JPS6065565A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
- Publication number
- JPS6065565A JPS6065565A JP58173507A JP17350783A JPS6065565A JP S6065565 A JPS6065565 A JP S6065565A JP 58173507 A JP58173507 A JP 58173507A JP 17350783 A JP17350783 A JP 17350783A JP S6065565 A JPS6065565 A JP S6065565A
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- JP
- Japan
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- substrate
- layer
- charge
- region
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は電荷結合素子の組み込まれた固体撮像素子に関
する１、 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、電荷結合素子を組み込んだ固体撮像素子が広く使
用されるようになった。第１図にそのような固体撮像素
子の概略的構成を示す。この図において、Ｃは１つの画
素を構成する単位セル領域で、この単位セル領域は大別
して光電変換機能を有する感光素子領域Ａと電荷転送領
域Ｂとに分けられる。図でＩ′ｆ、ＭＯＳ形の感光素子
領域を有するものを示しており、ｐ形の半導体基板１上
に例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜２を介して、電荷転
送領域Ｂ側に２層構造の電荷転送電極３が形成され、こ
の電荷転送電極３直下の基板１の表面領域にｎ形の電荷
転送チャネル４が設けられている。そしてこの電荷転送
チャネル４の隣接した部位には、上記電荷転送チャネル
４内の電荷が隣接する単位セル内の電荷と混合しないよ
うに宍ルを分離するｐ形の障壁領域５が設けられている
。また、絶縁膜２上には、感光素子領域Ａ以外の領域に
光が入射しないようにするための例えばアルミニウム膜
からなる光シールド膜７が設けられ、感光素子領域Ａの
光シールド膜７に開口された窓部分下には透明電極８が
設けられている。そして、この透明電極８と電荷転送電
極３との間の電荷転送領域ＢＫは、感光素子領域Ａで一
時的に蓄えられた電荷を電荷転送チャネル４へ移すため
の電荷読み出し電極６が設けられている。
する１、 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、電荷結合素子を組み込んだ固体撮像素子が広く使
用されるようになった。第１図にそのような固体撮像素
子の概略的構成を示す。この図において、Ｃは１つの画
素を構成する単位セル領域で、この単位セル領域は大別
して光電変換機能を有する感光素子領域Ａと電荷転送領
域Ｂとに分けられる。図でＩ′ｆ、ＭＯＳ形の感光素子
領域を有するものを示しており、ｐ形の半導体基板１上
に例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜２を介して、電荷転
送領域Ｂ側に２層構造の電荷転送電極３が形成され、こ
の電荷転送電極３直下の基板１の表面領域にｎ形の電荷
転送チャネル４が設けられている。そしてこの電荷転送
チャネル４の隣接した部位には、上記電荷転送チャネル
４内の電荷が隣接する単位セル内の電荷と混合しないよ
うに宍ルを分離するｐ形の障壁領域５が設けられている
。また、絶縁膜２上には、感光素子領域Ａ以外の領域に
光が入射しないようにするための例えばアルミニウム膜
からなる光シールド膜７が設けられ、感光素子領域Ａの
光シールド膜７に開口された窓部分下には透明電極８が
設けられている。そして、この透明電極８と電荷転送電
極３との間の電荷転送領域ＢＫは、感光素子領域Ａで一
時的に蓄えられた電荷を電荷転送チャネル４へ移すため
の電荷読み出し電極６が設けられている。
このような素子において、透明電極８に電圧を印加する
ことになシ、この透明電極θ下の基板領域に空乏層を形
成し、この空乏層に入射光により光電変換された電荷を
一時的に蓄積する。
ことになシ、この透明電極θ下の基板領域に空乏層を形
成し、この空乏層に入射光により光電変換された電荷を
一時的に蓄積する。
そして、蓄積された電荷を読み出し電極６および転送電
極３に電気的操作を施すことにより検出する。
極３に電気的操作を施すことにより検出する。
ところで、このような第１図に示す固体撮像素子では、
