JPS6147031B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6147031B2 JPS6147031B2 JP53106472A JP10647278A JPS6147031B2 JP S6147031 B2 JPS6147031 B2 JP S6147031B2 JP 53106472 A JP53106472 A JP 53106472A JP 10647278 A JP10647278 A JP 10647278A JP S6147031 B2 JPS6147031 B2 JP S6147031B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- silicon
- electrode
- image sensor
- 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.)
- Expired
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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】
本発明は、光電変換機能および電荷読出機能を
有するイメージセンサに関する。
有するイメージセンサに関する。
光学的読取装置等に用いられるイメージセンサ
には、従来第１図に示す如き構造を有するものが
知られている。同図に示すものは、受光部Ａの蓄
積電荷を両縁のCCD（電荷転送装置）シフトレ
ジスタ部B1，B2に振り分けて読み出す所謂CCD
ラインセンサである。受光部Ａ、シフトレジスタ
部B1，B2はそれぞれ図面と直交する方向に延
び、受光部Ａは蛇行状チヤンネルカツトにより分
割された複数のMOS素子のアレーで線状の受光
面を形成し、またシフトレジスタ部B1，B2は共
通チヤンネルに沿つて配列された複数の基板と逆
型の埋め込み層を有するMOS素子のアレーで構
成されている。
には、従来第１図に示す如き構造を有するものが
知られている。同図に示すものは、受光部Ａの蓄
積電荷を両縁のCCD（電荷転送装置）シフトレ
ジスタ部B1，B2に振り分けて読み出す所謂CCD
ラインセンサである。受光部Ａ、シフトレジスタ
部B1，B2はそれぞれ図面と直交する方向に延
び、受光部Ａは蛇行状チヤンネルカツトにより分
割された複数のMOS素子のアレーで線状の受光
面を形成し、またシフトレジスタ部B1，B2は共
通チヤンネルに沿つて配列された複数の基板と逆
型の埋め込み層を有するMOS素子のアレーで構
成されている。
上記イメージセンサの主体である受光部Ａは、
例えばＰ型のシリコン（Si）基板１にＮ型の拡散
層２を形成してこれらの間にPN接合部Ｊを形成
し、さらに基板１の前記PN接合部上方にシリコ
ン酸化膜（SiO2）３を介して多結晶シリコンのホ
ンゲート電極４を設けこの電極４上もシリコン酸
化膜で覆つている。尚、酸化膜３中の５１，５２
はトランスフアゲート電極、６１，６２はシフト
レジスタ部の転送電極であり、また７は受光部Ａ
以外への入射光を遮断するために、ホトゲート電
極４上方のみを除いて酸化膜３上を覆つた光シー
ルド電極であり、例えばアルミニウム（Al）膜
からなる。
例えばＰ型のシリコン（Si）基板１にＮ型の拡散
層２を形成してこれらの間にPN接合部Ｊを形成
し、さらに基板１の前記PN接合部上方にシリコ
ン酸化膜（SiO2）３を介して多結晶シリコンのホ
ンゲート電極４を設けこの電極４上もシリコン酸
化膜で覆つている。尚、酸化膜３中の５１，５２
はトランスフアゲート電極、６１，６２はシフト
レジスタ部の転送電極であり、また７は受光部Ａ
以外への入射光を遮断するために、ホトゲート電
極４上方のみを除いて酸化膜３上を覆つた光シー
ルド電極であり、例えばアルミニウム（Al）膜
からなる。
受光部Ａは、ホトゲート電極４に電圧を加えて
その下部半導体基板に空乏層を作り、該空乏層に
該電極４上方からの入射光（光像）により発生す
る電荷を溜めるものであるが、ホトゲート電極４
が多結晶シリコンであるために、感度および波長
