JPH0249595B2 - - Google Patents
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- JPH0249595B2 JPH0249595B2 JP57039435A JP3943582A JPH0249595B2 JP H0249595 B2 JPH0249595 B2 JP H0249595B2 JP 57039435 A JP57039435 A JP 57039435A JP 3943582 A JP3943582 A JP 3943582A JP H0249595 B2 JPH0249595 B2 JP H0249595B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は高精細画像を提供し得る固体撮像装置
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a solid-state imaging device that can provide high-definition images.
従来の例えばNTSC方式のごときテレビジヨン
標準方式では、垂直方向走査線512本、飛び越し
走査1フレーム2フイールド構成、画面アスペク
ト比3:4等が定められているため、その撮像手
段である固体撮像装置は、この標準方式に適合す
べく構成されている。
Conventional television standard systems, such as the NTSC system, specify 512 vertical scanning lines, an interlaced scan frame with 2 fields, and a screen aspect ratio of 3:4. is configured to comply with this standard.
現在この標準方式に適合した例えばインターラ
イン転送方式CCD(以後IT−CCDと称す)におけ
る画素数は500(垂直)×400(水平)程度である。 Currently, the number of pixels in, for example, an interline transfer type CCD (hereinafter referred to as IT-CCD) that conforms to this standard method is approximately 500 (vertical) x 400 (horizontal).
このようなIT−CCDの撮像動作を第1図を用
いて簡単に説明する。このIT−CCDでは例えば
ホトダイオード(以下PDと称す)で形成された
2N×M個(例えばN=250、M=400)の感光部
P11,P11′,P12,P12′,P13,…,P1N,P1N′,
P21,P21′,P22,P22′,P23,…,P2N,P2N′,…,
PM1,PM1′,PM2,PM2′,PM3,…,PMN,PMN′,
(以下Pi,Pi′で代表する)と、この感光部Pi,
Pi′で光電変換されて蓄積された信号電荷を読出
すための垂直CCD C1,C2,…,CMが互いに水平
方向に交互に配列されている。そして垂直CCD
の信号電荷は、1段毎に水平CCDシフトレジス
タ1に転送され、水平有効期間において水平
CCDシフトレジスタ1内を転送された後順次出
力部2より読出される。 The imaging operation of such an IT-CCD will be briefly explained using FIG. In this IT-CCD, for example, a photodiode (hereinafter referred to as PD) is used.
2N×M photosensitive parts (for example, N=250, M=400)
P 11 , P 11 ′, P 12 , P 12 ′, P 13 ,…, P 1N , P 1N ′,
P 21 , P 21 ′, P 22 , P 22 ′, P 23 ,…, P 2N , P 2N ′,…,
P M1 , P M1 ′, P M2 , P M2 ′, P M3 ,…, P MN , P MN ′,
(hereinafter represented by P i , P i ′) and this photosensitive area P i ,
Vertical CCDs C 1 , C 2 , . . . , CM for reading signal charges photoelectrically converted and accumulated by P i ′ are arranged alternately in the horizontal direction. and vertical CCD
The signal charge is transferred to the horizontal CCD shift register 1 for each stage, and the horizontal
After being transferred within the CCD shift register 1, it is sequentially read out from the output section 2.
ここで垂直CCD C1,C2,…,CMにおける垂直
方向の転送段数は感光部Pi,Pi′の垂直方向画素
数の半数のN(=250)である。そして通常のテレ
ビジヨン標準方式においては1フレームは2フイ
ールドより構成され、またインターレス走査を行
つている。従つてIT−CCDでもこれに適合した
撮像動作を行つており、先の2フイールドをA,
Bフイールドに分け、Aフイールドでは垂直方向
に連続して設けられた2個のPD P11,P11′,
P12,P12′,P1N,P1N′,P21,P21′,P22,P22′,
…,P2N,P2N′,…,PM1′,PM1′,PM2,PM2′,
…,PMN,PMN′で蓄積された信号電荷を合せて読
出し、Bフイールドでは、垂直方向にAフイール
ドで読出した2個のPD Pi,Pi′に対して空間的
に垂直方向に対して180度位相が異なる連続した
2個のPD P11′,P12,P12′,P13,…,P21′,P22,
P22′,P23,…,PM1′,PM2,PM2′,PM3,…で蓄積
された信号電荷を合せて読出す。このような信号
電荷読出しモードをフイールド蓄積モードと呼
び、この場合、垂直方向においてA,Bフイール
ドで読出される信号の空間的位相が180度異なる
ため、感光領域全域からは2N×M個(=500×
400個)のサンプル点が得られる。 Here , the number of transfer stages in the vertical direction in the vertical CCDs C 1 , C 2 , . In the standard television system, one frame consists of two fields, and interlace scanning is used. Therefore, the IT-CCD also performs imaging operations compatible with this, and the previous two fields are A,
It is divided into the B field, and the A field has two PDs P 11 , P 11 ′, which are continuously provided in the vertical direction.
