JPH01227470A - 固体撮像装置 - Google Patents

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】 〔発明□の１的〕″　− （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 従来□の固体撮像装置の構造について、その断面図であ
る第６図を参照して説明する。ｐ型半導体層１の表面部
分に、ｎ型不純物層から成り入射光を受けて信号キャリ
アを発生する感光画素４２が形成されている。このｐ型
半導体層１と感光画素４２とで感光素子を形成する。ｎ
型不純物層から成る転送部３は、感光画素４２に発生し
た信号キャリアを受けて転送するものである。転送電極
５は絶縁層６を介して転送部３上に設けられており、転
送部３の電位を制御して信号キャリアを紙面垂直方向に
転送するものである。素子分離層４はｐ型不純物層から
成り、感光画素４２及び転送部３に存在する信号キャリ
アが周囲へ漏れることのないように、感光画素４２及び
転送部３を周囲から電気的に分離するものである。蓄積
電極１９は絶縁層６を介して感光画素４２上に設けられ
ており、バイアス電源１０により負電圧が印加されて、
感光画素４２の表面部分に反転層４２ａを形成するもの
である。反転層４２ａは素子分離層４から供給された正
孔が充満した状態にある。この反転層４２ａを暗電流が
最も多く発生する感光画素４２の表面部分に形成するこ
とにより、暗電流を飛躍的に小さくしうろことは、本願
の出願人による特許第１３２５４５８号において開示さ
れている通りである。蓄積電極１９の上部に絶縁層６を
介して形成された光遮へい膜７は、その受光窓７ａのみ
光を通過させて感光画素４２に光を照射させるものであ
る。

受光窓７ａを通過した入射光を受けて感光画素４２に信
号キャリアが発生する。この信号キャリアが、転送電極
５の電位の制御により転送部３へ移動し、紙面垂直方向
に転送される。バイアス電源１０により負電圧が蓄積電
極１つに印加され、感光画素４２の表面部分に反転層４
２ａが形成されて暗電流の発生が防止される。

（発明が解決しようとする課題） この場合に受光窓７ａを通過した入射光は、蓄積電極１
９を通過して感光画素４２に到達する必要があるため、
蓄積電極１９は透明でなければならない。しかし現在最
も容易にかつ安定して形成し得る電極材料は必ずしも透
明ではない。例えば多結晶シリコン電極を用いた場合に
は、短波長光（青色光）が著しく吸収され、いわゆる青
色感度が大幅に減少する。このため固体撮像装置を用い
てカラー撮像信号を得ようとすると、短波長感度に合わ
せて中長波長感度を抑えて全体の色バランスを調整しな
ければならず、結果的にこの固体撮像装置を用いた装置
の感度が著しく劣るという問題があった。

本発明は上記事情に鑑み、暗電流の発生を防止しかつ感
度が高い固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的は、一導電型半導体層の表面部分に形成され光
を受けて信号キャリアを発生する逆導電型不純物層が複
数個規則的に配設された感光画素と、前記感光画素に隣
接して形成され前記感光画素と電気的に分離する一導電
型素子分離層と、前記信号キャリアを転送する転送手段
と、前記感光画素の上部に絶縁層を介して形成され、電
圧の印加により前記感光画素の表面部分に前記一導電型
素子分離層から前記信号キャリアと逆極性のキャリアを
注入して前記感光画素の表面部分の暗電流を低減させる
蓄積電極とを備えた固体撮像装置において、前記蓄積電
極のうち前記光が入射する光路に対応する部分に開口部
を設けたことを特徴とする固体撮像装置によって達成さ
れる。さらに、　　　゛前記開口部に対応した前記感光
画素の部分の不純　　　　゛物濃度が前記感光画素の他
の部分の不純物濃度より低濃度であったり、前記表面部
分に前記一導電型半導体層と同一導電型の不純物層が形
成されていてもよい。また前記感光画素の表面部分が前
記一導電型半導体層と同一導電型の不純物層で覆われて
いてもよい。

（作　用） 電圧を印加された蓄積電極が、素子分離層から信号キャ
リアと逆極性のキャリアを感光画素の表面部分に注入す
る際に、蓄積電極によって妨げられることなく開口部を
通過した光を感光画素が受けて信号キャリアを発生する
。。

開口部に対応した感光画素の部分の不純物ａ度が感光画
素の他の部分の不純物濃度よりも低濃度である場合、ま
た開口部に対応した感光画素の表面部分に一導電型半導
体層と同一導電型の不純物層が形成されている場合には
、感光画素の開口部に対応した表面部分が、信号キャリ
アと逆極性のキャリアで満たされる。