特性が悪いという欠点を有している。即ち、この
2000〜3000Åの厚みの多結晶シリコン膜は完全な
透明体ではなく、特に短い波長の光を通しにくい
という難点がある。
その下部半導体基板に空乏層を作り、該空乏層に
該電極４上方からの入射光（光像）により発生す
る電荷を溜めるものであるが、ホトゲート電極４
が多結晶シリコンであるために、感度および波長
特性が悪いという欠点を有している。即ち、この
2000〜3000Åの厚みの多結晶シリコン膜は完全な
透明体ではなく、特に短い波長の光を通しにくい
という難点がある。
この点を改善するため、第１図の構成において
ホトゲート電極４を除去して前記PN接合部Ｊの
上方を酸化膜３のみで構成したイメージセンサが
考えられている。このセンサでは電荷蓄積に当つ
てトランスフアゲート５１，５２を開き、CCD
シフトレジスタ部の電極６１，６２に電圧を印加
し、該電圧で受光部ＡのＮ型拡散層２を空乏層化
する。即ち、電極６１，６２および５１，５２
に、本例ではＮチヤンネル素子であるから正電圧
を加えると１ａで示すＮ型領域は基板１より高電
位になる。またこの領域１ａはＮ型拡散層２と連
通しているから該層２を不完全ながら空乏層化し
その電位を上げる。こうしてホトゲート電極４を
設けそれに正電圧を加えて電荷蓄積状態にしたの
とほゞ同様な効果が得られる。その後は電極６
１，６２，５１，５２の電圧を除くが、Ｎ型拡散
層２は上記の空乏層化および高電位化された状態
にとどまる。この状態で光像投射すれば該空乏層
およびPN接合部Ｊに光像に応じた電荷が発生し
かつ蓄積される。この酸化膜３のみの受光部であ
れば波長特性は向上するが、反面CCD電極によ
り作られた空乏層は不完全で電荷蓄積領域は主と
してPN接合部Ｊとなるので電荷蓄積量が減つて
光入力に対する光電変換出力が低下する欠点があ
る。また、シリコン酸化膜３が光シールド電極７
の開口部から露出しているので電荷付着などのシ
リコン酸化膜の特性不安定性、延いては受光部Ａ
の特性劣化が問題である。
ホトゲート電極４を除去して前記PN接合部Ｊの
上方を酸化膜３のみで構成したイメージセンサが
考えられている。このセンサでは電荷蓄積に当つ
てトランスフアゲート５１，５２を開き、CCD
シフトレジスタ部の電極６１，６２に電圧を印加
し、該電圧で受光部ＡのＮ型拡散層２を空乏層化
する。即ち、電極６１，６２および５１，５２
に、本例ではＮチヤンネル素子であるから正電圧
を加えると１ａで示すＮ型領域は基板１より高電
位になる。またこの領域１ａはＮ型拡散層２と連
通しているから該層２を不完全ながら空乏層化し
その電位を上げる。こうしてホトゲート電極４を
設けそれに正電圧を加えて電荷蓄積状態にしたの
とほゞ同様な効果が得られる。その後は電極６
１，６２，５１，５２の電圧を除くが、Ｎ型拡散
層２は上記の空乏層化および高電位化された状態
にとどまる。この状態で光像投射すれば該空乏層
およびPN接合部Ｊに光像に応じた電荷が発生し
かつ蓄積される。この酸化膜３のみの受光部であ
れば波長特性は向上するが、反面CCD電極によ
り作られた空乏層は不完全で電荷蓄積領域は主と
してPN接合部Ｊとなるので電荷蓄積量が減つて
光入力に対する光電変換出力が低下する欠点があ
る。また、シリコン酸化膜３が光シールド電極７
の開口部から露出しているので電荷付着などのシ
リコン酸化膜の特性不安定性、延いては受光部Ａ
の特性劣化が問題である。
本発明はかかる諸点を一挙に解決したイメージ
センサを提供することを目的としたもので、光を
投射されて発生したキヤリアを蓄積する受光部お
よび該受光部に沿つて配設されて蓄積キヤリアを
転送する電荷転送部を備えるCCDイメージセン
サにおいて、該受光部をPN接合を持つ半導体基
板、該基板上に形成された二酸化シリコン膜、該
二酸化シリコン膜上に形成されそして該二酸化シ
リコン膜より電導度が良くかつ所定電位を加えら
れる窒化シリコン膜で構成したことを特徴として
いる。
センサを提供することを目的としたもので、光を
投射されて発生したキヤリアを蓄積する受光部お
よび該受光部に沿つて配設されて蓄積キヤリアを
