JPS6329873B2 - - Google Patents

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JPS6329873B2
JPS6329873B2 JP56117302A JP11730281A JPS6329873B2 JP S6329873 B2 JPS6329873 B2 JP S6329873B2 JP 56117302 A JP56117302 A JP 56117302A JP 11730281 A JP11730281 A JP 11730281A JP S6329873 B2 JPS6329873 B2 JP S6329873B2
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JP
Japan
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photosensitive
conductivity type
vertical transfer
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Mitsuaki Takeshita
Masaharu Hamazaki
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Sony Corp
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Sony Corp
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Priority to US06/402,356 priority patent/US4460912A/en
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    • 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
    • H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/158—Charge-coupled device [CCD] image sensors having arrangements for blooming suppression
    • 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
    • H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送素子形成部を含んで構成され
た固体撮像装置に関し、特に、インターライン転
送型固体撮像素子の改良に関するものである。
電荷結合素子（チヤージ・カツプルド・デイバ
イス、以下CCDと呼ぶ）等の電荷転送素子の電
荷転送動作を応用して固体撮像素子には、大別し
て、フレーム転送型のものとインターライン転送
型のものとがあり、これら固体撮像素子は、小型
軽量、低消費電力、かつ、信頼性が高い撮像装
置、例えば、テレビジヨン・カメラを構成できる
ものとして、その発展が著るしい。しかしなが
ら、斯かる固体撮像素子には、上述の如くの長所
の反面、ブルーミング現象やスミア現象に関して
解決されるべき問題が存在している。
インターライン転送型固体撮像素子を取り上げ
ると、これは、通常、水平列及び垂直列を形成し
て配された複数の感光部、この感光部の垂直列に
沿つて配された複数列の垂直転送部及び感光部と
垂直転送部との間に形成された読出ゲート部を含
む受光・垂直転送部と、この受光・垂直転送部に
結合された水平転送部と、水平転送部に結合した
出力部とが、夫々、半導体基体上に形成されて構
成される。そして、これらの各部は、感光部は受
光により信号電荷を蓄積し、読出ゲート部はこの
信号電荷を各垂直帰線期間に相当する期間に垂直
転送部へ読み出し、垂直転送部は読み出された信
号電荷を各水平帰線期間に相当する期間ごとに順
次水平転送部へ転送し、水平転送部は垂直転送部
から転送されてくる信号電荷を各水平映像期間に
相当する期間に出力部へ転送し、出力部は転送さ
れてくる信号電荷にもとずく撮像出力信号を導出
するという夫々の機能を果す。
従来提案されている、CCD群で電荷の転送部
が形成された、インターライン転送型の固体撮像
素子、即ち、インターライン転送型CCD撮像素
子の受光・垂直転送部は図面の第１図に示される
如くの構造となつている。１はＰ形半導体基体
で、このＰ形半導体基体１上に、Ｎ形半導体領域
とされた感光部２、垂直転送部３及び感光部２に
於ける過剰電荷を排出するオーバーフロー・ドレ
イン部４が形成され、さらに、感光部２とオーバ
ーフロー・ドレイン部４との間のオーバーフロ
ー・ドレイン部４に対する電位障壁を定めるオー
バーフロー・コントロール・ゲート部５、及び各
単位画素を区分するためのチヤンネル・ストツプ
部６が、夫々、高不純物濃度のＰ形半導体領域と
して形成されている。また、Ｐ形半導体基体１の
上部表面部の感光部２と垂直転送部３との間は、
読出ゲート部７となつている。８は上述の各部の
上に設けられた絶縁層であり、この絶縁層８上
に、垂直転送部３、オーバーフロー・コントロー
ル・ゲート部５及び読出ゲート部７の位置に対応
して、垂直転送電極３ｅ、オーバーフロー・コン
トロール・ゲート電極５ｅ及び読出ゲート電極７
ｅが夫々設けられていて、これら電極に所定の転
送クロツク信号及びバイアス電圧が供給される。
斯かる構成に於いて、感光部２が受光により信
号電荷を蓄積し、一方、垂直転送部３が既に読み
出された信号電荷を各水平帰線期間に相当する期
間ごとに垂直電荷転送する受光期間には、第１図
に於いて、点線で囲まれて示される如くの空乏層
領域が形成される。ここで、DSは感光部２によ
