JPH0379076A - 固体撮像素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子に係り、特に電荷結合素子（チ
ャージ　カップルド　デバイス、以下ＣＣＤと略す）型
固体撮像素子に関する。

〔従来の技術〕

第２図は従来のインターラインＣＣＤ型固体撮像素子の
平面構成図を表したものである。なお本素子については
例えば、テレビジョン学会技術報告、第９巻、第４５号
、第２５頁〜第３０頁（１９８６，２月）に記載されて
いる。画素７７は図中破線で囲まれた部分で、ホトダイ
オード７２、読み出しゲート電極７３．垂直シフトレジ
スタ７４から成っている。図中矢印で示したものが信号
電荷の転送方向である。ホトダイオード７２において光
信号から変換させた蓄積された蓄積された信号電荷は、
読み出しゲート電極７３を経て垂直シフトレジスタ７４
に転送され、さらに水平シフトレジスタ７５、出力アン
プ７６を経て外部回路に出力される。なお、例えば垂直
シフトレジスタ７４、水平シフトレジスタ７５はそれぞ
れ７４、水平シフトレジスタ７５はそれぞれ４相（φｖ
工〜φｖ４）、４相（φＨ１〜φＨ４）パルスで駆動さ
れる。また１点鎖線で囲まれた部分７８は、水平シフト
レジスタを構成するゲート電極に配線を通して電圧を印
加する配線部を示している。

このＣＣＤ型固体撮像素子の水平シフトレジスタ配線部
７８の平面図を第３図に、またそのＡ−Ａ′の断面図を
第４図に示す。まず第３図について簡単に説明する。水
平シフトレジスタはチャンネル層７および４相（φＨ工
〜φＨ４）パルスによる駆動されるゲート電極１４〜１
７から成っている。これらゲート電極にＡ１配線を通し
て電圧を印加するための配線部が、予い酸化１１’Ｊ　
３上に形成されている。９〜１２はゲート電極に電位を
与えるためのＡ１配線、また図はゲート電極と配線を接
続するためのコンタクト穴である。また１３は画素部周
辺に設けられているウェル電極の配線である。

次に第４図について説明する。この図に示すように水平
シフトレジスタの配線部は不純物濃度が１０１４〜１０
”　ｃ　ｍ−’のウェル暦２内に形成されており、また
厚い酸化膜３下には１０１＠〜１０１１０ｌ７’のＰ型
Ｗｊ４が形成されている。上記ウェル層２並びにＰ型層
４の不純物濃度は、画素部やシフトレジスタの特性によ
り制限され、ウェル層抵抗が高い。その結果、動作時の
水平シフトレジスタ部内のウェル層電位変動が５時定数
が大きいために安定しにくく、実効果に印加パルスがな
まり信号電荷の転送効率が劣化するという問題があった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において、水平シフトレジスタ配線部のウ
ェル抵抗について十分配慮されておらず。

動作時の水平シフトレジスタ部内のウェル層電位変動が
安定しにくいという開運があった。

本発明の目的は、水平シフトレジスタ電極とウェル層間
のカップリングをなくすことにより、水平シフトレジス
タ配線部のウェル電位変動を抑圧した固体撮像素子を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、（１）半導体基板に形成された光電変換素
子のアレイ並びに該光電変換素子からの信号電荷を読み
出すための工直読み出し素子および水平読み出し素子か
ら成り、上記垂直および水平読み出し素子が２７！のゲ
ート電極を有する固体撮像素子において、上記ゲート電
極に電位を与えるための配線部の下に層間絶縁膜を介し
てもう一層のフィルド電極を有することを特徴とする固
体撮像素子、（２）上記光電変換素子のアレイ並びに垂
直読み出し素子および水平読み出し素子は上記半導体基
板上に設けられた半導体基板とは逆導電形のウェル層内
に形成され、上記フィールド電極は該ウェル層と電気的
に接続されていることを特徴とする請求項１記載の固体
撮像素子、（３）上記フィールド電極は、少なくとも水
平走査期間中に、該フィールド電極下の半導体基板表面
に信号電荷と逆の導電性を持つ電荷が蓄積するように、
該フィールド電極に所定の電圧を印加することを特徴と
する請求項１記載の固定撮像素子、（４）上記フィール
ド電極は、上記光電変換素子間の素子分離用領域半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して設けられたフィールドプ
レート電極と同一層であることを特徴とする請求項１記
載の固体撮像素子、（５）上記フィールド電極は、上記
フィールドプレート電極と電気的に接続されていること
を特徴とする請求項４記載の固体撮像素子、（６）上記
フィールドプレート電極は、信号電荷読み出し時に読み
出しパルスと相補的なパルスを印加することを特徴とす
る請求項４記載の固体撮像素子によって達成される。