転送する電荷転送部を備えるCCDイメージセン
サにおいて、該受光部をPN接合を持つ半導体基
板、該基板上に形成された二酸化シリコン膜、該
二酸化シリコン膜上に形成されそして該二酸化シ
リコン膜より電導度が良くかつ所定電位を加えら
れる窒化シリコン膜で構成したことを特徴として
いる。
前記二酸化シリコン膜上の窒化シリコン膜は前
記光シールド電極等により適当な電位に保たれる
ことにより擬似ホトゲート電極として機能して半
導体層に広い電荷蓄積領域を形成し、受光部にお
ける蓄積電荷量を増加させる。また窒化シリコン
膜を用いると、屈折率は約２であり、一方、二酸
化シリコンは1.5、周囲の空気は１であるから光
は屈折率１、２、1.5の各層を通つて屈折率４の
シリコン基板に入ることになり、第１図の場合の
屈折率１、1.5、４、1.5の各層を通つて屈折率４
のシリコン基板に入年る場合に比べて入射光の減
衰（反射）率は少なく、イメージセンサとしての
感度が広範囲な波長域において良好になる。そし
て、二酸化シリコン膜上は若干の導電性を持つ窒
化シリコン膜により覆われるので、電荷蓄積など
の問題はなく、酸化膜表面は安定化される。
記光シールド電極等により適当な電位に保たれる
ことにより擬似ホトゲート電極として機能して半
導体層に広い電荷蓄積領域を形成し、受光部にお
ける蓄積電荷量を増加させる。また窒化シリコン
膜を用いると、屈折率は約２であり、一方、二酸
化シリコンは1.5、周囲の空気は１であるから光
は屈折率１、２、1.5の各層を通つて屈折率４の
シリコン基板に入ることになり、第１図の場合の
屈折率１、1.5、４、1.5の各層を通つて屈折率４
のシリコン基板に入年る場合に比べて入射光の減
衰（反射）率は少なく、イメージセンサとしての
感度が広範囲な波長域において良好になる。そし
て、二酸化シリコン膜上は若干の導電性を持つ窒
化シリコン膜により覆われるので、電荷蓄積など
の問題はなく、酸化膜表面は安定化される。
以下、第２図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第２図はCCDラインセンサに適用した
本発明の一実施例を示す断面図であり、第１図と
同一部分には同一符号を付してある。この実施例
における受光部A′は、半導体層１のPN接合部Ｊ
上方に1000〜1500Å程度のシリコン酸化膜
（SiO）３を介して、厚さ1500Å程度のシリコン
窒化膜（Si3N4）８を形成し、さらに窒化膜８の端
縁を導電性の光シールド電極（この例ではアルミ
ニウム）７の開口端縁に接続している。
明する。第２図はCCDラインセンサに適用した
本発明の一実施例を示す断面図であり、第１図と
同一部分には同一符号を付してある。この実施例
における受光部A′は、半導体層１のPN接合部Ｊ
上方に1000〜1500Å程度のシリコン酸化膜
（SiO）３を介して、厚さ1500Å程度のシリコン
窒化膜（Si3N4）８を形成し、さらに窒化膜８の端
縁を導電性の光シールド電極（この例ではアルミ
ニウム）７の開口端縁に接続している。
空気に対するSiO2の屈折率は前述したように
約1.5であるのに対し、Si3N4の屈折率は約２であ
つて近似している。従つて、窒化膜８と酸化膜３
との界面における入射光に対する反射率は著しく
小さい。また窒化膜は酸化膜と同様透明度が高い
ので、入射光の減衰は少なく、特に短波長側の感
度が向上する。なお窒化膜８も酸化膜３も共に通
常の導電材料に比べては著しい絶縁性を有する
が、窒化膜８はその気相成長過程でシリコンと窒
素の比、具体的にはシランとアンモニアの混合比
を変えることにより導電性を持たせかつその導電
度をある範囲で調整することができる。そこで、
アースされた光シールド電極７に接続して窒化膜
８を零電位に、または適当な電極を別設して適宜
の正、負直流電位に保持しておくことができ、こ
うして窒化膜８を第１図のホトゲート電極４と同
様に機能させ、半導体層１に入射光により生じた
電荷の広い蓄積領域を形成させ、PN接合部Ｊの
電荷蓄積領域と併せて、電荷蓄積量を増大させる
ことができる。
約1.5であるのに対し、Si3N4の屈折率は約２であ
