게이트(40) 측)에서 센서부(34) 측에 길게 나와 형성되어 있고, 동시에 직류전원(도시 안함)에 접속되어 있다. 이 제 2 차광막(412)은, 읽기 게이트(40) 측에 형성되는 것이 바람직하다.
도 21b에 나타낸 바와 같이, 제 1 차광막(411)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 센서부(34) 위를 개구하여 센서부(34) 측의 비광전변환 영역 전체를 피복하고, 동시에 접지(GND)에 접속되어 있다. 제 2 차광막(412)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 직류전원(51)에 접속되어 있다. 직류전원(51)은, 예를 들면 직류전압을 공급하는 전원부(52)와 전압을 소망의 전압으로 변환하는 전압변환부(53)로 구성되어 있다. 고체촬상소자(73)의 센서부(34)는, 광전변환에 의해 수광한 빛을 전기신호로 변환하고, 읽기클럭을 받아, 그 신호를 드라이버 일체 전송게이트(61)로 보낸다. 또 드라이버 일체 전송게이트(61)는,수직전송클럭을 받고, 신호를 수직방향으로 전송한다. 또한, 드라이버 일체 전송게이트(61)는 읽기클럭을 받고, 제 2 차광막(412)으로의 직류전압의 인가를 지시한다.
또, 본 실시의 형태의 고체촬상소자(73)에서는, 도 22에 나타낸 바와 같이, 읽기클럭의 읽기펄스가 얻어진 때에, 그 읽기펄스에 근거하여 차광막에 인가되는 클럭의 직류전압(Vdc)을 온 상태로 하고, 차광막(제 2 차광막)에, 예를 들면 -0.1V ~ -10V, 바람직하게는, -0.5V ~ -5V의 직류전압(Vdc)을 인가한다. 이 직류전압(Vdc)이 -0.1V보다도 낮은 경우에는, 직류전압(Vdc)을 인가하여도 센서부 표면의 피닝의 강화가 불충분하게 된다. 또, -10V를 넘는 직류전압(Vdc)의 경우에는, 고체촬상소자(73) 본체의 내압에 문제가 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 직류전압(Vdc)은 상기 범위로 설정된다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(73)에서는, 제 2 차광막(412)에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 제 2 차광막(412)이 직류전원(51)에 접속되는 것으로부터, 센서부(34) 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트(40)의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 4 실시의 형태를, 도 23에 의해 설명한다. 도 23a는 고체촬상소자의 주요부 레이아웃도이며, 도 23b는 고체촬상소자의 주요부 구성도이다. 이 제 4 실시의 형태는 상기 제 2 실시의 형태의 고체촬상소자에 있어서, 차광막의 구성이 변경된다. 그 외의 구성은 상기 도 19a에 의해 설명한 것과 같다. 또한, 고체촬상소자는 다수의 화소로 구성되나 이 도 23에서는 대표로 1 화소를 나타낸다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(74)는, 도 23a에 나타낸 바와 같이, 차광막(41)이 복수의 층(여기서는 일례로서 2층)으로 형성되어 있다. 제 1 차광막(411)은, 센서부(34) 위를 개구하여 고체촬상소자(73)의 센서부(34) 측의 비광전변환 영역 전체를 피복하고, 동시에 접지(GND)에 접속되어 있다. 제 2 차광막(412)은, 이 제 2 차광막(412)보다 아래층의 제 1 차광막(411) 상에, 절연막(도시 안함)을 통하여 형성되고, 제 1 차광막(411)의 개구부(42)의 한 변 측(예를 들면 읽기 게이트(40) 측)에서 센서부(34) 측에 길게 나와 형성되어 있고, 동시에 펄스발생 전원(도시 안함)에 접속되어 있다. 이 제 2 차광막(412)은, 읽기 게이트(40) 측에 형성되는 것이 바람직하다.