感光素子領域Ａの絶縁膜２とこれに接する半導体基板１
との界面の半導体基板１側に空乏層１０が生ずるがこの
ような基板１表面の界面では、界面の表面準位の影響を
受けやすく、局所的な暗電流が流れやすい。この局所的
な暗電流により、各単位セル間の暗電流のばらつきが大
きく、場合によっては、画像に白点を生じるなどの不都
合がみられた。
感光素子領域Ａの絶縁膜２とこれに接する半導体基板１
との界面の半導体基板１側に空乏層１０が生ずるがこの
ような基板１表面の界面では、界面の表面準位の影響を
受けやすく、局所的な暗電流が流れやすい。この局所的
な暗電流により、各単位セル間の暗電流のばらつきが大
きく、場合によっては、画像に白点を生じるなどの不都
合がみられた。
第２図に示す装置は感光素子領域ＡがＰ−Ｎ接合を有す
るフォトダイオードからなるものを示している。すなわ
ち、基板１に対して逆導電形の不純物を多く含む拡散層
９と基板１との間にＰ−Ｎ接合が形成され、入射光によ
り光゛電変換された電荷はこのＰ−Ｎ接合部に形成され
る空乏層１０のエネルギーの勾配によって拡散層９に蓄
積される。そして蓄積された電荷は読み出し電極６およ
び転送電極３に電気的操作を施すことによυ検出される
。尚、この場合には電荷蓄積−用の空乏層１０を形成す
るために感光素子領域Ａに電界を加えなくともよいため
、第１図のＭＯＳ形の素子と異なり透明電極８を形成す
る必要はない。
るフォトダイオードからなるものを示している。すなわ
ち、基板１に対して逆導電形の不純物を多く含む拡散層
９と基板１との間にＰ−Ｎ接合が形成され、入射光によ
り光゛電変換された電荷はこのＰ−Ｎ接合部に形成され
る空乏層１０のエネルギーの勾配によって拡散層９に蓄
積される。そして蓄積された電荷は読み出し電極６およ
び転送電極３に電気的操作を施すことによυ検出される
。尚、この場合には電荷蓄積−用の空乏層１０を形成す
るために感光素子領域Ａに電界を加えなくともよいため
、第１図のＭＯＳ形の素子と異なり透明電極８を形成す
る必要はない。
しかし、このよりなＰ−Ｎ接合を有するフォトダイオー
ドが感光素子領域Ａに形成された素子でも、拡散層９の
濃度が低い場合には、この拡散層９が基板１と基板１上
の絶縁膜２との界面まで空乏化する。従って上述のＭＯ
Ｓ形の素子の場合と同様に上記界面の表面準位の影響に
より局所的な暗電流の発生を招くものでめった。
ドが感光素子領域Ａに形成された素子でも、拡散層９の
濃度が低い場合には、この拡散層９が基板１と基板１上
の絶縁膜２との界面まで空乏化する。従って上述のＭＯ
Ｓ形の素子の場合と同様に上記界面の表面準位の影響に
より局所的な暗電流の発生を招くものでめった。
また、拡散層９の不純物濃度が高い場合には、空乏層の
広がシが小さいため、感光素子領域Ａ全体の上記界面付
近が空乏化されることはないものの、拡散ｌ１ｉ９に沿
ったＰ−Ｎ接合面が基板１０表面にまで及んでいるため
、このＰ−Ｎ接合面に沿って形成される空乏層１０のう
ち図の破線１ノで示す付近の空乏層部分では、やはり界
面の表面準位の影響を受ける。従って、この場合も暗電
流のばらつきを避けることができなかったＯ 〔発明の目的〕 本発明は、上記のような点に鑑みなされたもので、局所
的な暗電流の発生や各感光素子間の暗電流によるばらつ
きの防止された固体撮像素子を提供しようとするもので
ある。
広がシが小さいため、感光素子領域Ａ全体の上記界面付
近が空乏化されることはないものの、拡散ｌ１ｉ９に沿
ったＰ−Ｎ接合面が基板１０表面にまで及んでいるため
、このＰ−Ｎ接合面に沿って形成される空乏層１０のう
ち図の破線１ノで示す付近の空乏層部分では、やはり界
面の表面準位の影響を受ける。従って、この場合も暗電
流のばらつきを避けることができなかったＯ 〔発明の目的〕 本発明は、上記のような点に鑑みなされたもので、局所
的な暗電流の発生や各感光素子間の暗電流によるばらつ
きの防止された固体撮像素子を提供しようとするもので
ある。
すなわち本発明による固体撮像素子では、感光素子領域
の半導体基板とこれに接する絶縁膜との界面な空乏化さ
せないようにしπもので、単位セル内に電荷転送チャネ
ルおよび電荷転送電極、電荷読み出し電極を形成して所
定の電荷転送部を形成するとともに、感光素子部として
上記電荷転送部に隣接した半導体基板に基板とは逆形の
電荷蓄積領域と、この電荷蓄積領域上の半導体基板の表
面領域に転送キャリアとは逆形のキャリアの多数存在す
る空乏化防止層とを設けたものである。
の半導体基板とこれに接する絶縁膜との界面な空乏化さ
せないようにしπもので、単位セル内に電荷転送チャネ
ルおよび電荷転送電極、電荷読み出し電極を形成して所
定の電荷転送部を形成するとともに、感光素子部として
上記電荷転送部に隣接した半導体基板に基板とは逆形の
電荷蓄積領域と、この電荷蓄積領域上の半導体基板の表