P 12 , P 12 ′, P 1N , P 1N ′, P 21 , P 21 ′, P 22 , P 22 ′,
…, P 2N , P 2N ′,…, P M1 ′, P M1 ′, P M2 , P M2 ′,
…, P MN , P MN ′ are read out together, and in the B field, the signal charges are spatially perpendicular to the two PDs P i , P i ′ read out in the A field in the vertical direction. Two consecutive PDs with a phase difference of 180 degrees P 11 ′, P 12 , P 12 ′, P 13 , ..., P 21 ′, P 22 ,
The signal charges accumulated at P 22 ′, P 23 , ..., P M1 ′, P M2 , P M2 ′, P M3 , ... are read out together. Such signal charge readout mode is called field accumulation mode. In this case, the spatial phases of the signals read out in the A and B fields in the vertical direction differ by 180 degrees, so that 2N×M (= 500×
400) sample points are obtained.
前記フイールド蓄積モードに対して、Aフイー
ルドにおいてはPD(P11,P12,P13,…,P1N,
P21,P22,P23,…,P2N,…,PM1,PM2,PM3,
…,PMN)において蓄積された信号電荷を読出
し、Bフイールドでは垂直方向において1個おき
のPD P11′,P12′,P13′,…,P1N′,P21′,P22′
,
P23′,…,P2N′,…,PM1′,PM2′,PM3′,…,
PMN′の信号電荷を読出すフレーム蓄積モードが
ある。 Regarding the field accumulation mode, in the A field, PD(P 11 , P 12 , P 13 , ..., P 1N ,
P 21 , P 22 , P 23 ,…, P 2N ,…, P M1 , P M2 , P M3 ,
…, P MN ), and in the B field, every other PD P 11 ′, P 12 ′, P 13 ′, ..., P 1N ′, P 21 ′, P 22 ′
,
P 23 ′,…, P 2N ′,…, P M1 ′, P M2 ′, P M3 ′,…,
There is a frame accumulation mode in which the signal charge of P MN ' is read out.
PD Pi,Pi′から垂直CCD C1,C2,…,CMへ
の信号電荷転送は、PD Pi,Pi′と垂直CCD C1,
C2,…,CM間に設けられたフイールドシフトゲ
ート(以下FSGと称す)4にパルス電圧を印加
することによつて行われる。 Signal charge transfer from PD P i , P i ′ to vertical CCD C 1 , C 2 , ..., CM is performed between PD P i , P i ′ and vertical CCD C 1 ,
This is performed by applying a pulse voltage to a field shift gate (hereinafter referred to as FSG) 4 provided between C 2 , . . . , CM .
ところで最近上記の標準方式によるテレビジヨ
ン放送において、更に高精細画像を提供すること
が考えられており、それによれば垂直方向の走査
線約1000本、画面アスペクト比3:5である。 Recently, it has been considered to provide even higher definition images in television broadcasting using the above-mentioned standard system, with approximately 1000 vertical scanning lines and a screen aspect ratio of 3:5.
このような高精細TV方式に固体撮像装置を適
合させるためには、垂直方向走査線1000本に対応
するように出力されなければならない。 In order to adapt a solid-state imaging device to such a high-definition TV system, it must be able to output data corresponding to 1000 vertical scanning lines.
従つて上述したようなIT−CCDにおいては、
少なくとも垂直CCD C1,C2,…,CMの垂直方向
転送段数を垂直方向のPD Pi,Pi′数と同じ500段
として、A,Bフイールドで同じPD Pi,Pi′で
蓄積された信号電荷を読出す疑似インターレス撮
像を行なえば、実効的に垂直方向走査線1000本を
達成することが可能となる。 Therefore, in the above-mentioned IT-CCD,
At least the number of vertical transfer stages of the vertical CCDs C 1 , C 2 , ..., CM is 500 stages, which is the same as the number of PD P i , P i ′ in the vertical direction, and the same PD P i , P i ′ is used in the A and B fields. By performing pseudo-interlace imaging in which accumulated signal charges are read out, it is possible to effectively achieve 1000 vertical scanning lines.
しかるにIT−CCDにおいて上述のように垂直
CCDの垂直方向転送段数とPDの垂直方向の個数
を同数にするに当つては、製造上いくつかの問題
がある。これを第2図を用いて説明する。 However, in IT-CCD, vertical
There are several problems in manufacturing when making the number of vertical transfer stages of CCD and the number of PDs in the vertical direction the same. This will be explained using FIG.
第2図aは前述のIT−CCDを光照射側からみ
た構成図で、水平方向において感光部であるPD
5−1,…,5−i,…と垂直CCDチヤネル6
−1,6−2,…が交互に配列されている。そし
て垂直CCDチヤネル6−1,6−2,…上には
第1層目の転送電極7−1,…,7−i,…と第
2層目の転送電極8−1,…,8−i,…が形成
されている。ここで点線で示されている部分9−
1,…,9−i,…は第1層目の電極と第2層目
の電極の重なり部分である。 Figure 2a is a configuration diagram of the aforementioned IT-CCD viewed from the light irradiation side.