도 23b에 나타낸 바와 같이, 제 1 차광막(411)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 센서부(34) 위를 개구하여 센서부(34) 측의 비광전변환 영역 전체를 피복하고, 동시에 접지(GND)에 접속되어 있다. 제 2 차광막(412)은, 예를 들면 텅스텐으로 형성되고, 펄스발생 전원(55)에 접속되어 있다. 펄스발생 전원(55)은, 예를 들면 교류전압을 공급하는 교류전원부(56)와 소망의 전압의 펄스로 변환하는 펄스 조정회로(57)로 구성되어 있다. 고체촬상소자(74)의 센서부(34)는, 광전변환에 의해 수광한 빛을 전기신호로 변환하고, 읽기클럭을 받아, 그 신호를 드라이버 일체 전송게이트(61)로 보낸다. 또, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 수직전송클럭을 받아, 신호를 수직방향으로 전송한다. 더욱이, 드라이버 일체 전송게이트(61)는, 읽기클럭을 받아, 제 2 차광막(412)으로의 펄스전압의 인가를 지시한다.
또, 본 실시의 형태의 고체촬상소자(74)에서는, 도 24에 나타낸 바와 같이, 읽기클럭의 읽기펄스가 얻어진 때에, 그 읽기펄스에 근거하여 차광막에 인가되는 클럭의 펄스전압(Vp)을 온 상태로 하고, 차광막에, 예를 들면 0.1V ~ 15V, 바람직하게는, 0.5V ~ 5V의 펄스전압(Vp)을 인가한다. 펄스전압(Vp)이 0.1V보다도 낮은 경우에는, 펄스전압(Vp)을 인가하여도 읽기를 충분히 보조할 수 없고, 높은 읽기전압이 필요해진다. 또, 15V를 넘는 펄스전압(Vp)의 경우에는, 고체촬상소자(74) 본체의 내압에 문제가 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 펄스전압(Vp)은 상기 범위로 설정된다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(74)에서는, 제 2 차광막(412)에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 제 2 차광막(412)이 펄스발생 전원(55)에 접속되는 것에 의해, 읽기펄스에 동기된 펄스를 제 2 차광막(412)에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다. 이것으로부터, 펄스전압을 인가하는 제 2 차광막(412)은, 특히 읽기 게이트(40) 상의 전극(32)측, 즉 읽기전극(32r) 측에 배치하는 것이 유효하다.
또, 펄스전압(Vp)의 인가는, 직류전압(Vdc)의 인가를 병용(倂用)하는 것도 가능하다. 예를 들면, 직류전압(Vdc)을 인가하고, 그 위에 펄스전압(Vp)을 겹치면 된다. 이 경우에는, 직류전압 인가에 의한 효과와 펄스전압 인가에 의한 효과의 양쪽을 동시에 얻을 수 있다.
본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 5 실시의 형태를, 도 25의 개략 구성도에 의해 설명한다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(75)는, 도 25에 나타낸 바와 같이, 차광막(41)이, 상기한 제 3 및 제 4의 각 실시의 형태와 같이 2층으로 형성되어 있다. 그리고, 제 1 차광막(411)에는 직류전압이 인가되도록, 제 2 차광막(412)에는 펄스전압이 인가되도록, 전원(59)에 접속되어 있다. 즉, 전원(59)은, 각각의 직류전압과 펄스전압을 발생하는 것이 된다. 이 경우의 구동방법은, 상기한 제 3 및 제 4의 각 실시의 형태의 동작을 조합시킨 것이 된다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자 및 그 구동방법에 관한 제 6 실시의 형태를 도 26의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(76)는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(31) 상에 읽기전극 겸 전송전극이 되는 전극(32)이 절연막(33)을 통하여 형성되어 있다. 전극(32)의 읽기전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 읽기 게이트(40)가 형성되어 있다. 또, 전극(32)의 전송전극이 되는 부분의 아래쪽의 반도체기판(31)에는, 전하결합소자에 의해 구성되는 수직 레지스터(39)가 형성되어 있다. 더욱이, 전극(32)과 인접하는 화소의 전극(32)의 사이에는, 센서부(34)가 형성되어 있다. 이 센서부(34)는,예를 들면 HAD로 이루어지고, 예를 들면 PN 접합을 구성하도록 N형 확산층(35)이 형성되고, 그 상부에 P형 확산층(36)이 형성되어 있다. 또 센서부(34)와 인접하는 화소영역의 사이에는, 채널스톱층(37)이 형성되어 있다. 따라서, 1 화소를 수평전송방향에서 본 경우, 채널스톱층(37), 수직 레지스터(39), 읽기 게이트(40), 센서부(34)가 차례로 배치되어 있다.
