JPH0135546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はリニアセンサ、二次元エリアセンサな
どとして用いられる固体撮像装置に係り、特にそ
の感光領域に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図はたとえば電荷結合素子（CCD）を組
み込んだ固体エリアセンサの従来例の一部（単位
セル領域をＡで表わす）を示している。即ち、た
とえばｐ型の半導体基板１上に絶縁膜２を介して
二層構造の電荷転送電極３が形成され、この電極
３下の基板表面領域に基板とは逆導電型のｎ型の
電荷転送チヤネル４が設けられている。そして、
この電荷転送チヤネル４に隣接した基板表面領域
の一部には、前記電荷転送チヤネル４内の電荷が
隣接する他の単位セル内の電荷と混合しないよう
に分離するためのp⁺型の障壁領域５が設けられ
ている。また、前記電荷転送チヤネル４の近傍の
基板表面領域には基板とは逆導電型のｎ型の不純
物層からなる感光画素６が設けられ、この画素６
と基板１との間でｐ―ｎ接合を有するフオトダイ
オードが形成されており、基板表面方向からの入
射光の光電変換により生成された電荷は前記ｐ―
ｎ接合部に形成される空之層のエネルギ勾配で前
記画素６に信号キヤリアとして蓄積される。な
お、前記絶縁膜２上には、前記感光画素６および
その上方を含む感光領域Ｂ以外の領域には光が入
射しないように光シールド膜７が設けられてい
る。そして、前記画素６に蓄積された電荷は、前
記電荷転送電極３に駆動パルスが印加されること
によつて前記電荷転送チヤネル４へ読み出され、
さらにこのチヤネル４内を所定方向へ転送され
る。この場合、電荷転送電極３は、前記画素６の
蓄積電荷を電荷転送チヤネル４へ読み出す機能と
チヤネル４で電荷を転送させる機能とを兼ねてい
る。

〔背景技術の問題点〕

ところで、前述した感光画素６のｐ―ｎ接合面
は、基板１と絶縁膜３との界面まで及んでいるの
で、このｐ―ｎ接合面に沿つて空乏層が界面まで
生じる。このように界面が空乏化すると、界面の
表面準位や界面近くの絶縁膜２中の固定表面電荷
等の影響を受け易くなる。そして、この影響によ
つて、暗電流を生じたり、各単位セル感光領域相
互間での暗電流のばらつきなどが生じるので、前
記界面の空乏化は固体撮像装置による出力画像の
劣化をきたす大きな要因となつている。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
半導体基板と絶縁膜との界面の空乏化を防止で
き、この空乏化に伴なう種々の欠点を除去でき、
出力画像の良質化を図り得る固体撮像装置を提供
するものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は、半導体層の表面部に、入射光
の光電変換により発生した信号キヤリアを蓄積す
る上記半導体層とは逆導電型の不純物層からなる
感光画素およびこの感光画素の蓄積キヤリアを受
けてキヤリア転送を行なうキヤリア転送チヤネル
とを備えた固体撮像装置において、前記感光画素
上に絶縁膜を介して設けられ前記信号キヤリアを
排斥する向きの極性を有する電圧が印加される透
明電極を具備してなることを特徴とするものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。

第２図は固体エリアセンサの一部を示してお
り、第１図を参照して前述した従来例に比べて、
感光領域Ｂにおける絶縁膜２内に感光画素６に対
向して透明電極２１が形成され、この透明電極２
１には上記感光画素６に蓄積される信号キヤリア
（本例では負電荷）と同極性の一定の電圧（本例
では負電圧、−Ｖ）が配線（図示せず）を介して
印加されている点が異なり、その他は従来例と同
じであるので第１図中と同一符号を付してその説
明を省略する。

上記固体エリアセンサにおいては、光シールド
膜７の開口部から絶縁膜２および透明電極２１を
通過して入射した光により半導体内に負電荷のキ
ヤリアが発生する。ここで、前記透明電極２１に
は負電圧が印加されているので、基板表面付近の
負電荷は遠避けられ、代わりに正孔（図中にて
示す）を有する反転層（空乏化防止層）６′が感
光領域における基板１の表面に形成されている。
これによつて、前記光電変換により発生した信号
キヤリア（負電荷、図中にて示す）は、基板・
画素間のｐ―ｎ接合面と前記反転層６′とにより
囲まれた画素６内に蓄積される。

したがつて、上記固体エリアセンサによれば、
基板１と絶縁膜２との界面付近には信号キヤリア
が存在しなくなり、上記界面における表面準位等
の影響を受けることがなくなるので、この影響に
よる暗電流とか各単位セル画素相互間での暗電流
のばらつきが生じなくなり、良質な出力画像が得
られるようになる。