5-1,..., 5-i,... and vertical CCD channel 6
-1, 6-2, . . . are arranged alternately. Then, on the vertical CCD channels 6-1, 6-2, ..., first layer transfer electrodes 7-1, ..., 7-i, ... and second layer transfer electrodes 8-1, ..., 8- i,... are formed. The part 9 shown here by the dotted line
1, . . . , 9-i, . . . are overlapping portions of the first layer electrode and the second layer electrode.
第2図bは同図aのA−A′断面図で、この図
に示されるように例えばP型シリコン基板10表
面に埋込みチヤネルN+層11が形成されており、
このN+層11上にゲート酸化膜12が形成され、
さらにその上に絶縁層13によつて互いに絶縁さ
れて第1層目の転送電極7−1,7−2,7−
3,…と第2層目の転送電極8−1,8−2,8
−3,…が一部重なつて形成されている。この垂
直CCDにおける1段は4電極で構成され、これ
は例えば図中の転送電極7−1,8−2,7−
2,8−3に相当する。そして1つのPD5−i
に接して2つの転送電極、例えば7−1,8−2
が位置している。すなわち垂直CCDの垂直方向
転送段数は、2PDピツチとなつている。 FIG. 2b is a cross - sectional view taken along the line A-A' in FIG.
A gate oxide film 12 is formed on this N + layer 11,
Furthermore, the first layer transfer electrodes 7-1, 7-2, 7- are insulated from each other by an insulating layer 13.
3,... and second layer transfer electrodes 8-1, 8-2, 8
-3,... are formed by partially overlapping. One stage in this vertical CCD is composed of four electrodes, for example, transfer electrodes 7-1, 8-2, 7-
Corresponds to 2,8-3. and one PD5-i
Two transfer electrodes, e.g. 7-1, 8-2, in contact with
is located. In other words, the number of vertical transfer stages of the vertical CCD is 2PD pitch.
第2図cは同図a中のB−B′断面図である。
すなわちP型半導体基板10上にPD(5−1,
…,5−i,…であるN+層14−1,14−2,
14−3,14−4,…が形成されており、これ
らのN+層の間には転送電極7−1,7−2,7
−3,…,8−1,8−2,8−3,…に各々連
続した1層目の転送電極7−1,7−2,7−
3,…と2層目の転送電極8−1,8−2,8−
3,…が絶縁層を介して重なつて形成されてい
る。またこれらの転送電極下のシリコン基板表面
にはチヤネルストツパであるP+層S1,S2,S3,
…が形成されている。 FIG. 2c is a sectional view taken along line BB' in FIG. 2a.
That is, PD (5-1,
..., 5-i, ... N + layers 14-1, 14-2,
Transfer electrodes 7-1, 7-2, 7 are formed between these N + layers.
-3, ..., 8-1, 8-2, 8-3, ... of the first layer transfer electrodes 7-1, 7-2, 7-, respectively continuous
3,... and second layer transfer electrodes 8-1, 8-2, 8-
3,... are formed overlapping each other with an insulating layer interposed therebetween. Furthermore, on the surface of the silicon substrate under these transfer electrodes, there are P + layers S 1 , S 2 , S 3 , which are channel stoppers.
...is being formed.
第2図a,b,cにおいて、垂直方向1画素部
はAPで示され、また1層目電極と2層目電極と
の重なり部はAOで示されている。 In FIGS. 2a, b, and c, one pixel portion in the vertical direction is indicated by A P , and the overlapping portion between the first layer electrode and the second layer electrode is indicated by A O.
なお第2図に示した構造の後に垂直CCD部を
光シールドするための電極形成、パツシベーシヨ
ン膜形成等の工程があるが、ここでは省略する。 Note that after the structure shown in FIG. 2, there are steps such as forming an electrode for optically shielding the vertical CCD section and forming a passivation film, but these steps are omitted here.
