JPS58104574A - 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】 本発明はＣ０Ｄ（電荷結合素子）型の固体撮像素子に関
する・ 一般のＣＣＤ型の固体撮像素子は、半導体ｉ板に絶縁膜
【介して電荷蓄積電極と電荷転遂電ｉと【交互に配列し
てなり％該撮像素子に入射される被写体からの党に依っ
て半導体Ｊ＆板中で励起される電荷を蓄積電極位置に貯
えて電荷像を得るものである。この電荷は電荷蓄積電極
と電荷転送電−の夫々に印加されるグロックパルスＣ：
依っテ起こるポテンシャル井戸の移動に追従して動きこ
の半導体基板の端部から■會情報として外部に取り出さ
れる事になる。

斯様な固体撮像素子を用いて■像ｖＩＩ影する際の問題
ｌｃブルーミング現象がある。このブルーミング現象と
はＣＣＤ型の固体撮像素子に局部的に強い党が入射した
１ｌｌＩ：、この党に依って半導体―板中Ｉ：励起され
る電荷量が増大し、この電荷が党の入射箇所から拡散し
て実際より広い範＠１＝党が入射したかの様６：電荷像
が形成される事である。

この緒果、得られる再生−像に白色のにじみが王シて＃
富に見苦しいものとなる。

この様なプルーミング現象ｔ−防止する事が、ＣＣＤｌ
１の固体撮像素子にとっては急務であり、この為の改良
研究が従来から続けられている。

第１図に従来の固体機会素子を示す、同園内は平画図、
ｒ４図βは（４）に於ける！−！線方向の断面図、岡■
（ｑはＩＡＩに於ける■−■膝方肉方向面図、であって
、これらの図に於て、（１）はＰ型シワコン等の半導体
重′１７１％（２＋−・・に該半導体基板（１）の表面
に沿って遊設された複数本のチャン卓ルスシツバ領域で
あり、半導体基板１１）に］［１：高ａ原のＰ型不純物
Ｖ蔦欲して形成される。ロト・・は該チャンネルストッ
パ領域（２１−・・円に設けられた１−パーブロードレ
インであり、Ｉｌｌ不純物を拡散して形成されその界面
でＰ−Ｎ９合を形成している。（４）・・・は該チャン
率ルスシツパ領域（２１−・・に依って分離された複数
本のチャンネル部、（５ンは上記半導体基ｋ（１）上ｌ
二形成された透明な二酸化Ｖ９コン等の絶縁膜である。

（６１・・・は該絶縁１１１ｔ５１上に上記チャンネル
ＩＳ　１３１−・・の方向と直角方向に配列された複数
本の受光電ａであり、ボッシリコン等の透明導電材料で
形成されている。　（７１−・・は上記絶縁膜（５）上
に受光電極（６１・・・と絶縁された秋春で交互に配列
されたｌ１ｊｌ電自であり、＊転送電橋（７）・・・Ｆ
の絶縁膜間の厚さ線上記受光電楊（５）・・・下のそれ
より太きくＩＢ成されているこれ等電極（６）・・・、
（７）・・・は隣り合う受光電−１６）との 転逝電−（７１とで電１１Ｍｔ−１１１成し１番電極■
に２執りロックパルスφ１％φ２が交互に印加されてい
る。崗１ｍｌ　１ｍｌ・・・は上記チャンネル部（３１
Ｊニ一受党電極（６１・−が位置する箇所に構成された
受光−でる◆。

断る受光１１１ｍ１が光電変換状ｍｒ：ある場合の第１
Ｓｔａに示す断面Ｉ：於けるポテンシャル形ｌｌｖ第２
１ＩＩＩ：示Ｔ、ｔ［受光部（ｍｌにに、このボテンシ
ャル図から明らかな如く、受光電橋１ａｌ　ｔ：高電圧
状ｌのグロックパルスφ１が印加されて翼り、この時チ
ャンネルストッパ領域（２）のボテンシャルｖ１とチャ
ンネル部（４１のボテンシャルＶｍとのＩＩｖｓ−Ｖｙ
ｒで褒わされる電子に対するボテンシャル障＠を有する
ボテンシャル井戸が形成されている。斯様な受光１１Ｅ
ｌａＪに彊い党か入射されるとチャンネルＩＩ（４１の
ｐＨｌシツコン中で励起される電子の量が増大し。