〔作用〕

水平シフトレジスタ配線部において、ゲート電極とウェ
ル層との間に一定の電位が印加されたもう１つの電極を
形成することにより、水平シフトレジスタ電極とウェル
層間のカップリングをなくし、水平シフトレジスタ配線
部のウェル電位変動を抑圧することができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明の一実施例の水平面を第５図に示す。本実施例が
第３図に示す従来例と異なるところは、膏たにある一定
電圧の印加されたフィールド電極８を設け、従来からゲ
ート電極とウェル層の間に形成したところである。これ
により、水平シフトレジスタのゲート電極とウェル層間
の容量カップリングをシールドできるので、ウェル層の
電位変動をなくすることができる。なおフィールド電極
８に印加される電位を電極８下に正孔が蓄積するような
電圧とすることにより、暗電流を抑圧できる。また耐圧
の点からは、フィールド電極８に印加される電位はウェ
ル層と同電位であることが望ましい。

第５図のＡ−Ａ’断面を第１図に示す。上述のように第
４図に示す従来例と異なるところは、水平シフトレジス
タのゲート電極１４とウェル層２との間に層間絶縁膜５
を介してフィールド電極８が新たに設けられているとこ
ろである。フィールド電極８は、第５図の平面図に示す
ように配線３０を通しである一定電位が印加されている
。

本発明の一実施例の断面図を第６図に示す。本実施例が
第４図に示す従来例と異なるところは、従来からのゲー
ト電極とウェル層の間に眉間絶縁膜５を介して新たにフ
ィールド電極８を設けたところである。なお、フィール
ド電極８はフローティングする。これにより、水平シフ
トレジスタのゲート電極１４のウェル層に対するカップ
リング容量を層間絶縁膜５の膜厚分だけ小さくすること
ができ、ウェル層の電位変動を低減できる。

本発明の他の実施例を第７図に示す。本実施例が第１図
に示す実施例と異なるところは、フィールド電極８下の
厚い絶縁膜を薄いゲート絶縁膜２７としたところである
。これは水平シフトレジスタのゲート電ｗＡ１４のウェ
ル層に対するカップリングをフィールド電極８によりシ
ールドでき。

厚い絶縁膜が不要となったためである。これにより、厚
い絶縁膜形成に必要な長時間の熱工程が不要とできる。

本発明の他の実施例を第８図に示す。本実施例が第７図
に示す実施例と異なるところは、フィールド電極８下の
Ｐ型拡散層をなくしたことである。

これは水平シフトレジスタのゲート電極１４のつへ層に
対するカップリングをフィールド電極８によりシールド
でき、ウェル層の低抵抗化が不要となったためである。

これにより、プロセスを簡略化することができる。

本発明の他の実施例を第９図に示す。本実施例が第１図
に示す実施例と異なるところは、水平シフトレジスタ用
配線９〜１２をＮ型半導体基板１上に形成された厚い絶
縁膜２７上に設けたところである。これにより、フィー
ルド電極８に印加する電圧が電極下に正孔が蓄積するよ
うな電圧などの制限をなくすことができる。

本発明の画素部の断面図の一例を第１０図に示し、その
動作について簡単に説明する。Ｎ型層２６とＰ型ウェル
層２からなるホトダイオードにおいて光信号が信号電荷
に変換され蓄積される。

ホトダイオードに蓄積された信号電荷は読み出しゲート
部を通して垂直読み出し素子となるＣＣＤ（以下垂直Ｃ
ＯＤという）を構成するＮ型層２４に転送される。なお
、２２は垂直ＣＣＤの転送専用ゲート電極、２５はＰ型
層、２３はフィールド拡散層、２０はフィールドプレー
ト電極、５は層間絶完縁膜、２７はゲート酸化膜である
。

読み出しゲート電極２１並びにフィールドプレート電極
２０は上記フィールド電極８と同様に第−層から成り、
少なくとも水平走査期間の間電極下に正孔を蓄積する電
圧を印加することにより暗電流抑圧の効果がある。また
、フィールドプレート電極をフィールド絶縁膜と電気的
に接続することにより外部より与える電圧の数を減らす
ことができる。さらに、信号電荷読み出し時にフィール
ドプレート電極に読み出しパルスと相補的なパルスを印
加することにより、画素部のウェル層電位変動を相殺す
ることができる。