しかして前述のようにこの構造のIT−CCDに
おいて高精細TV用の固体撮像装置として実現す
るために各垂直CCDの転送段数とPDの垂直方向
の数を同数にしようとすると、前述の4つの転送
電極7−1,8−2,7−2,8−3を1つの
PD(すなわち1画素部AP)に接して形成しなけ
ればならないことになる。この場合垂直CCDチ
ヤネル6−1,6−2,…上で同図bに示された
構造で高集積化が可能であるとしても、同図cで
示したところの1層目電極と2層目電極の重なり
部分AOが1画素部AP中に2箇所必要となる。そ
の結果PDのN+層14−1,14−2,14−
3,14−4,…上に転送電極が形成されること
による感度劣化が生ずる。一方これを避けるため
に各転送電極を別の層で形成しようとすると、前
記重なり部AO上に4層電極が重なることとなり、
電極形成上上部電極の断線、1画素部APの中間
部の重なり部分に電極を配置することによつて生
じる感光面積の減少、さらに基板表面の平滑性の
著しい低下等が生ずる。 However, as mentioned above, in order to realize an IT-CCD with this structure as a solid-state imaging device for high-definition TV, if we try to make the number of transfer stages of each vertical CCD and the number of PDs in the vertical direction the same, the above four Transfer electrodes 7-1, 8-2, 7-2, 8-3 are connected to one
This means that it must be formed in contact with the PD (that is, one pixel portion AP ). In this case, even if high integration is possible with the structure shown in Figure b on the vertical CCD channels 6-1, 6-2,..., the first layer electrode and the second layer shown in Figure c Two overlapping portions A O of the eye electrodes are required in one pixel portion A P. As a result, the N + layers of PD 14-1, 14-2, 14-
3, 14-4, . . . due to the formation of the transfer electrodes, sensitivity deterioration occurs. On the other hand, if we try to form each transfer electrode in a separate layer to avoid this, four-layer electrodes will overlap on the overlapping part A O ,
Due to electrode formation, disconnection of the upper electrode, a decrease in the photosensitive area caused by arranging the electrode in the overlapping portion in the middle of one pixel portion A P , and a significant decrease in the smoothness of the substrate surface, etc. occur.
このようにIT−CCDを高精細化するために垂
直CCDの転送段数と垂直方向PD数を同数にする
には、感度劣化、構造の複雑化、基板表面の平滑
性の劣化等種々の問題があつた。 In this way, in order to make the number of vertical CCD transfer stages and the number of vertical PDs the same in order to improve the resolution of IT-CCDs, various problems arise such as deterioration of sensitivity, complication of structure, and deterioration of the smoothness of the substrate surface. It was hot.
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、感度
劣化、構造の複雑さ、基板表面の平滑性の劣化等
が生ずることなく、垂直CCDの転送段数と垂直
方向PD数を同じにできる固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been developed in view of the above points, and is a solid-state imaging device that allows the number of vertical CCD transfer stages and the number of vertical PDs to be the same without deterioration of sensitivity, complexity of structure, deterioration of substrate surface smoothness, etc. The purpose is to provide equipment.
本発明における固体撮像装置においては、第1
層目の電極と第2層目の電極を積層して信号電荷
を蓄積する蓄積領域間を通して水平方向に配設
し、蓄積領域に隣接した垂直電荷転送素子領域で
は第1層目の電極と第2層目の電極との重なりを
なくし、逆に第1層目の電極と第2層目の電極と
の間に間隙部を形成して、この間隙を覆うがごと
く第1層目、第2層目の電極とは互いに絶縁され
た第3層目のを垂直方向に連続して形成し、第
1、第2及び第3層目の電極にパルス信号を印加
することによつて信号電荷の転送を行うようにし
たことが特徴である。
In the solid-state imaging device according to the present invention, the first
The electrode of the first layer and the electrode of the second layer are stacked and arranged in the horizontal direction between the storage regions that accumulate signal charges, and in the vertical charge transfer element region adjacent to the storage region, the electrodes of the first layer and the electrodes of the second layer are stacked. Eliminate the overlap with the second layer electrode, and conversely form a gap between the first layer electrode and the second layer electrode, and cover the gap with the first layer and second layer electrode. A third layer that is insulated from the electrodes of the second layer is formed continuously in the vertical direction, and a pulse signal is applied to the electrodes of the first, second, and third layers to generate signal charges. The feature is that it performs transfer.
本発明によれば感度領域面積の減少、基板表面
の平滑性の悪化、構造複雑性の増加なく垂直
CCDの転送段数と垂直方向PD数を同数にするこ
とができるため、高精細TV方式に適合させるこ
とが可能な固体撮像装置とすることができる。
According to the present invention, vertical alignment can be achieved without reducing the area of the sensitive region, deteriorating the smoothness of the substrate surface, or increasing the structural complexity.
Since the number of CCD transfer stages and the number of vertical PDs can be made the same, a solid-state imaging device that can be adapted to high-definition TV systems can be achieved.
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第3図は本発明の固体撮像装置による撮像動作
を説明するための模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the imaging operation by the solid-state imaging device of the present invention.