面領域に転送キャリアとは逆形のキャリアの多数存在す
る空乏化防止層とを設けたものである。
この空乏化防止層とじてに、例えば上記電荷蓄積領域上
に絶縁膜を介して、上記転送キャリアを排斥する向きの
電圧の印加された透明電極、あるいは上記電荷蓄積領域
上を覆うように形成されたこの電荷蓄積領域とに逆形の
不純物層を設けることにより形成する。
に絶縁膜を介して、上記転送キャリアを排斥する向きの
電圧の印加された透明電極、あるいは上記電荷蓄積領域
上を覆うように形成されたこの電荷蓄積領域とに逆形の
不純物層を設けることにより形成する。
以下図面を参照してこの発明の一実施例につき説明する
。
。
第３図は、ＭＯＳ形の感光素子領域Ａを有する固体撮像
素子の一例を示す図で、電荷転送領域Ｂの構成は従来と
同様であるので、第１図と同一構成部分には同一符号を
付してその説明を省略する。
素子の一例を示す図で、電荷転送領域Ｂの構成は従来と
同様であるので、第１図と同一構成部分には同一符号を
付してその説明を省略する。
第３図において、感光素子領域Ａの半導体基板１に電荷
蓄積領域２０として半導体基板１と逆導電形の拡散領域
を形成する。そして、このＮ形の拡散領域上に絶縁膜２
を介して例えばポリシリコンからなる透明電極２１を形
成し、この透明電極には負電圧を印加しておく。
蓄積領域２０として半導体基板１と逆導電形の拡散領域
を形成する。そして、このＮ形の拡散領域上に絶縁膜２
を介して例えばポリシリコンからなる透明電極２１を形
成し、この透明電極には負電圧を印加しておく。
このような構成の素子において、光シールド膜７の窓部
から入射した光（放射線）により半導体内には負電荷の
キャリアが発生する。ここで、上記したように透明電極
２１にに負電圧が印加されているため、基板１表面付近
の負電荷は遠ざけられ、代わって正孔を多数有する層す
なわち反転層２２が空乏化防止層としてこの感光素子領
域Ａの基板表面に形成される。
から入射した光（放射線）により半導体内には負電荷の
キャリアが発生する。ここで、上記したように透明電極
２１にに負電圧が印加されているため、基板１表面付近
の負電荷は遠ざけられ、代わって正孔を多数有する層す
なわち反転層２２が空乏化防止層としてこの感光素子領
域Ａの基板表面に形成される。
従って、光電変換された負電荷は基板１との間のＰ−Ｎ
接合面と反転層２２により囲まれた電荷蓄積領域２０円
に蓄積される。すなわち、基板１と絶縁膜２との界面付
近には光電変換され−たキャリアが存在しなくなり、上
記界面における表面準位の影響を受けることがない。
接合面と反転層２２により囲まれた電荷蓄積領域２０円
に蓄積される。すなわち、基板１と絶縁膜２との界面付
近には光電変換され−たキャリアが存在しなくなり、上
記界面における表面準位の影響を受けることがない。
第４図は、本発明の第２の実施例を示すもので、感光菓
子領域ＡｉＣ，基板１と逆導電形のＮ２０よりも拡散深
さの浅いＰ膨拡散層２３を空乏化防止層として形成する
ここでこのＰ膨拡散層２３を、上記電荷蓄積領域２θ
と基板１とのＰ−Ｎ接合面が基板１上に達することがな
いように十分な不純物濃度で上記電荷蓄積領域２０上に
この蓄積領域２０よりもやや広い領域に渡って形成する
。
子領域ＡｉＣ，基板１と逆導電形のＮ２０よりも拡散深
さの浅いＰ膨拡散層２３を空乏化防止層として形成する
ここでこのＰ膨拡散層２３を、上記電荷蓄積領域２θ
と基板１とのＰ−Ｎ接合面が基板１上に達することがな
いように十分な不純物濃度で上記電荷蓄積領域２０上に
この蓄積領域２０よりもやや広い領域に渡って形成する
。
このような素子では感光素子領域Ａを基板１に対し垂直
方向に見た場合、Ｐ−Ｎ−Ｐの順に領域が接合している
。これらの領域の接合を負電荷を基準としたエネルギー
レベルで考えると、Ｎ領域はＰ領域に比べ低いため、Ｎ
形の電荷蓄積領域２０で光電変換された負電荷はこの電
荷蓄積領域２０内に残る。また、Ｐ形の基板１円および
Ｐ膨拡散層２３内で生成された負電荷も、Ｐ−Ｎ接合の
空乏層まで拡散により移動して空乏層内に入るとエネル
ギーレベルの低いＮ影領域すなわち電荷蓄積領域２０内
に蓄積される。
方向に見た場合、Ｐ−Ｎ−Ｐの順に領域が接合している
。これらの領域の接合を負電荷を基準としたエネルギー
レベルで考えると、Ｎ領域はＰ領域に比べ低いため、Ｎ
形の電荷蓄積領域２０で光電変換された負電荷はこの電
荷蓄積領域２０内に残る。また、Ｐ形の基板１円および
Ｐ膨拡散層２３内で生成された負電荷も、Ｐ−Ｎ接合の
空乏層まで拡散により移動して空乏層内に入るとエネル
ギーレベルの低いＮ影領域すなわち電荷蓄積領域２０内
に蓄積される。
従ってこの場合も転送キャリアとなる負電荷が基板１内
部の電荷蓄積領域２０内に蓄えられ、基板１と絶縁膜２
との界面の影響を殆んど受けずに済む。