また、以上の実施例において、水平シフトレジスタの配
線部の場合についての実施例で説明したが、垂直シフト
レジスタ等の配線等の場合に本発明を実施しても本発明
の効果を発揮できることは明らかである。さらに、今回
はＰウェル構造の場合についての実施例で説明したが、
Ｐ型基板の場合に本発明を実施しても本発明の効果を発
揮できることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水平及び垂直シフトレジスタの配線と
ウェル層間のカップリングを大幅に低減できるので、水
平及び垂直シフトレジスタの配線部のウェル層電位変動
を大幅に抑圧することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図、第７図、第８図及び第９図は、本発明
の一実施例の水平シフトレジスタ配線部の断面図、第５
図はその平面図、第４図は従来の水平シフトレジスタ配
線部の断面図、第３図はその平面図、第２図は従来のＣ
ＣＤ型固体撮像素子の平面構成図、第１０図は本発明の
画素部の断面図の一例である。 符号の説明 １・・・Ｎ型基板、２・・・Ｐ型ウェル層３・・・フィ
ールド絶縁膜、４・・・Ｐ＋暦５．６・・・層間絶縁膜 ７・・・Ｎ型層（水平シフトレジスタ用）８・・・フィ
ールド電極 ９〜１２・・・水平シフトレジスタ用配線１３・・・ウ
ェル電極用配線 １４〜１７・・・水平シフトレジスタ用ゲート電極２０
・・・フィールドプレート電極 ２１・・・読み出しゲート電極 ２２・・・垂直シフトレジスタ電極 ２３・・・フィールド拡散 ２４・・・垂直ＣＤＤとなるＮ型層 ２５・・・Ｐ型層 ２６・・・ホトダイオードとなるＮ型層２７・・・ゲー
ト絶縁膜 ３０・・・フィールド電極用配線 ７２・・・ホトダイオード ７３・・・読み出しゲート電極 ７４・・・垂直シフトレジスタ ７５・・・水平シフトレジスタ ７６・・・出力アンプ、７７・・・画素７８・・・水平
シフトレジタの配線部 ） ２〜１２−−− ／４ｔ Ｊθ　−ｍ− ノ３　　−−一 箒ブ　回 ブト手シフトレジ゛スタ用西り泰限 り　　　　　ケートリ【卆咎 フィーフレ１″１【不〉用シ乙隼に クエ）し電ネ〜用シ乙率艮 第 ２ 図 ７！ ４ 一−−ホトダイズード −−−ｉｌｂ＆Ｉ＝’７−）　ｔｈ＞ −−一者直シフトンシ“スフ ーーー水準シフドレン゛スタ 一一一世カアンア 一一一魚禾 一一一水準ンフトレン゛スタに％’ｉ音ν第 図 ３．５．σ−）！ル輝 ３ ・−−ウェル電１〜用ｉＪＬ阜χ 第３図 竿Ｃ図 Ｊ、Ｓ、６ り〜ｌｚ ｌ仝 ／３ 一一一　年２１８月贋 −ｍ−フイールド電〕※ 一−−ブト手し７トレシ゛スク用西り１限−−−う　　
　　　′・　　　ケート電極−−−ウェル電符用祝稈 第２図 Ｊθ−−− フ４−）レトｔ１セＦＦＩｋ３炙 竿７１２１ ｔ−フィールド１ｒ秒 り〜／２−−−４手シフトレジ゛スタ用面ＬＩＭ１４−
０−　　　　　　　　　　〜　　　　ブ＝トｆ隼）１３
−−−ウェルを給用 ｚ７−−−　ゲート身ｉ！峰１ ３θ−−−フ１−ルド電１：Ｊ用・【奪架第　デ　図 に、６．２７−−一　摩ｔｊ口唆 ｒ　　　−−−フィールド電待 り〜ｔ２−−一　水手シアトレン゛スタ用　　　ラド線
１１１−−−．．　　　　　　　　シ　　　ブートを才
〜Ｎ　　−一−フェルミ詩ｍ　シを１羊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板に形成された光電変換素子のアレイ並び
   に該光電変換素子からの信号電荷を読み出すための垂直
   読み出し素子および水平読み出し素子から成り、上記垂
   直および水平読み出し素子が２層のゲート電極を有する
   固体撮像素子において、上記ゲート電極に電位を与える
   ための配線部の下に層間絶縁膜を介してもう一層のフィ
   ールド電極を有することを特徴とする固体撮像素子。 ２、上記光電変換素子のアレイ並びに垂直読み出し素子
   および水平読み出し素子は上記半導体基板上に設けられ
   た半導体基板とは逆導電形のウェル層内に形成され、上
   記フィールド電極は該ウェル層と電気的に接続されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。 ３、上記フィールド電極は、少なくとも水平走査期間中
   に、該フィールド電極下の半導体基板表面に信号電荷と
   逆の導電性を持つ電荷が蓄積するように、該フィールド
   電極に所定の電圧を印加することを特徴とする請求項１
   記載の固体撮像素子。 ４、上記フィールド電極は、上記光電変換素子間の素子
   分離用領域半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けら
   れたフィールドプレート電極と同一層であることを特徴
   とする請求項１記載の固体撮像素子。 ５、上記フィールド電極は、上記フィールドプレート電
   極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項４
   記載の固体撮像素子。 ６、上記フィールドプレート電極は、信号電荷読み出し
   時に読み出しパルスと相補的なパルスを印加することを
   特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。