つて近似している。従つて、窒化膜８と酸化膜３
との界面における入射光に対する反射率は著しく
小さい。また窒化膜は酸化膜と同様透明度が高い
ので、入射光の減衰は少なく、特に短波長側の感
度が向上する。なお窒化膜８も酸化膜３も共に通
常の導電材料に比べては著しい絶縁性を有する
が、窒化膜８はその気相成長過程でシリコンと窒
素の比、具体的にはシランとアンモニアの混合比
を変えることにより導電性を持たせかつその導電
度をある範囲で調整することができる。そこで、
アースされた光シールド電極７に接続して窒化膜
８を零電位に、または適当な電極を別設して適宜
の正、負直流電位に保持しておくことができ、こ
うして窒化膜８を第１図のホトゲート電極４と同
様に機能させ、半導体層１に入射光により生じた
電荷の広い蓄積領域を形成させ、PN接合部Ｊの
電荷蓄積領域と併せて、電荷蓄積量を増大させる
ことができる。
第３図は通常のCCDラインセンサの平面図で
あり、第３図の×−×での断面が第１、第２図に
相当する。受光部A′は蛇行状チヤンネルカツト
９により分離された複数の受光素子A″（前記の
ダイオード）を線状に配列した所謂ホトダイオー
ドアレイであつて、受光面にはホトゲート電極４
または窒化膜８が設けられ、周囲は光シールド電
極７で覆われている。この受光部Ａ，A′の光電
変換出力（電荷）は、両側のCCDシフトレジス
タ部B1，B2に白矢印イ，ロで示すように１ビツ
ト毎に振り分けられて読み出され、これらシフト
レジスタ部B1，B2内を白矢印ハ方向に転送され
て、出力ゲート１０１，１０２を介して増幅器１
１１，１１２に到り、ここで増幅されて出力01，
02として取り出される。尚シフトレジスタ部B1，
B2による電荷転送に先立ちトランスフアゲート
電極５１，５２に電圧を加え、該ゲートを開けて
受光部A′からCCDレジスタ部へ一斉に電荷を転
送する。CCD電極６１，６２によるシリアルな
電荷転送は通常のCCD駆動方法と同様であるか
らその詳細は省略する。
あり、第３図の×−×での断面が第１、第２図に
相当する。受光部A′は蛇行状チヤンネルカツト
９により分離された複数の受光素子A″（前記の
ダイオード）を線状に配列した所謂ホトダイオー
ドアレイであつて、受光面にはホトゲート電極４
または窒化膜８が設けられ、周囲は光シールド電
極７で覆われている。この受光部Ａ，A′の光電
変換出力（電荷）は、両側のCCDシフトレジス
タ部B1，B2に白矢印イ，ロで示すように１ビツ
ト毎に振り分けられて読み出され、これらシフト
レジスタ部B1，B2内を白矢印ハ方向に転送され
て、出力ゲート１０１，１０２を介して増幅器１
１１，１１２に到り、ここで増幅されて出力01，
02として取り出される。尚シフトレジスタ部B1，
B2による電荷転送に先立ちトランスフアゲート
電極５１，５２に電圧を加え、該ゲートを開けて
受光部A′からCCDレジスタ部へ一斉に電荷を転
送する。CCD電極６１，６２によるシリアルな
電荷転送は通常のCCD駆動方法と同様であるか
らその詳細は省略する。
以上述べたことから明らかなように本発明のイ
メージセンサであれば、波長特性が向上すると共
に蓄積電荷量が大であるから、従来のイメージセ
ンサの有する矛盾した問題点を一挙に解決するこ
とができ、しかも同時にパシベーシヨンが行なわ
れる利点がある。
メージセンサであれば、波長特性が向上すると共
に蓄積電荷量が大であるから、従来のイメージセ
ンサの有する矛盾した問題点を一挙に解決するこ
とができ、しかも同時にパシベーシヨンが行なわ
れる利点がある。
第１図は従来のCCDイメージセンサの一例を
示す断面図、第２図は本発明の一実施列を示す断
面図、第３図はCCDラインセンサの平面図であ
る。 １……Ｐ型半導体層、２……Ｎ型拡散層、３…
…シリコン酸化膜、５１，５２……トランフアゲ
ート電極、６１，６２……CCD電極、７……光
シールド電極、８……シリコン窒化膜（絶縁
膜）、９……チヤネルカツト、１０１，１０２…
…出力ゲート、１１１，１１２……アンプ、
A′……受光部、B1，B2……CCDシフトレジスタ
部。
示す断面図、第２図は本発明の一実施列を示す断