P형 확산층(36)은, 읽기 게이트(40) 측 및 채널스톱층(37) 측에 N형 확산층(35)을 남긴 상태로 형성된다. 이 남겨진 N형 확산층 부분이 오프셋 영역(77)이 된다.
또한, 전극(32), 센서부(34) 등을 덮는 절연막(38)을 통하여, 센서부(34) 상에 개구부(42)를 설치한 차광막(41)이 형성되어 있다.
이 차광막(41)의 구성은, 상기 제 1 내지 제 5의 각 실시의 형태에서 설명한 차광막의 구성을 이용하는 것이 가능하다. 즉, 상기 제 1 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 직류전압이 인가되도록 직류전원에 접속되는 것을 이용할 수 있다. 또는, 상기 제 2 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 펄스전압이 인가되도록 펄스발생 전원에 접속되는 것도 이용할 수 있다. 또는, 제 3 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 위를 개구하여 고체촬상소자의 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구의 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전원에 접속되는 것을 이용할 수 있다. 또는, 상기 제 4 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 위를 개구하여 고체촬상소자의 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구이 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스발생 전원에 접속되는 것을 이용할 수 있다. 이 제 2 차광막은 읽기전극 측에 형성되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 제 5 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 복수의 층의 제 1 차광막은, 센서부 위를 개구하여 고체촬상소자의 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 직류전압이 인가되어 있고, 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 제 1 차광막의 개구의 한 변 측에서 센서부로 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스전압이 인가되어 있는 것을 이용할 수 있다. 이 제 2 차광막은 읽기전극 측에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도 26은 일례로서, 단층의 차광막을 나타낸다.
또, 직류전압 또는 펄스전압을 차광막에 인가하는 방법은, 상기 제 1~제 4 실시의 형태에서 설명한 것과 같다.
본 실시의 형태의 고체촬상소자(76)에서는, 센서부(34)는, 고체촬상소자(76)의 읽기 게이트(40) 및 인접하는 화소의 채널스톱층(37)의 사이에 오프셋 영역(77)이 설치되어 있다. 이것에 의해, 센서부(34)의 P형층(36)이 읽기 게이트(40) 측으로 확산하는 것이 없어지게 되므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형층(36)이 수평방향의 인접화소 측에 있어서 수직 레지스터(39)의 전송전극의 아래쪽(채널스톱층(37) 측)으로 확산하는 것이 없어지므로, 인접하는 화소의 수직 레지스터(39)의 실효 영역이 확보되고, 수직 레지스터(39)의 취급 전하량이 확보된다. 차광막(41)에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막(41)이 직류전원(51)에 접속되는 것으로부터, 센서부(34) 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하 전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트(40)의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능하게 되고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또 차광막(41)이 펄스발생 전원에 접속되는 것으로는, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막(41)에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감시킬 수 있다. 특히, 펄스전압을 인가하는 차광막(41)은, 특히 읽기전극 측에 배치하는 것이 유효하다.
또, 상기 펄스전압의 인가는, 직류전압의 인가를 병용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 직류전압을 인가하고, 그 위에 펄스 전압을 겹치면 된다. 이 경우에는, 직류전압 인가에 의한 효과와 펄스전압 인가에 의한 효과의 양쪽 모두를 동시에 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법으로, 2층의 차광막을 형성하는 1 실시의 형태를 이하에 설명한다. 또한 상기한 각 실시의 형태에서 설명한 구성부품과 같은 구성부품에는 동일부호를 붙여 설명한다.