部の電荷蓄積領域２０内に蓄えられ、基板１と絶縁膜２
との界面の影響を殆んど受けずに済む。
尚、上記実施例ではＰ形基板１を用いて素子を形成する
場合につき述べたが、勿論Ｎ形基板を用い、各領域の導
電形および透明電極に印加する電圧の向きを逆にしても
よい。
場合につき述べたが、勿論Ｎ形基板を用い、各領域の導
電形および透明電極に印加する電圧の向きを逆にしても
よい。
以上のように本発明による固体撮像素子でに、感光素子
領域に基板と逆導電形の拡散層を電荷蓄積領域として形
成し、この拡散層の上面に絶縁膜を介して転送キャリア
と同一導電形の電圧（転送キャリアを排斥する向きの電
圧）を印加する或いは、基板と同一導電形で上記拡散層
よりも広くかつ拡散深さの浅い拡散層を上記電荷蓄積層
上に重ねて設けることにより、基板と逆形の電荷蓄積領
域の表面領域に転送キャリアと逆形のキャリアの多数存
在する空乏化防止層を形成するようにしたものである。
領域に基板と逆導電形の拡散層を電荷蓄積領域として形
成し、この拡散層の上面に絶縁膜を介して転送キャリア
と同一導電形の電圧（転送キャリアを排斥する向きの電
圧）を印加する或いは、基板と同一導電形で上記拡散層
よりも広くかつ拡散深さの浅い拡散層を上記電荷蓄積層
上に重ねて設けることにより、基板と逆形の電荷蓄積領
域の表面領域に転送キャリアと逆形のキャリアの多数存
在する空乏化防止層を形成するようにしたものである。
これにより、感光素子領域の半導体基板と絶縁膜との界
面付近に空乏層が形成されず、入射光（放射線）によっ
て光電変換されたキャリアは上記界面の表面準位（５ｕ
ｒｆａｃｅ ５ｔａｔｅ ）やいわゆ６ｆｉｘｅｄａｘ
ｉｄｅ ｃｈａｒｇｅ等の影響を受けにくくなり、上記
界面の影響による局所的な暗電流や感光素子間の暗電流
のばらつきの抑制された固体撮像素子を提供することが
できる。
面付近に空乏層が形成されず、入射光（放射線）によっ
て光電変換されたキャリアは上記界面の表面準位（５ｕ
ｒｆａｃｅ ５ｔａｔｅ ）やいわゆ６ｆｉｘｅｄａｘ
ｉｄｅ ｃｈａｒｇｅ等の影響を受けにくくなり、上記
界面の影響による局所的な暗電流や感光素子間の暗電流
のばらつきの抑制された固体撮像素子を提供することが
できる。
第１図および第２図はそれぞれ従来の固体撮像索子の断
面構造を示す図、第３図は本発明の一実施例による固体
撮像索子の断面構造を示す図、第４図は本発明の他の実
施例による固体撮像索子の断面構造を示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・電荷転
送電極、４・・・電荷転送チャネル、５・・・障壁領域
、６・・・電荷読み出し電極、７・・・光シールド膜、
１０・・・空乏層、２０・・・電荷蓄積領域、２ノ・・
・透明電極、２２・・・反転層（空乏化防止層）、２３
・・・Ｐ膨拡散層（空乏化防止層）、Ａ・・・感光素子
領域、Ｂ・・・電荷転送領域、Ｃ・・・単位セル。
面構造を示す図、第３図は本発明の一実施例による固体
撮像索子の断面構造を示す図、第４図は本発明の他の実
施例による固体撮像索子の断面構造を示す図である。 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・電荷転
送電極、４・・・電荷転送チャネル、５・・・障壁領域
、６・・・電荷読み出し電極、７・・・光シールド膜、
１０・・・空乏層、２０・・・電荷蓄積領域、２ノ・・
・透明電極、２２・・・反転層（空乏化防止層）、２３
・・・Ｐ膨拡散層（空乏化防止層）、Ａ・・・感光素子
領域、Ｂ・・・電荷転送領域、Ｃ・・・単位セル。
Claims (3)
- （１） 入射光を光電変喚し転送キャリアを生成する感
光素子部と、電荷転送チャネル、電荷転送電極、電荷読
み出し電極とを含み上記転送キャリアを転送する電荷転
送部とを同一半導体基板に具備する固体撮像素子におい
て、上記感光素子部が１．上記基板内に形成されたこの
基板とは逆形の電荷蓄積領域と、この電荷蓄積領域の上
部領域に上記転送キャリアとは逆形のキャリアを多数含
む空乏化防止層とを具備することを特徴とする固体撮像
素子。 - （２）上記空乏化防止層は、上記電荷蓄積領域上に絶縁
膜を介して設けられ、上記転送キャリアを排斥する向き
の電圧の印加された透明電極により形成されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像素す。 - （３）上記空乏化防止層は、上記電荷蓄積領域上を覆う
ようにこの電荷蓄積領域とは逆形の不純物を多数含む不
純物層により形成されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173507A JPS6065565A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173507A JPS6065565A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065565A true JPS6065565A (ja) | 1985-04-15 |