面図、第３図はCCDラインセンサの平面図であ
る。 １……Ｐ型半導体層、２……Ｎ型拡散層、３…
…シリコン酸化膜、５１，５２……トランフアゲ
ート電極、６１，６２……CCD電極、７……光
シールド電極、８……シリコン窒化膜（絶縁
膜）、９……チヤネルカツト、１０１，１０２…
…出力ゲート、１１１，１１２……アンプ、
A′……受光部、B1，B2……CCDシフトレジスタ
部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光を投射されて発生したキヤリアを蓄積する
受光部および該受光部に沿つて配設されて蓄積キ
ヤリアを転送する電荷転送部を備えるCCDイメ
ージセンサにおいて、該受光部をPN接合を持つ
半導体基板、該基板上に形成された二酸化シリコ
ン膜、該二酸化シリコン膜上に形成されそして該
二酸化シリコン膜より電導度が良くかつ所定電位
を加えられる窒化シリコン膜で構成したことを特
徴とするイメージセンサ。 ２ 窒化シリコン膜が、電荷転送部等受光部以外
の表面を覆う光シールド電極に接続されたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイメージ
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10647278A JPS5533385A (en) | 1978-08-31 | 1978-08-31 | Image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10647278A JPS5533385A (en) | 1978-08-31 | 1978-08-31 | Image sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5533385A JPS5533385A (en) | 1980-03-08 |
| JPS6147031B2 true JPS6147031B2 (ja) | 1986-10-17 |
Family
ID=14434458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10647278A Granted JPS5533385A (en) | 1978-08-31 | 1978-08-31 | Image sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5533385A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642926U (ja) * | 1992-11-24 | 1994-06-07 | 美代子 星野 | 日避け野球帽 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2533371B1 (fr) * | 1982-09-21 | 1985-12-13 | Thomson Csf | Structure de grille pour circuit integre comportant des elements du type grille-isolant-semi-conducteur et procede de realisation d'un circuit integre utilisant une telle structure |
-
1978
- 1978-08-31 JP JP10647278A patent/JPS5533385A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642926U (ja) * | 1992-11-24 | 1994-06-07 | 美代子 星野 | 日避け野球帽 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5533385A (en) | 1980-03-08 |
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