기존의 고체촬상소자의 제조방법에 의해, 반도체기판(31)에 읽기 게이트(40), 수직 레지스터(39), 채널스톱층(37) 등을 형성하고, 반도체기판(31) 상에 절연막을 통하여 전하읽기 전극 및 전하전송 전극이 되는 전극(32)을 형성한다. 또한, 센서부(34)가 되는 영역에, N형 확산층(35), 그 표층에 P형 확산층(36)을 형성해 둔다. 또, 전극(32) 및 센서부(34) 상을 피복 하는 층간 절연막(38)을 형성한다.
그 후, 층간 절연막(38) 상에 제 1 차광막(411)을 형성한 후, 통상의 석판 인쇄(lithography)기술과 에칭기술에 의해, 센서부(34) 상의 제 1 차광막(411)에 개구부(42)를 형성한다. 그 후, 제 1 차광막(411) 상에 절연막을 통하여 제 2 차광막(412)을 제 1 차광막(411)의 개구부(42)의 한 변 측에서 센서부(34) 측으로 길게 나와 형성한다. 그 결과, 상기 도 21a 또는 상기 도 23a에 의해 설명한 바와 같은 구성의 차광막(41)이 형성된다.
다음으로, 본 발명의 고체촬상소자의 제조방법으로서, 센서부에 오프셋 영역을 가지는 고체촬상소자의 제조방법과 관련되는 1 실시의 형태를, 도 27의 개략 구성 단면도에 의해 설명한다. 센서부(34)의 P형 층(36) 이외는 종래의 제조방법과 동일하므로, 여기에서는 발명의 특징이 되는 P형 층(36)의 제조방법을 설명한다.
도 27a에 나타낸 바와 같이, 기존의 제조방법에 의해, 반도체기판(31)에 읽기 게이트(40), 수직 레지스터(39), 채널스톱층(37) 등을 형성하고, 반도체기판(31) 상에 절연막을 통하여 전하읽기 전극 및 전하전송 전극이 되는 전극(32)을 형성한다. 또한, 센서부(34)가 되는 영역에, N형 확산층(35)를 형성해 둔다. 또, 전극(32) 및 센서부(34) 위를 피복하는 층간 절연막(38)을 형성한다.
그 후, 레지스터도포기술 및 석판인쇄기술에 의해서, N형 확산층(35)의 읽기 게이트(40) 측 및 채널스톱층(37) 측을 피복 하도록 N형 확산층(35)위를 개구한 레지스터 마스크(81)를 형성한다. 다음으로, 이 레지스터 마스크(81)를 이온주입 마스크로 이용하고, 통상의 이온주입법에 의해, P형 불순물을 N형 확산층(35)의 표층에 도핑(doping) 한다. 그 후 레지스터 마스크(81)를 제거하고 나서, 소망의 열공정을 행하는 것으로, N형 확산층(35) 상에 홀 어큐뮬레이트(hole accumulate) 층이 되는 P형 확산층(36)을 형성한다. 그 결과, 읽기전극(읽기 게이트(40)) 측 및 인접하는 화소의 전송전극(인접하는 화소를 분리하는 채널스톱층(37)) 측의 N형 확산층(35)이 남겨지고, 그 남겨진 영역이 오프셋 영역(77)이 된다. 이와 같이 하여, 오프셋 구조를 형성한다. 그 후, 상기 제 1 ~ 제 5 실시의 형태에서 설명한 차광막을 형성한다. 그때, 차광막은, 직류전원 또는 펄스발생 전원에 접속되도록, 전원접속단자(도시하지 않음)를 설치하도록 형성된다. 이 차광막의 형성은 상기 열공정의 전에 형성해도 좋다.
