JPH07112054B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH07112054B2 JP63054494A JP5449488A JPH07112054B2 JP H07112054 B2 JPH07112054 B2 JP H07112054B2 JP 63054494 A JP63054494 A JP 63054494A JP 5449488 A JP5449488 A JP 5449488A JP H07112054 B2 JPH07112054 B2 JP H07112054B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (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
くしうることは、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19に
印加され、感光画素42の表面部分に反転層42a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19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、前
記信号キャリアと同一極性の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) 信号キャリアと同一極性の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、蓄積電極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2a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により蓄積電極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
から供給された正孔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実験によって確
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1/5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1/4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。一点鎖
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
の開口部を有しない蓄積電極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(一点鎖線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1/5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流
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1/5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
について、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1/5
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22a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32
a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1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…光遮へい膜、7a…受光窓、9,19…
転送電極、9a…開口部、10…バイアス電源、12b,22a,32
a,32b…不純物層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前
    記信号キャリアと同一極性の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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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