ホトダイオード(PD)で形成されたM列の感
光部P1,P2,…,PMと、同じくM列の垂直CCD
C1,C2,…,CMが図示の如く交互に配列され、
感光部の各列はP11,P11′,P12,P12′,P13′,…,
P1N,P1N′,P21,P21′,P22,P22′,P23,…,
P2N,P2N′,…,PM1,PM1′,PM2,PM2′,PM3,
…,PMN,PMN′の如く2N個のPDが配置されてお
り、また垂直CCDの各々はPDに1対1に対応し
てC11,C11′,C12,C12′,C13,…,C1N,C1N′,
C21,C21′,C22,C22′,C23,…,C2N,C2N′,…,
CM1,CM1′,CM2,CM2′,CM3,…,CMN,CMN′の
如く2N個の転送段を有する。即ち、感光部と垂
直CCDが交互に配列され、かつ垂直CCDの転送
段数と垂直方向PD数は同数とされる。ここでN
を例えば250とすると垂直方向のPD数と垂直
CCDの転送段数は、いずれも500となる。 M rows of photosensitive parts P 1 , P 2 ,..., P M formed by photodiodes (PD) and M rows of vertical CCDs
C 1 , C 2 , ..., CM are arranged alternately as shown in the figure,
Each row of photosensitive parts is P 11 , P 11 ′, P 12 , P 12 ′, P 13 ′,...,
P 1N , P 1N ′, P 21 , P 21 ′, P 22 , P 22 ′, P 23 ,…,
P 2N , P 2N ′,…, P M1 , P M1 ′, P M2 , P M2 ′, P M3 ,
..., P MN , P MN ′ are arranged, and each vertical CCD has C 11 , C 11 ′, C 12 , C 12 ′, C in one-to-one correspondence with the PD. 13 ,…,C 1N ,C 1N ′,
C 21 , C 21 ′, C 22 , C 22 ′, C 23 ,…, C 2N , C 2N ′,…,
It has 2N transfer stages such as C M1 , C M1 ′, C M2 , C M2 ′, C M3 , ..., C MN , C MN ′. That is, the photosensitive sections and the vertical CCDs are arranged alternately, and the number of transfer stages of the vertical CCDs and the number of PDs in the vertical direction are the same. Here N
For example, if 250, the vertical PD number and vertical
The number of CCD transfer stages is 500 in both cases.
このような構成において、まずAフイールドで
全てのPDに蓄積された信号電荷をFSG4を介し
て垂直CCDに同時に転送し、また垂直CCDを図
示下方に1段ずつ転送すると共に水平CCDシフ
トレジスタ1において図示左方に転送して出力部
2より読出す。次のBフイールドにおいてもAフ
イールドと全く同じ動作が実行される。その結果
この疑似インターレス撮像によつて、実行的に垂
直方向画素数は1000となる。 In such a configuration, first, the signal charges accumulated in all PDs in the A field are simultaneously transferred to the vertical CCD via the FSG 4, and the vertical CCDs are transferred one stage at a time downward in the figure, and are transferred to the horizontal CCD shift register 1. The data is transferred to the left in the figure and read out from the output section 2. In the next B field, exactly the same operation as in the A field is performed. As a result, due to this pseudo-interlaced imaging, the actual number of pixels in the vertical direction becomes 1000.
次に、第3図に示したような平面構造をとり得
るための本発明による固体撮像装置構造の一実施
例を第4図を用いて説明する。 Next, an embodiment of the structure of a solid-state imaging device according to the present invention that can have a planar structure as shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4.
第4図aは本発明による構造を第2図aに対応
させて示した図で、第2図aと同一部品は同一符
号で示されている。 FIG. 4a shows a structure according to the invention corresponding to FIG. 2a, in which the same parts as in FIG. 2a are designated by the same reference numerals.
水平方向において感光部であるPD5−1,…,
5−i,…と垂直CCDチヤネル6−1,6−2,
…が交互に配列されており、垂直CCDチヤネル
6−1,6−2,…上には第1層目の転送電極2
0−1,…,20−i,…と第2層目の転送電極
21−1,…,21−i,…が、1画素部APの
ほぼ中間部で間隙部22−1,…,22−i,…
を有して形成されている。そしてこれら第1層目
及び第2層目の転送電極上に、垂直方向に連続し
たストライブ形状を有する第3層目に電極23−
1,23−2,…が形成されている。なおAOは
第1層目の電極と第2層目の電極の重なり部を示
す。 In the horizontal direction, PD5-1, which is a photosensitive part,...
5-i, ... and vertical CCD channels 6-1, 6-2,
... are arranged alternately, and the first layer transfer electrodes 2 are placed on the vertical CCD channels 6-1, 6-2, ....
0-1,..., 20-i,... and the second layer transfer electrodes 21-1,..., 21-i,... are located in the gap portion 22-1,..., approximately in the middle of one pixel portion AP . 22-i,...
It is formed with Then, on the transfer electrodes of the first layer and the second layer, the electrode 23-
1, 23-2, . . . are formed. Note that A O indicates an overlapping portion between the first layer electrode and the second layer electrode.
第4図bは上記第1層目の転送電極20−1,
…,20−i,…と第2層目の転送電極21−
1,…,21−i,…だけを、略1画素部分取り
出して示した拡大図である。右上り斜線部が光入
射側からみた第1層目の転送電極20−1,20
−2,…、右下り斜線部が第2層目の転送電極2
1−1,21−2,…、クロス部分が重なり部で
ある。 FIG. 4b shows the first layer transfer electrode 20-1,
..., 20-i, ... and the second layer transfer electrode 21-
1, . . . , 21-i, . . . are enlarged views showing approximately one pixel portion taken out. The upper right diagonal line is the first layer transfer electrode 20-1, 20 seen from the light incidence side.
-2,..., the lower right diagonal line is the second layer transfer electrode 2
1-1, 21-2, . . . , the cross portions are overlapping portions.