상기한 제조방법에서는, 읽기 게이트(40) 측 및 인접하는 화소의 채널스톱층(37) 측의 N형 확산층(35)을 오프셋 영역(77)으로 하여, 통상의 이온주입법에 의해 N형 확산층(35)의 위층에 P형 확산층(36)을 형성하는 것으로부터, 형성되는 P형 확산층(36)은 읽기 게이트(40) 및 인접하는 화소의 채널스톱층(37)으로부터 오프셋 영역(77)만큼 떨어진 상태로 형성된다. 이 때문에, 그 후의 열공정에 의해, 센서부(34)의 P형 층이 읽기 게이트(40) 측으로 확산하는 것이 없어지므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 넓어진다. 또, P형 확산층(36)이 수평방향의 인접화소 측에 대하여 수직 레지스터(39)의 전송전극의 아래쪽(채널스톱층(37) 측)에 확산하는 것이 없어지므로, 수직 레지스터(39)의 실효영역이 확보되고, 수직 레지스터(39)의 취급 전하량이 확보된다. 또, 이 제조방법에서는, 이온주입방향, 각도 등의 제어가 불필요하며, 동시에 확산의 영향도 경감할 수 있으므로, P형 확산층(36)에 인접하는 소자로의 영향을 경감할 수 있어, 센서 크기를 보다 축소할 수 있다.
또는, P형 확산층(36)을 이하와 같이 형성해도 좋다. 도 27b에 나타낸 바와 같이, 기존의 제조방법에 의해, 반도체기판(31)에 읽기 게이트(40), 수직 레지스터(39), 채널스톱층(37) 등을 형성하고, 반도체기판(31) 상에 절연막을 통하여, 전하읽기 전극 및 전하전송 전극이 되는 전극(32)을 형성한다. 더욱이, 센서부(34)가 되는 영역에, N형 확산층(35)을 형성해 둔다. 또, 전극(32) 및 센서부(34) 위를 피복하는 층간 절연막(38)을 형성한다.
그 후, 전극(32) 및 층간 절연막(38) 등을 이온주입 마스크로 한, 통상의 경사 이온주입법에 의해, P형 불순물을 N형 확산층(35)의 표층에 도핑한다. 그때, 읽기 게이트(40) 측이 전극(32) 및 층간 절연막(38)의 그늘이 되도록, 이온주입 방향을 설정한다. 그 후 소망하는 열공정을 행하는 것으로, N형 확산층(35) 상에 홀 어큐뮬레이트 층이 되는 P형 확산층(36)을 형성한다. 그 결과, 읽기전극(읽기 게이트(40)) 측의 N형 확산층(35)이 남겨지고, 그 남겨진 영역이 오프셋 영역(77)이 된다. 이와 같이 하여, 오프셋 구조를 형성한다. 그 후, 상기 제 1 ~ 제 5 실시의 형태에서 설명한 차광막을 형성한다. 그때, 차광막은, 직류전원 또는 펄스발생 전원에 접속되도록, 전원접속단자(도시하지 않음)를 설치하도록 형성된다. 이 차광막의 형성은 열공정의 전에 형성해도 좋다.
상기한 제조방법에서는, 읽기 게이트(40) 측의 N형 확산층(35)을 오프셋 영역(77)으로서, 경사 이온주입법에 의해, N형 확산층(35)의 위층에 P형 확산층(36)을 형성하는 것으로부터, P형 확산층(36)이 읽기 게이트(40)로부터 오프셋 영역(77) 만큼 떨어진 상태로 형성된다. 이 때문에, 그 후의 열공정에 의해 센서부(34)의 P형 확산층(36)이 읽기 게이트(40) 측에 확산하는 것이 없어지므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진이 커진다. 또, 이 제조방법에서는, 이온주입의 확산의 영향도 경감할 수 있으므로, P형 확산층(36)에 인접하는 소자로의 영향을 경감할 수 있어, 센서 크기를 보다 축소할 수 있다.
더욱이, 차광막이 직류전원에 접속되도록 형성하는 제조방법에서는, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 센서부 표면의 피닝이 강화된다. 또, 전하 전송시에 있어 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능하게 되고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또 차광막이 펄스발생 전원에 접속되도록 형성하는 제조방법에서는, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있게 되므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다.
본 발명은, 상술의 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 그 외 여러 가지 구성을 취할 수 있다.