感光画素の表面部分が一導電型半導体層と同一導電型の
不純物層で覆われている場合にも、感光画素の表面部分
が信号キャリアと逆極性のキャリアで満たされる。

（実施例） 本発明の第１の実施例による固体撮像装置の構造につい
て、その断面図である第１図（ａ）及び蓄積電極９の平
面図である第１図（ｂ）を参照して説明する。従来の場
合と比較し、蓄８！電極９に入射光の光路に対応する部
分に開口部９ａが設けられている点と、それに伴なって
感光画素２の開口部９ａに対応した表面部分に反転層２
ａが形成されない点が事なる。他の従来と同一のものに
は同一番号を付して説明を省略する。

バイアス電源１０により蓄１ａ電極９に負電圧が印加さ
れて、感光画素２の表面の周辺部に反転層２ａが形成さ
れる。この□反□転層２ａは、従来の場合と同様に素子
分離層４から供給さ気た正電が充満した状態になってい
る。この反転層２ａは感光画素２の表面全体には形成さ
れない。しかし暗電流の発生源は、感光画素２における
素子分離層４との接合部分に偏っ゛て分布することが太
股によって確かめられている。従って感光画素２の表面
全体には存在しないが上述した接合部分には形成される
この反転層２ａは、十分に暗電流を軽減することができ
る。ちなみに、感光画素２の表面全体に反転層を形成し
た場合には、反転層を全く形成しない場合と比較して暗
電流は約１１５に減少する。これに対し、本実施例のよ
うに感光画素２の表面全体の６０％に入射光が蓄積電極
９によってさえぎられることなく到達するように開口部
９ａを設け、この蓄積電極９により反転層２ａを形成し
た場合には、反転層を全く形成しない場合に比べて暗電
流は約１７４に減少する。

次に、入射光の波長の違いが固体撮像装置の感度に与え
る影響について第５図を参照しながら説明する。−点鎖
線Ａは蓄積電極を設けず感光画素に反転層を全く形成し
ない場合、実線Ｂは本実施例の蓄積電極９を設けて感光
画素２に反転層２ａを形成した場合、゛点線Ｃは従来の
場合の開口部を白°しない蓄積電極１９を設けて感光画
素′３２に反転層３２ａを形成した場合の、それぞれの
分光感度を示す。５５０ｎｍ以上の中、長波長光におい
ては、いずれの分光感度も差異はなく蓄積電極の存在に
よる影響を見られない。しかし５５０ｎｍ未満の中、長
波長光は、分光感度が異なっており、最も分光感度に差
異が見られる４４０ｎｍの光におけるそれぞれの分光感
度を、５５０ｎｍの光における分光感度に対す′る割合
として比較する。蓄積電極を設けない場合（−点鎖線Ａ
）は７０％、本実施例の場合（実線Ｂ）は５０％、従来
の場合（点線Ｃ）は２０％となる。従って本実施例のよ
うに蓄積電極９に開口部９ａを設けた場合には、従来の
ように開口部を設けない場合よりも光感度が２．５倍に
向上することとなる。

一方暗電流について比較すると、本実施例の場合は蓄積
電極を設けない場合よりも１／４に減少し、従来の場合
は蓄積電極を設けない場合よりも１１５減少する。とこ
ろで固体撮像装置の実効感度は、雑音成分を支配する暗
電ｉ成分と光感度との比によるＳ／Ｎ比で決定される。

本実施例の場合は蓄積電極を設けない場合よりも暗電流
成分は１／４に減少し、４００ｎｍの光に対する光感度
は５／７に低下するため、結果としてＳ／Ｎ比は約３倍
に向上する。これに対し従来の場合は蓄積電極を設けな
い場合よりも暗電流成分は１１５に減少し、４００ｎｍ
の光に対する光感度は２／７に低下するため、Ｓ／Ｎ比
は約１．４倍に向上する。従って本実施例の場合は従来
の場合と比較し２倍以上改善されることとなる。

次に、本発明の第２の実施例による団体撮像装置の構造
につ（−で、その断面図である第２図を参照し説明する
。第１の実施例と比較し、感光画素２２における開口部
９ａに対応した表面部分にＰ形不純物層１２ｂを形成し
た点が異なる。この構造によれば、感光画素１２におい
て蓄積電極９によって反転層１２ａが形成されない表面
部分がＰ形不純物１２ｂにより正孔で満たされることに
なるので、この部分での暗電流の発生を十分に抑制する
ことができる。これにより、蓄積電極を全く設けない場
合よりも約１１５近く低減するため、Ｓ／Ｎ比は約３．
５倍向上する。さらに不純物１２ｂの不純物濃度あるい
は不純物分布を適性に設定することににより、信号キャ
リアを感光画素１２から転送部３へ転送する際に、開口
部９ａに対応した部分に残留キャリアが存在しない完全
転送を実現し、不完全転送動作に起因する残像現象をな
くすことができる。