ついｌ二は上述の如く形成されたボテンシャル井戸から
過剰電子がｆＩ＆出して、正の電圧が印加されて電子に
対して低いポテンＶヤルｖＤｖＩＩｍ持しているオーバ
ーフロードレイン（３１（＝吸収される事になる。

斯る固体撮像菓子１；於ては、上述の１−パー７０−ド
レイン■の作用に依って過剰電子の他のチャンネルへの
流出を防止できるものの、チャンネルストッパ領域（２
）の不純物濃度に依ってこのチャン率ルストッパ領域（
２１のボテンシャルｖ１が決定されるので、この固体嫌
像素子の使用状況並びに求められる感度等に応じてポテ
ンＶヤル障Ｗｔ−遥択的にＳ節する事ができなかったの
で、汎用性１：欠けるものであった。

一万、この種固体撮像素子ｇ：於いては、小型集積化が
望すれている。

本発明は、斯様な現状５：＃ｌみて為されたものであり
、新規な電橋ｌｌｌ成を採用して光電変換効率をつた固
体盪ａＳ子ｔ−機供するものである。

第３図は本発明の電荷転送素子を示して翼り。

ｒ７４図囚に平面図、同図■は因に於けるｌ−１方向の
断面図、同図１ｏｔにｔＡｌｔ＝於けるＩＶ−ｆＶ万崗
の断面図である。これ等の図に於て、（８）はＰＩＩ！
のＶ９コン等の半導体基板、＋９１−・・は該半導体！
［！（８）の表面に沿って並列して設けられた複数本の
ｔヤンネルストツバ領域であり、各ｔヤン率ルストッパ
ー域＋９１−・・の多数の特定箇所ｔｓｆの巾が他の箇
所のそれより大になる如く、更に高濃度の例えばｐｇ不
純物【ＩＥ歌して形成されている。崗、このチャンネル
ストッパ（９）の巾広部（９丁は互に＃譬するストッパ
（餠（９）Ｃ二於いて交互に位置している。＠−は該チ
ャンネル部）Ｆパ領域（９１の多数の巾広ｍｔｄｄ−ｔ
＝烏状に形成された多数のオーバフロードレインである
これ等オーバーフロードレイン（至）−・は例えば賢型
の不純物の拡散に依って形成されるのであるが。

基板（８）の裏面全面に存在するＮ１１不純物層ｄに刺
遵するまで深く拡散されて８す、その結果これ等の各島
状の１−パーフロードレイン■・・・はこのＮ型不純物
層−に依って共通接続されている。０１１は上記チャン
ネルストッパ（９）（：依り分離され、蛇行した状＠≦
：形成されたチャンネル部、０りは上記半導体Ｊｉ　Ｉ
！ｉ　ｉ８１上に形成された透明な二酸化シリコン等の
絶縁膜である。ａ９・・・は該絶縁層Ｏり中Ｃ二上記チ
ャンネルストッパ（９）・・・の方向と直角方向に配列
された複数本の上層電極、Ｑ４１・・・は該上層電極Ｏ
ｊ・・・上に絶縁されて上記チャンネルストッパ（９）
・・・に沿って配列された複数本の上層電極であり、絶
縁して直交する両型＠ａ３−．０４・・・は夫々アルミ
ニウム等で形成されている。ここで上層、下層電極０釦
・・。

０３・・・の形状に就いて今少し詳しく説明を加える。

上層電橋Ｏ釦・・は夫々チャンネルストッパ（９）に対
応し、該チャンネルストッパ（９）ｖ完全に覆蓋する如
く形成されて８す、巾広部（９１の巾と上記電鴇の巾と
は同じに設定されている。ｔた下層型ＩＩｈａｓ・・・
はチャンネルストッパ（９）に交互に位置する巾広部（
聞・・・を跨ぐように位置している。その結果、上層型
ａｌｌ１１・・・下層型Ｗａ３１・・・に印加される電
位Ｉ：依って半導体１板（８）表面に形成されるチャン
ネル部Ｏ１ｌは、第３図ｔＡｌｌ＝於ける矢印で示Ｔよ
うに下層電Ｍａ１→上層電ｓｏｎ→下層電極Ｏｊ→上層
電ａｎｔ”経由する蛇行したものになる。