상기한 본 발명의 고체촬상소자에 의하면, 차광막이나 제 1 전극에 대하여 전기적으로 독립한 다른 전극에 소정의 전압신호를 인가할 수 있는 구성으로 하는 것에 의해, 각 부의 전위를 가변으로 하고, 전압신호의 인가에 의해 전위를 보정하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 전위를 보정하고, 블루밍 특성, 읽기 특성, 화소분리 특성이나 노이즈 특성을 개선할 수 있다.
또, 본 발명의 고체촬상소자 및 그 제조방법에 의하면, 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체 영역의 표면에 있어서, 그 전극 측의 단부 및 화소분리영역 측의 단부에, 중앙부의 제 2 도전형의 반도체 영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을 형성하는 것으로써, 수광센서부의 표면의 단부의 전위깊이를 보정하고, 전극 측에서 읽기전압을 저감하는 것과 동시에, 화소분리영역 측에서의 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
이것에 의해, 보다 효과적으로 읽기 특성 및 노이즈 특성을 향상할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해, 양호한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 가지는 고체촬상소자를 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 의해, 화소크기를 미세화하거나 다화소화 하거나 했을 경우에도, 양호한 노이즈 특성 및 읽기 특성을 얻을 수 있으므로, 본 발명의 고체촬상소자를 이용하는 것으로써, 카메라 등의 소형화나 고해상도화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 고체촬상소자에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막이 직류전원에 접속되므로, 센서부 표면의 피닝을 강화할 수 있다. 또, 전하 전송시에 있어 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능하게 되고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또 차광막이 펄스발생 전원에 접속되는 것에서는, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다. 따라서, 암전류의 발생을 방지하고, 흠집의 발생이 없는 고품질의 고체촬상소자를 제공할 수 있다. 또, 수직 레지스터 실효면적의 확대가 가능하다.
본 발명의 고체촬상소자의 구동방법에 의하면, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 고체촬상소자의 읽기시에, 차광막에 직류전압을 인가하는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝을 강화할 수 있다. 또, 전하 전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또, 고체촬상소자의 읽기 시에, 차광막에 펄스전압을 인가하는 구동방법에서는, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다. 따라서, 암전류의 발생을 방지하고, 흠집의 발생이 없는 고품질의 고체촬상소자의 구동방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 고체촬상소자에 의하면, 센서부는 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있으므로, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진을 넓힐 수 있다. 또, 수직 레지스터의 실효영역이 확보될 수 있고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보될 수 있다. 더욱이, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝을 강화할 수 있다. 또, 전하 전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또 차광막이 펄스발생 전원에 접속되는 것에서는, 읽기펄스에 동기된 펄스를 차광막에 인가할 수 있으므로, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다. 또, 수직 레지스터 실효면적의 확대가 가능하다.
본 발명의 고체촬상소자의 제조방법에 의하면, 읽기 게이트 측 및 인접하는 화소의 채널스톱층 측의 N형 확산층을 오프셋 영역으로서, 이온주입법에 의해 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하므로, P형 확산층을 읽기 게이트 및 인접하는 화소의 채널스톱층으로부터 오프셋 영역만큼 떨어진 상태로 형성할 수 있다. 이 때문에, 읽기전압을 낮게 억제할 수 있고, 구동전압에 대한 동작마진을 넓히는 것이 가능한 고체촬상소자를 제조할 수 있다. 또, 수직 레지스터의 실효영역이 확보될 수 있고, 수직 레지스터의 취급 전하량이 확보될 수 있다. 더욱이, 차광막에 전압을 인가하는 것에 의해 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또, 차광막이 직류전원에 접속되는 것으로부터, 센서부 표면의 피닝을 강화할 수 있다. 또, 전하 전송시에 있어서 마이너스로 전압을 인가하는 것에 의해 읽기 게이트의 전위장벽을 높게 설정하는 것이 가능해지고, 블루밍 특성의 향상이 가능하다. 또 차광막이 펄스발생 전원에 접속되는 것에서는, 읽기를 보조하고, 읽기전압을 저감 시킬 수 있다.