Family
ID=15961805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58173507A Pending JPS6065565A (ja) | 1983-09-20 | 1983-09-20 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065565A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6276669A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPS63114255A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Hamamatsu Photonics Kk | 固体撮像装置 |
| JPH01133359A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-25 | Hamamatsu Photonics Kk | 固体撮像装置 |
| JPH01227470A (ja) * | 1988-03-08 | 1989-09-11 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPH02218162A (ja) * | 1989-02-20 | 1990-08-30 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
| JPH02280377A (ja) * | 1989-04-20 | 1990-11-16 | Matsushita Electron Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
| JPH04245679A (ja) * | 1991-01-31 | 1992-09-02 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPH11121729A (ja) * | 1997-08-20 | 1999-04-30 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | バンドギャップ設計型アクティブ・ピクセル・セル |
| JP2007088305A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ |
| JP2007225254A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-09-06 | Fujitsu General Ltd | 空気調和機の室外機 |
| JP2009278129A (ja) * | 2009-08-17 | 2009-11-26 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| US8349638B2 (en) | 2004-08-10 | 2013-01-08 | Sony Corporation | Method of manufacturing back illuminated solid-state imaging device with improved transmittance of visible light |
| WO2016013227A1 (ja) * | 2014-07-25 | 2016-01-28 | 株式会社ブルックマンテクノロジ | 光検出素子及び固体撮像装置 |
| JP2018160858A (ja) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 池上通信機株式会社 | 撮像装置 |
-
1983
- 1983-09-20 JP JP58173507A patent/JPS6065565A/ja active Pending
Cited By (18)
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| JPH02218162A (ja) * | 1989-02-20 | 1990-08-30 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
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