ところで、前記透明電極２１の印加電圧を小さ
く（接地電位に近い値）することが実際の使用に
際して望ましく、そのためにはたとえば第３図に
示すように、感光領域Ｂにおける基板表面に画素
６よりも拡散深さが浅くしかも信号キヤリアとは
逆導電型（本例ではｐ型）の不純物層からなる空
乏化防止層３１を形成すればよい。なお、第３図
において、第２図中と同一部分には同一符号を付
している。

上記したような第３図の構造を有する固体エリ
アセンサにおいては、感光領域Ｂを基板１に対し
て垂直方向に見ると、ｐ型―ｎ型―ｐ型の順に領
域が接している。そして、これらの領域の接合を
負電荷を基準にしたエネルギーレベルで考える
と、ｎ領域はｐ領域に比べてエネルギーレベルが
低いので、光電変換により生じた信号キヤリア
（負電荷）はｎ型の感光画素６に蓄積される。つ
まり、感光領域Ｂにおける基板表面のｐ型の不純
物層からなる空乏化防止層３１は、信号キヤリア
を前記界面から遠避ける役目を果たす上、エネル
ギーレベルをｎ領域より高くする役目を果たす。
したがつて、このように感光領域Ｂにおける基板
表面のエネルギーレベルが感光画素領域のエネル
ギーレベルよりも高くなつた分だけ、透明電極２
１に印加される負電圧は小さくて済む。

なお、前記空乏化防止層３１は、ｐ型でなくて
も感光画素６と同じ導電型でその不純物濃度より
も薄い濃度のｎ型の不純物層として形成してもよ
い。この場合には、製造プロセスとして、たとえ
ばポリシリコンにより２層の転送電極３を形成し
た後、画素６の表面に信号キヤリアとは逆導電型
の不純物イオンを浅く打ち込んで空乏化防止層を
形成し、この防止層を覆うようにその上方に透明
電極２１を形成すればよい。

また、上記各実施例はｐ型基板を用いた固体エ
リアセンサについて述べたが、ｎ型基板を用いた
場合にはその他の半導体領域を上記実施例とは逆
導電型にすると共に透明電極に正電圧を印加すれ
ばよい。また、上記各実施例における半導体基板
は、半導体基板内に基板とは逆導電型の不純物に
より形成されたウエル層であつてもよく、要は所
定の導電型の半導体層であればよい。

〔発明の効果〕

上述したように本発明の固体撮像装置によれ
ば、半導体層の表面に形成された感光画素の上方
に絶縁膜を介して透明電極を設け、この透明電極
に対して感光画素内に蓄積される信号キヤリアを
半導体層と絶縁膜との界面から排斥するために信
号キヤリアと同一極性の電圧を印加することによ
つて、感光画素表面の界面領域に信号キヤリアと
は逆導電型のキヤリアが存在する空乏化防止層を
形成したものである。したがつて、前記界面の付
近には空乏層が形成されなくなり、信号キヤリア
は界面準位や固定表面電荷等の影響を受け難くな
るので、界面の影響による暗電流や各単位セル感
光領域相互間での暗電流のばらつきを抑えること
ができ、出力画像の良質化を図ることができる。
また、前記画素の表面に所定の不純物を含む不純
物層からなる空乏化防止層を形成することによつ
て、透明電極の印加電圧を小さくすることがで
き、実用上の制約を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の固体エリアセンサの一部を示す
断面図、第２図は本発明の一実施例に係る固体エ
リアセンサの一部を示す断面図、第３図は同じく
他の実施例を示す断面図である。 １……半導体基板、２……絶縁膜、４……転送
チヤネル、６……感光画素、６′……反転層、２
１……透明電極、３１……空乏化防止層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体層の表面部に、入射光の光電変換によ
   り発生した信号キヤリアを蓄積する上記半導体層
   とは逆導電型の不純物層からなる感光画素および
   この感光画素の蓄積キヤリアを受けてキヤリア転
   送を行なう転送チヤネルとを備えた固体撮像装置
   において、前記感光画素上に絶縁膜を介して設け
   られ前記信号キヤリアを排斥する向きの極性を有
   する電圧が印加される透明電極を具備してなるこ
   とを特徴とする固体撮像装置。 ２ 前記感光画素の表面に前記信号キヤリアとは
   反対導電型の不純物を含む不純物層をさらに具備
   してなることを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項記載の固体撮像装置。