Claims (33)

  1. 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 상기 수광센서부로부터의 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고,
    촬상영역의 상기 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고,
    상기 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고,
    상기 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에, 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고,
    상기 제 1 도전형의 반도체 영역의 표면의, 상기 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에, 상기 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역이 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전압신호로서 DC 바이어스와 클럭펄스의 어느 한쪽 또는 양쪽을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수광센서부의 한쪽에 읽어낸 상기 신호전하를 전송하는 전하전송부가 설치되고, 상기 전극이 상기 전하전송부에 있어서 전하전송 전극을 겸하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수광센서부의 상기 제 2 도전형의 반도체영역이, 상기 수광센서부 상의 차광막의 개구와 자기정합하여 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  5. 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 상기 수광센서부로부터의 신호전하의 읽어내기 또는 읽어낸 신호전하의 전송을 행하는 제 1 전극이 배치되고,
    상기 전극의 상기 수광센서부 측에, 상기 제 1 전극과는 전기적으로 독립한 다른 전극이 설치되고,
    상기 다른 전극에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고,
    상기 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에, 제 2 도전형의 반도체영역이 형성되고,
    상기 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의, 상기 제 1 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에, 상기 제 2 도전형의 반도체 영역보다도 불순물 농도가 낮은 영역이 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전압신호로서 DC 바이어스와 클럭펄스의 어느 한쪽 또는 양쪽을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 수광센서부의 한쪽에 읽어낸 상기 신호전하를 전송하는 전하전송부가 설치되고, 상기 제 1 전극이 상기 전하 전송부에 있어서 전하전송 전극인 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 수광센서부의 상기 제 2 도전형의 반도체영역이, 상기 다른 전극의 가장자리와 자기정합하여 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  9. 수광량에 따라 전하를 생성하는 광전변환부와,
    상기 광전변환부로부터 읽기 전극에 의해 읽어내진 전하를 받아들이는 전하 축적부를 가지고,
    상기 광전변환부는, 제 1 도전형의 제 1 불순물 영역과 상기 제 1 불순물 영역의 상부에 형성된 제 2 도전형의 제 2 불순물 영역을 포함하고,
    상기 제 2 불순물 영역과 상기 전하 축적부의 사이에, 상기 제 2 불순물 영역보다 저농도의 제 2 도전형의 제 3 불순물 영역 및 제 4 불순물 영역이 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 읽기 전극과는 별도로 형성된 전압인가부를 가지고,
    상기 제 3 불순물 영역은 상기 제 2 불순물 영역에 인접하여 형성되고,
    상기 전압인가부는 적어도 상기 제 3 불순물 영역에 전압을 인가하여 상기 제 3 불순물 영역의 전위를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  11. 화소를 구성하는 수광센서부의 한쪽에, 상기 수광센서부로부터 신호전하를 읽어내기 위한 전극이 설치되고,
    촬상영역의 상기 수광센서부 이외를 덮어 차광막이 형성되고,
    상기 차광막에 소정의 전압신호를 인가하도록 구성되고,
    상기 수광센서부의 광전변환 영역을 구성하는 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에, 제 2 도전형의 반도체영역이 형성된 고체촬상소자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에, 상기 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 중앙부에 상기 제 2 도전형의 반도체영역을, 상기 제 1 도전형의 반도체영역의 표면의 상기 전극 측의 단부 및 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부에, 상기 제 2 도전형의 반도체영역보다도 불순물농도가 낮은 영역을, 각각 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 도전형의 반도체영역 및 상기 제 2 도전형의 반도체 영역보다도 불순물 농도가 낮은 영역을 각각 형성할 때에, 상기 전극 측의 단부를 향한 이온주입과, 그 반대측의 화소분리영역 측의 단부를 향한 이온주입으로 나누어 이온주입을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 도전형의 반도체영역을 형성한 후에, 상기 차광막을 형성하고, 상기 수광센서부 상의 상기 차광막에 개구부를 형성하고, 상기 차광막을 마스크로 이용하여 이온주입을 행하여 상기 제 2 도전형의 반도체영역을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  14. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 상에 개구부를 설치하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서,
    상기 차광막은 직류전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 설치하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  16. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 상에 개구부를 형성하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서,
    상기 차광막은 펄스발생 전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 설치하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스발생 전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 차광막은 읽기 전극 측에 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  19. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 위를 개구하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자의 구동방법에 있어서,
    상기 고체촬상소자의 읽기 시에 상기 차광막에 직류전압을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 구동방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 형성해 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 구동방법.