第4図cは第4図aのA−A′断面図で、第2
図bと対応して示した図である。P型シリコン基
板10上に埋込みチヤネルであるN+層11が設
けられ、このN+層11上にゲート酸化膜12が
形成されている。そしてこのゲート酸化膜12上
に第1層目の転送電極20−1,20−2,20
−3,…が形成され、その上に第1の絶縁膜13
を介して第2層目の転送電極21−1,21−
2,…が、第1層目の電極と重なり部AOを有し
て形成されている。そしてさらにその上に第2の
絶縁膜24を介して垂直方向に連続して第3層目
の電極23−1が形成されている。ここでこの第
3層目の電極23−1は、第1層目の電極20−
1,20−2,20−3,…と第2層目の電極2
1−1,21−2,…が重なつていない部分、す
なわち前述の間隙部においてゲート酸化膜12を
覆うように形成されている。 Figure 4c is a sectional view taken along line A-A' in Figure 4a.
It is a figure shown corresponding to figure b. An N + layer 11, which is a buried channel, is provided on a P-type silicon substrate 10, and a gate oxide film 12 is formed on this N + layer 11. Then, on this gate oxide film 12, first layer transfer electrodes 20-1, 20-2, 20
-3,... are formed, and the first insulating film 13 is formed thereon.
The second layer transfer electrodes 21-1, 21-
2, . . . are formed having an overlapping portion A O with the first layer electrode. Furthermore, a third layer electrode 23-1 is formed continuously thereon in the vertical direction with the second insulating film 24 interposed therebetween. Here, the third layer electrode 23-1 is the first layer electrode 20-1.
1, 20-2, 20-3, ... and the second layer electrode 2
1-1, 21-2, . . . are formed so as to cover the gate oxide film 12 in the non-overlapping portions, that is, in the above-mentioned gap portions.
そして第1層目の電極20−1,20−2,2
0−3,…第2層目の電極21−1,21−2,
…及び第3層目の電極23−1に各々独立な3相
クロツクパルス電圧を印加することにより、連続
した3電極例えば第1層目の電極20−2、第2
層目の電極21−1、そして第2層目の電極21
−1とこれに隣接する第1層目の電極20−1と
の間の第3層目の電極23−1によつて、垂直
CCDの1段の転送単位を構成する。 And the first layer electrodes 20-1, 20-2, 2
0-3,...second layer electrodes 21-1, 21-2,
...and by applying independent three-phase clock pulse voltages to the third layer electrode 23-1, the three consecutive electrodes, for example, the first layer electrode 20-2, the second layer electrode 20-2,
The electrode 21-1 of the first layer, and the electrode 21 of the second layer
-1 and the adjacent first layer electrode 20-1 by the third layer electrode 23-1.
It constitutes one stage of CCD transfer unit.
第4図dは第4図aのB−B′断面図で、第2
図cと対応させて示した図である。本図で明らか
なようにB−B′断面においては、第2図cと全
く同様に、第1層目の電極20−1,20−2,
20−3,…と第2層目の電極21−1,21−
2,21−3,…との重なりだけで良い。 Figure 4d is a cross-sectional view taken along line B-B' in Figure 4a;
It is a diagram shown in correspondence with Figure c. As is clear from this figure, in the B-B' cross section, the first layer electrodes 20-1, 20-2,
20-3,... and second layer electrodes 21-1, 21-
Only the overlap with 2, 21-3, . . . is sufficient.
以上述べたように、本発明によれば、垂直
CCD部において第1層目の転送電極と第2層目
の転送電極を一方向で互いに重ねると共に、第1
層目、第2層目の間隙部を覆つて第3層目の電極
を垂直CCDの信号電荷転送方向に連続して設け、
また信号蓄積領域の両側に第1及び第2層目の転
送電極に連続して第1及び第2層目の電極を設
け、第1、第2、第3の各電極に3相クロツクを
印加することによつて信号電荷の転送を行うよう
にしたので、感光領域の面積を減少させることな
く、また4層構造による基板表面の平滑化劣化の
問題もない。従つて簡単な構造でかつ感度劣化な
く高精細TVの固体撮像装置として適用すること
ができる。 As described above, according to the present invention, vertical
In the CCD section, the first layer transfer electrode and the second layer transfer electrode are overlapped with each other in one direction, and the first layer transfer electrode
A third layer electrode is provided continuously in the signal charge transfer direction of the vertical CCD, covering the gap between the second layer and the second layer.
In addition, first and second layer electrodes are provided on both sides of the signal accumulation region in succession to the first and second layer transfer electrodes, and a three-phase clock is applied to each of the first, second, and third electrodes. Since the signal charges are transferred by this method, the area of the photosensitive region is not reduced, and there is no problem of deterioration in the smoothness of the substrate surface due to the four-layer structure. Therefore, it has a simple structure and can be applied as a solid-state imaging device for high-definition TVs without deterioration in sensitivity.