尚、斯る上層電極０４・・・には交互に２相のグロック
パルスφ勝、φ４が印加され下層型１１ＩＡ０３・・４
畷ま交互に２相のクロックパルスφ鵠、φ６か印加され
る。

＋ｂｌ・・・は直交する上記下層電極Ｉ・・・と上層型
ｓＯ−・−との隙間１：形成される光入射１［（＝値っ
て構成される受光部でこの受光部１１１１には電ｉは存
在せず、従来の透明電極を有Ｔる固体樟偉零子の受光部
に比べ、入射光か変副減衰される事なく、光電変換効率
が高められている。

そして上記オーバーフロードレイン（至）が、第１図に
示した従来例？二比べ、受光部−１に最も近便した筒所
、部ち、チャンネルストッパ（９１の巾広部（９）・・
・筒所のみ：：島状に形成されている事に依り、この巾
広部（９１以外のチャンネルストッパ（９）の巾がより
狭く構成されている。

上述の如きｌｌｌ戚を有する固体撮ｇｌ素子は、両型ｍ
ｕｍ・・・、　（１４１・−側から投映された光が効率
よく上記各受光１１１ｂ＋−・・に入射され、この光量
に応じた電子が発生する。ａｉｉ素子の光電変換期間中
に於て、受光５ｔｂｉ＋Ｊで光電変換されて発生した電
子は高電圧状口のグロックパルスφ６が印加されている
上層電極位置８ＤＩ＝集中して蓄積される。この光電変
換期間に続いて電荷の転送が為される。この場合、グロ
ックパルスφ６に代ってグロックパルスφ４が高電圧状
態となる事に依って上層電極位置）：：蓄積されていた
電子が上層電極位Ｗ＠に転送され［Ｆ１４様１ニゲロッ
クパルスφ藝、φζφ番と順次高電圧状態に切り換えら
れる事に依ってこの電子が電極位置の、０、［相］と順
次蛇行転送されて画像情報として外部に取り出される。

次感二斯る固体撮１１１Ｎ子の受光部１ｂｌ・・・Ｃ二
強い光が入射されて過剰電子が発生した場合ｖｌｌ述す
る。

この党電変換吠蓼に於ける受光部１ｂｌの■−璽綴に沿
った断面のポテンシャル形１図を第４図（二示す、同図
直；於°〔、Ｐ型Ｖ９コンからなる受光ｌ５ｌｂｌのポ
テンシャルｖＯ％上記上層電−ａ４に適正な正電圧Ｖ印
加した時の高濃度Ｐ型ｖｙコンからなるチャンネルスト
ッパ領域（９）のポテンシャルはＶｘとなり、正電圧を
印加しない峙のポテンシャル（破纒）Ｖｘより低くなっ
ている。Ｎ型シリコンからなり、各受光部＋ｂｌに隣接
するチャンネルストツバ（９）の巾広部（９）内の島状
の１−パーフロードレイン（至）は、このドレイン（至
）が接続されたＮ型不純物層−に正電圧を印加する事に
依り、受光部１ｂｌのｖＯより更に低いボテンシャルＶ
Ｄが維持されているこの暗、下層型５ｉ（１３１・・・
に印加されるクロックパルスφ１は高電圧状態となり、
この受光部（ｂｌで発生した電子は上層電極位置の（：
形成されたポテンシャル井戸に引き込まれてこの井戸ｖ
ｌ！満するが、斯る電子が受光部１ｂｌで更に発生して
過剰電子となる場合は適正なボテンシャルＶｘ　ｖ有す
るチャンネルストツバ領域＋９１１”Ｍえて島状のイー
パーフロードレイン（至）に吸収される。