  21. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 상에 개구부를 형성하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상 소자의 구동방법에 있어서,
    상기 고체촬상소자의 읽기 시에 상기 차광막에 펄스전압을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 구동방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 형성하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스전압이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 구동방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 제 2 차광막은 읽기 전극 측에 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 구동방법.
  24. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 상에 개구부를 형성하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서,
    상기 차광막은 직류 전원에 접속되고,
    상기 센서부는 상기 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널 스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 형성하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 직류전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  26. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로 그 센서부 상에 개구부를 형성하여 그 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖춘 고체촬상소자에 있어서,
    상기 차광막은 펄스발생 전원에 접속되고,
    상기 센서부는 상기 고체촬상소자의 읽기 게이트 및 인접하는 화소와의 채널 스톱층과의 사이에 오프셋 영역이 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 차광막은 복수의 층으로 형성되어 있고, 상기 복수의 층의 제 1 차광막은, 상기 센서부 상에 개구부를 형성하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 동시에 접지되어 있고, 상기 복수의 층의 제 2 차광막은, 이 제 2 차광막보다 아래층의 차광막 상에 절연막을 통하여 형성되고, 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성되어 있는 동시에 펄스발생 전원에 접속되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제 2 차광막은 읽기 전극 측에 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
  29. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로, 상기 센서부 상에 개구부를 형성하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 상기 차광막은 직류전원에 접속되는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서,
    상기 센서부를 형성하는 공정은,
    읽기 게이트와 인접하는 화소의 전하결합소자의 채널스톱층과의 사이에 N형 확산층을 형성하는 공정과,
    상기 읽기 게이트 측 및 상기 인접하는 화소와의 채널 스톱층 측의 상기 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 상기 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 공정을 갖추도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 차광막을, 상기 센서부 측의 비광전변환 영역에 절연막을 통하여 덮는 제 1 차광막을 형성한 후, 상기 센서부 상의 상기 제 1 차광막에 개구부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 차광막 상에 절연막을 통하여 제 2 차광막을 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성하는 공정을 갖추어 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  31. 센서부에서 광전변환하여 얻어진 전기적 신호를 전하결합소자에 의해 전송 하는 것으로, 상기 센서부 상에 개구부를 형성하여 상기 센서부 측의 비광전변환 영역을 피복하는 차광막을 갖추고, 상기 차광막은 펄스발생 전원에 접속되는 고체촬상소자의 제조방법에 있어서,
    상기 센서부를 형성하는 공정은,
    읽기 게이트와 인접하는 화소의 전하결합소자의 채널스톱층과의 사이에 N형 확산층을 형성하는 공정과,
    상기 읽기 게이트 측 및 상기 인접하는 화소의 채널스톱층 측의 상기 N형 확산층을 오프셋 영역으로 하여, 이온주입법에 의해 상기 N형 확산층의 위층에 P형 확산층을 형성하는 공정을 갖추도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 차광막을, 상기 센서부 측의 비광전변환 영역에 절연막을 통하여 덮는 제 1 차광막을 형성한 후, 상기 센서부 상의 상기 제 1 차광막에 개구부를 형성하는 공정과, 상기 제 1 차광막 상에 절연막을 통하여 제 2 차광막을 상기 제 1 차광막의 개구부의 한 변 측에서 상기 센서부에 길게 나와 형성하는 공정을 갖추어 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 제 2 차광막을 읽기 전극 측에 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체촬상소자의 제조방법.
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