第5図は本発明の他の実施例を示すもので、図
aは平面を、図bは図aにおけるA−A′断面を
各々示す。この実施例は第4図における第3層目
の電極を、PDに蓄積された信号電荷を垂直CCD
チヤネルへ移動せしめるためのフイールドシフト
ゲートとしても用い得るようにしたものである。 FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, where FIG. 5a shows a plane view and FIG. In this embodiment, the third layer of electrodes in FIG.
It can also be used as a field shift gate for moving to a channel.
すなわち第5図aにおいて垂直CCDチヤネル
6−1,…とPD5−1,5−2,…との間に前
述の第3層目の電極の延在部25−1,25−
2,…を設け、この延在部をフイールドシフトゲ
ートとしている。なお同図bにおいて26−1,
26−2,…はPDを構成するN+層、27−1,
27−2,…は垂直CCDチヤネルを構成するN+
層、28−1,28−2,…はチヤネルストツプ
を構成するP+層、29はゲート酸化膜、30は
フイールドシフトゲート領域となるP型領域を
各々示す。 That is, in FIG. 5a, the third layer electrode extension portions 25-1, 25- are provided between the vertical CCD channels 6-1, . . . and the PDs 5-1, 5-2, .
2, . . . are provided, and this extended portion is used as a field shift gate. In addition, in the same figure b, 26-1,
26-2,... are N + layers forming the PD, 27-1,
27-2,... are N + that constitute the vertical CCD channel
Layers 28-1, 28-2, . . . indicate a P + layer constituting a channel stop, 29 a gate oxide film, and 30 a P type region serving as a field shift gate region.
この実施例の如く構成すれば、2/3インチ光
学系対応の垂直方向1画素AP長10μm程度の撮像
チツプにおいても、垂直方向に3.3μm程度のフイ
ールドシフトゲート領域をとることができる。な
おフイールドシフトは、3層目の電極に正電圧を
印加することにより達成し、信号電荷の転送は第
1層、第2層及び第3層目の電極に負電圧のクロ
ツクパルスを印加することによつて行われる。 If configured as in this embodiment, even in an imaging chip compatible with a 2/3-inch optical system and having a length of one pixel A P in the vertical direction of about 10 μm, a field shift gate area of about 3.3 μm in the vertical direction can be provided. Note that field shift is achieved by applying a positive voltage to the third layer electrode, and signal charge transfer is achieved by applying a negative voltage clock pulse to the first, second, and third layer electrodes. It is done by folding.
以上に説明したIT−CCDでは通常垂直CCDは
光シールドされるが、本発明においては前述の第
3層目の電極を例えばモリブデンシリサイド
(MoSi2)の如きシリサイド、もしくはモリブデ
ン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム
(Al)等の如き導体電極によつて形成せしめるこ
とにより、この第3層目の電極を光シールド膜と
しても用いることができ、構造をより簡単にする
ことができる。なおこの場合、第3層目の電極材
料層は、表面が光透過しない導体電極で形成され
ておればよいので、単一材料層でなく、複数材料
層としてもよい。 In the IT-CCD described above, the vertical CCD is normally optically shielded, but in the present invention, the third layer electrode is made of silicide such as molybdenum silicide (MoSi 2 ), molybdenum (Mo), tungsten ( By forming the third layer with a conductive electrode such as W) or aluminum (Al), the third layer electrode can also be used as a light shielding film, and the structure can be made simpler. In this case, the third electrode material layer only needs to be formed of a conductive electrode whose surface does not transmit light, so it may be formed of a plurality of material layers instead of a single material layer.
なお以上の説明はP型シリコン基板を用いて説
明したが、N型でもよく、また他の半導体基板を
用いることもできる。 Note that although the above description has been made using a P-type silicon substrate, an N-type or other semiconductor substrate may also be used.
また本発明は、光電変換を光導電膜で行い、信
号電荷の読取りをSi単結晶基板を用いた読取走査
回路で行ういわゆる2階建センサにも適用でき
る。 The present invention can also be applied to a so-called two-story sensor in which photoelectric conversion is performed by a photoconductive film and signal charges are read by a reading scanning circuit using a Si single crystal substrate.
さらに本発明における信号電荷は、光によつて
生ずるものに限られず、例えば加速電子、X線等
により発生するものであつてもよい。 Further, the signal charges in the present invention are not limited to those generated by light, but may be generated by accelerated electrons, X-rays, etc., for example.