この場合、高濃ＷＰ型シツコンからなるチャンネルスト
ッパ領域（９）のボテンシャルＶｘは外的手段、即ち上
層電１ＩＩＡ＠４に印加される電圧Ｃ；依って任意に決
定されこれに依って過刺電子の１−パーフロードレイン
−への流出量がａｍされる。この事に、−像情軸として
の電子の最大量が定められ、得られる１像のコントラス
トを決定下る事になる崗、本発明の固体撮像素子として
Ｐ型シリフン基板【用いて電子ｌキャリアとした素子を
説明して米たがＮ　ｔｊ！Ｖリコン基Ｊｌｖ用いて正孔
をキャリアとしたものであっても艮い事＃１云うまでも
ない本発明の固体撮像素子に、以上の説明から明らかな
如く、絶縁して９１１する豪数本上層電ａと下層重重と
１’［［、、これ等電−に囲まれる隙間Ｖ光入射１とし
て受光Ｓｖ構成したＯＣＤ型の固体撮像子に於て、蛇行
したチャンネルｖｌｌｌ成する様に上紀何れかの電極に
沿ってｆヤンネルストッパ領域ｔ−相捕的に蛇行形成し
、上記各受光部に隣傍するチャン羊ルストッパ領域内に
島状ので−パーブロードレインを設け、これ等ドレイン
を半導体基板裏面側まで延在せしめて共通便続したもの
であるので、９１ンネルストツパ＠Ｗｔ全長に夏ってイ
ーパーフロードレインｔ−延在せしめた従来素子１：し 比べ、万一パー７０−ドレインを必要と、ない箇所のｆ
４ｒンネルストッパ領域巾を小さく＊成する事ができ、
このチャンネルストッパ領域に対して垂直方向の襲積屓
の向上が計れる。さらに％オーバーフローコントロール
ゲートとして働く上層或は上層電極（二依ってチャンネ
ルストッパ領域のポテンシャルが可変ｉａｉｉｇでき、
該固体撮像素子の使用状聞に応じて、ｆ−パー７０−す
る電荷量ｔ−Ｍ＠し−Ｃ有効にブルーミングを防止でき
、コントラストの鮮やかな良質の再生画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔＡｌｆｌ従来の固体撮像素子の平面図、同図（
盲、（０１に夫々同図（Ｎの！−１ｉ１及びｌ−１１１
響：於ける断面図、第２図１１第１図の１の断面図に沿
ったポテンシャル形態図、第３図ＩＡＩｔｔ本発明固体
操像素子の平面図、同図ＩＢ）％ＣＩは夫々１ｍ＠１ｌ
ｌＩＡＩの菖−璽腺及びｆＶ−ｆＶ綴Ｃ：於ける断面図
、第４図は第３図（ａの断面図に沿ったボテンシャル形
ｍ図である。 １１　）＋８＋・−半導体基板、　　Ｔ２＋１９１−・
・チャンネルストッパ領域、（３１［相］・・・オーバ
ーフロードレイン、（４）ａｎ−＋ヤン＊ルｍ、　＋５
１０１−・・絶ａｖｓ、ａｉ−・・不純物＠、　　０３
・・・下層電極、　　Ｑ４−・上層電極、　（ａＪｉｂ
ｌ・・・受光部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）−導電型の半導体基板と、該半尋体晶板上に形成さ
   れた絶縁膜と、該絶Ｉａｌ！ｉＩ上に並行して配列され
   た複数本の下層電極と、該下層電ｉ上に絶縁して設けら
   れこの下層電極の配列方向と交差する方向に配列された
   複数本の上層電−と、からなり、上記両電楊とでＳすれ
   る隙間を光入射１として受光部ｖｌｌ成した固体撮像素
   子に於て、上記半導体４［ｉは該４糎と崗導電型の不純
   物を高濃度に導入したチャンネルス）ツバ領域を上記何
   れかの電−に沿って配置して寞り、該チャンネルスート
   ツバ領域４蛇行したチャン阜ルを構成する樺に隣讐Ｔる
   チャンネルスジツバ領域と相補的−一蛇行して＊＊され
   ると共に、上記各受光部−二隣替するチャンネルストッ
   パ領域内Ｃ：島状のオーバーフａ−Ｆレイン【設け、こ
   れ等イーパーフロードレインを半導体１板裏面側まで延
   在せしめて共通１纏した事Ｖ時像とした固体撮像素子。