本発明の第３の実施例による固体撮像装置の構造につい
て、その断面図である第３図を参照し説明する。感光画
素２２の表面全体をＰ層、又は表面以外の部分の濃度よ
り低濃度のｎ層で覆った不純物２２ａを形成した点が第
１及び第２の実施例と異なる。この構造によれば、バイ
アス電源１０の電圧の絶対値を小さくすることができる
。さらに第２の実施例と同様に、不純物層２２ｂの不純
物濃度あるいは不純物分布を適性に設定することにより
、完全転送を実現し残像現象をなくすことができる。

本発明の第４の実施例による固体撮像装置の構造につい
て、その断面図である第４図を参照し説明する。感光画
素３２がｎ型の不純物層３２ａ及び３２ｂから成り、開
口部９ａに対応した位置にある不純物３２ａの不純物濃
度が不純物３２ｂの不純物濃度よりも低くなっている。

このような構造の場合にも、第２及び第３の実施例と同
様に、不純物層３２ａの不純物濃度あるいは不純物分布
を適性に設定することにより、完全転送を実現し残像現
象をなくすことができる。

尚、本発明の固体撮像装置の構造は、上述の第１図（ａ
）（ｂ）、第２図、第３図、第４図に示された実施例に
限定されるものではない。例えば、蓄積電極に用いる材
料として多結晶シリコン以外に、他の材料によるものを
用いてもよい。さらに実施例における不純物、信号キャ
リア、バイアス電源の極性を全て反転しても同等の効果
を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の固体撮像装置は、感光画素
の表面部分の暗電流を低減させる蓄積電極に開口部を設
け、光が蓄積電極によって妨げられることなく開口部を
通過して感光画素に到達するようにしたため、暗電流を
十分に低減しかつ感度を向上させることができる。また
開口部に対応した感光画素の部分の不純物濃度が感光画
素の他の部分の不純物濃度よりも低濃度である場合、ま
たは開口部に対応した感光画素の表面部分に一導電型半
導体層と同一導電型の不純物層が形成されている場合、
または感光画素の表面部分が一導電型半導体層と同一導
電型の不純物層で覆われている場合には暗電流をより十
分に低減することができ、さらに信号キャリアの完全転
送を実現し残像現象をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１１図（ａ）は本発明の第１の実施例の固体撮像装置
の構造を示す断面図、第１図（ｂ）は同装置の蓄積電極
の平面図、第２図は本発明の第２の実施例の固体撮像装
置の構造を示す断面図、第３図は本発明の第３の実施例
の固体撮像装置の構造を示す断面図、第４図は本発明の
第４の実施例の固体撮像装置の構造を示す断面図、第５
図は感光素子−の分光感度を示す特性図、第６図は従来
の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 １・・・半導体層、２，１２，２２，３２．４２・・・
感光画素、２ａ、１２ａ、４２ａ・・・反転層、′３・
・・転送部、４・・・素子分離層、５・・・転送電極、
６・・・絶縁層、７・・・光速へい膜、７ａ・・・受光
窓、９．１つ・・・転送電極、９ａ・・・開口部、１０
・・・バイアス電源、１２ｂ、２２ａ、３２ａ、３２ｂ
−＝不純物層。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ３％１図（０） 罠１図（ｂ） 地２図 罠３図 嶌４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一導電型半導体層の表面部分に形成され光を受けて
   信号キャリアを発生する逆導電型不純物層が複数個規則
   的に配設された感光画素と、前記感光画素に隣接して形
   成され前記感光画素と電気的に分離する一導電型素子分
   離層と、前記信号キャリアを転送する転送手段と、前記
   感光画素の上部に絶縁層を介して形成され、電圧の印加
   により前記感光画素の表面部分に前記一導電型素子分離
   層から前記信号キャリアと逆極性のキャリアを注入して
   前記感光画素の表面部分の暗電流を低減させる蓄積電極
   とを備えた固体撮像装置において、前記蓄積電極のうち
   前記光が入射する光路に対応する部分に開口部を設けた
   ことを特徴とする固体撮像装置。 ２、前記開口部に対応した前記感光画素の部分の不純物
   濃度が、前記感光画素の他の部分の不純物濃度よりも低
   濃度である請求項１記載の固体撮像装置。 ３、前記開口部に対応した前記感光画素の表面部分に、
   前記一導電型半導体層と同一導電型の不純物層が形成さ
   れた請求項１記載の固体撮像装置。 ４、前記感光画素の表面部分が前記一導電型半導体層と
   同一導電型の不純物層で覆われている請求項１記載の固
   体撮像装置。