第1図は従来のIT−CCDの撮像動作を説明す
るための図、第2図aは第1図のIT−CCDを光
照射側からみた構成図、第2図bは第2図aのA
−A′断面図、第2図cは第2図aのB−B′断面
図、第3図は本発明によりIT−CCDの撮像動作
を説明するための図、第4図aは本発明のIT−
CCDの一実施例を光照射側からみた構成図、第
4図bは第4図aの一部の抽出拡大図、第4図c
は第4図aのA−A′断面図、第4図dは第4図
aのB−B′断面図、第5図aは本発明の他の実
施例を光照射側からみた構成図、第5図bは第5
図aのA−A′断面図である。
P1,P2,…,PM:感光部、C1,C2,…,CM:
垂直CCD、1:水全CCDシフトレジスタ、2:
出力部、4:フイールドシフトゲート、20−
1,…,20−i,…:第1層目の転送電極、2
1−1,…,21−i,…:第2層目の転送電
極、22−1,…,22−i,…:空隙部、23
−1,23−2,…:第3層目の転送電極、
AP:1画素領域、AO:重なり部。
Figure 1 is a diagram for explaining the imaging operation of a conventional IT-CCD, Figure 2a is a configuration diagram of the IT-CCD in Figure 1 seen from the light irradiation side, and Figure 2b is the same as in Figure 2a. A
-A' sectional view, Figure 2c is a BB' sectional view of Figure 2a, Figure 3 is a diagram for explaining the imaging operation of the IT-CCD according to the present invention, and Figure 4a is the invention IT-
A configuration diagram of an embodiment of the CCD as seen from the light irradiation side, Figure 4b is an enlarged view of a portion of Figure 4a, Figure 4c
is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 4a, FIG. 4d is a cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 4a, and FIG. , Figure 5b is the fifth
FIG. P 1 , P 2 ,..., P M : Photosensitive part, C 1 , C 2 ,..., C M :
Vertical CCD, 1: Water all CCD shift register, 2:
Output section, 4: Field shift gate, 20-
1,...,20-i,...: first layer transfer electrode, 2
1-1,..., 21-i,...: second layer transfer electrode, 22-1,..., 22-i,...: void, 23
-1, 23-2, ...: third layer transfer electrode,
A P : 1 pixel area, A O : Overlapping area.
Claims (1)
電荷を蓄積する領域の列とこの蓄積領域に隣接し
て前記信号電荷を読出す垂直電荷転送素子とを半
導体基板上に交互に形成した固体撮像装置におい
て、垂直方向の前記蓄積領域間を通つて水平方向
に連続して第1層目の電極と第2層目の電極を積
層して設け、前記垂直電荷転送素子部において前
記第1層目と第2層目の電極を夫々垂直方向にか
つ互いに逆向きに延在させると共に、前記第1層
目と第2層目の電極が重なつていない間〓部を覆
つて第3層目の電極を垂直方向に連続して設ける
ことにより前記蓄積領域の1個と前記第1層目、
第2層目及び第3層目の電極からなる前記電荷転
送素子の1段とを隣接して形成し、前記第1層
目、第2層目及び第3層目の電極に3相クロツク
信号を印加して前記信号電荷を前記垂直電荷転送
素子で転送せしめるようにしたことを特徴とする
固体撮像装置。 2 前記蓄積領域に蓄積された信号電荷の前記電
荷転送素子への移動を前記第3層目の電極にパル
ス電圧を印加することによつて行うことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の固体撮像装置。 3 前記第3層目の電極は光を透過しない導体材
料層で形成されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の固体撮像装置。[Scope of Claims] 1. A row of regions for accumulating signal charges generated by irradiation with light, electrons, X-rays, etc. and a vertical charge transfer element adjacent to the accumulation regions for reading out the signal charges are provided on a semiconductor substrate. In the solid-state imaging device, a first layer electrode and a second layer electrode are successively stacked in the horizontal direction between the storage regions in the vertical direction, and the vertical charge transfer element The electrodes of the first layer and the second layer extend in the vertical direction and in opposite directions to each other in the section, and while the electrodes of the first layer and the second layer do not overlap, One of the accumulation regions and the first layer are covered by providing a third layer of electrode continuously in the vertical direction.
One stage of the charge transfer element consisting of second and third layer electrodes is formed adjacent to each other, and a three-phase clock signal is applied to the first, second and third layer electrodes. A solid-state imaging device characterized in that the signal charge is transferred by the vertical charge transfer element by applying a voltage to the vertical charge transfer element. 2. The signal charge accumulated in the accumulation region is transferred to the charge transfer element by applying a pulse voltage to the third layer electrode. solid-state imaging device. 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the third layer electrode is formed of a conductive material layer that does not transmit light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039435A JPS58157264A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Solid-state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039435A JPS58157264A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Solid-state image pickup device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58157264A JPS58157264A (en) | 1983-09-19 |
| JPH0249595B2 true JPH0249595B2 (en) | 1990-10-30 |
Family
ID=12552915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57039435A Granted JPS58157264A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Solid-state image pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58157264A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0388587U (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-10 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821705B2 (en) * | 1986-03-10 | 1996-03-04 | 株式会社日立製作所 | Charge transfer type solid-state image sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL180157C (en) * | 1975-06-09 | 1987-01-02 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR IMAGE RECORDING DEVICE. |
| JPS5818368Y2 (en) * | 1977-02-22 | 1983-04-14 | ソニー株式会社 | solid-state imaging device |
-
1982
- 1982-03-15 JP JP57039435A patent/JPS58157264A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0388587U (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-10 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58157264A (en) | 1983-09-19 |
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