る空乏層（散点図示）、DRは垂直転送部３による
空乏層及びDOはオーバーフロー・ドレイン部４
による空乏層である。この状態で、感光部２に入
射する光に応じた空乏層DS内での光電変換によ
り発生した電荷は、空乏層DSに存在する電界に
よつて感光部２の蓄積領域に集められて信号電荷
となる。しかし、感光部２への入射光のうち、空
乏層DSを越えてＰ形半導体期体１内の中性領域
に到達した光hνにもとずく光電変換により、こ
の中性領域に発生した電荷ｅは一部は感光部２の
蓄積部に流入して信号電荷となるが、他の一部空
乏層DR及び空乏層DOに入り、これら空乏層DR及
びDOに存在する電界により垂直転送部３及びオ
ーバーフロー・ドレイン部４へ、夫々、流入す
る。これら電荷ｅのうちオーバーフロー・ドレイ
ン部４へ流入したものはオーバーフロー・ドレイ
ン部４を通つて外部に排出されるが、垂直転送部
３へ流入したものは垂直転送部３の電荷転送動作
により転送されていく不用電荷となる。この垂直
転送部３に流入して転送されていく不用電荷が、
再生映像画面上に白い縦筋を生ぜしめる画面劣
化、即ち、スミア現象を生ぜしめるものとなり、
撮像出力信号の劣化を招くのである。
そこで本発明は、上述の如くのスミア現象を生
ぜしめないようにされた良質の撮像出力信号が得
られる、改良されたインターライン転送型固体撮
像素子を提供せんとするものである。以下、図面
の第２図以降を参照して本発明の実施例について
説明する。
第２図は本発明に係るインターライン転送型固
体撮像素子の受光・垂直転送部の構成の一例を示
す。同図に於いて、１１は第一導電形、例えば、
Ｐ形の半導体基体であり、このＰ形半導体基体１
１上に低不純物濃度の第二導電形、即ち、Ｎ形の
半導体層１１′が形成されている。このＮ形半導
体層１１′上に、複数の比較的高不純物濃度のＰ
形半導体領域１１ａが形成されている。さらに、
Ｎ形半導体層１１′上のＰ形半導体領域１１ａの
隣り合う２つの間の位置に感光部１２が、また、
Ｐ形半導体領域１１ａ内に垂直転送部１３と過剰
な信号電荷を排出するためのオーバーフロー・ド
レイン部１４とが互いに分離されて、夫々Ｎ形半
導体領域として形成されている。ここで、垂直転
送部１３及びオーバーフロー・ドレイン部１４を
囲むＰ形半導体領域１１ａのうちの、感光部１２
と垂直転送部１３とで挾まれる部分が読出ゲート
部１７を形成し、感光部１２とオーバーフロー・
ドレイン部１４とで挾まれる部分がオーバーフロ
ー・ドレイン部１４に対する電位障壁を定めるオ
ーバーフロー・コントロール・ゲート部１５を形
成し、さらに、垂直転送部１３とオーバーフロ
ー・ドレイン部１４とで挾まれる部分が各単位画
素を区分するチヤンネル・ストツプ部１６を形成
している。１８は上述の各部の上に配された絶縁
層であり、この絶縁層１８上に、垂直転送部１
３、オーバーフロー・コントロール・ゲート部１
５及び読出ゲート部１７の位置に対応して、垂直
転送電極１３ｅ、オーバーフロー・コントロー
ル・ゲート電極１５ｅ及び読出ゲート電極１７ｅ
が夫々設けられていて、これら各電極に所定の転
送クロツク信号及びバイアス電圧が供給される。
斯かる構成に於いて、感光部１２が入射光を受
けて信号電荷を蓄積し、また、垂直転送部１３が
既に読み出された信号電荷を各水平帰線期間に相
当する期間ごとに垂直電荷転送する受光期間に
は、第２図で、点線で囲まれて示される如くの空
乏層領域が形成される。即ち、感光部１２による
空乏層DS′（散点図示）は低不純物濃度のＮ形半
導体層１１′全体にわたり、さらに、これに隣接
する比較的高不純物濃度のＰ形半導体領域１１ａ
及びＰ形半導体基体１１内にＮ形半導体層１１′
との境界に沿つて入り込んで形成され、垂直転送
部１３による空乏層DR′及びオーバーフロー・ド
レイン部１４による空乏層DO′が、夫々、Ｐ形半
導体領域１１ａ内で垂直転送部１３の周囲及びオ
ーバーフロー・ドレイン部１４の周囲に形成され
ている。ここで注目すべきは、低不純物濃度のＮ
形半導体層１１′が配されていて、これが感光部
１２の電位により空乏層を形成しており、感光部
１２の下方に感光部１２の電位によつて支配され
る空乏層DS′が広く拡がつていること、及び垂直
転送部１３及びオーバーフロー・ドレイン部１４
が比較的高不純物濃度のＰ形半導体領域１１ａで
包囲され遮蔽されていることである。
この状態で、入射する光hν′に応じた光電変換
は、Ｎ形半導体層１１′を通り抜けてＰ形半導体
基体１１に到達する光のうちの一部に応じたもの
を除いて、ほとんどが空乏層DS′内で行われる。
この空乏層DS′内の光電変換により発生した電荷
は実質的に全て、空乏層DS′内に存在する、感光
部１２へ向う電位勾配をもつ電界によつて、感光
部１２の蓄積領域へ集められて信号電荷となり、
垂直転送部１３による空乏層DR′やオーバーフロ
ー・ドレイン部１４による空乏層DO′を介して垂
直転送部１３やオーバーフロー・ドレイン部１４
に流入することはない。またさらに、Ｐ形半導体
基体１１内の空乏層DS′外の中性領域に到達した
入射光にもとずく光電変換により、この中性領域
に発生した電荷も空乏層DS′に入つて感光部１２
の蓄積領域に集められたるだけで、空乏層DR′や
DO′に入ることはない。従つて、不用電荷が垂直
転送部１３に流入して転送されていくことがな
く、再生映像画面上で白い縦筋を生ぜしめるスミ
ア現象が除去されることになる。また、この場
合、中性領域に発生した電荷が空乏層DO′に入る
ことがなく、かつ、感光部１２による空乏層
DS′が極めて広く、深い領域にわたつているの
で、入射光にもとずく光電変換により発生する電
荷の信号電荷としての利用率が極めて高くなり、
高感度が得られる。
次に、上述の如くの、第２図に示される本発明
に係るインターライン転送型固体撮像素子の受
光・垂直転送部の構成例を得るための製造方法の
一例について、第３図を参照して述べる。
先ず、第３図Ａに示される如く、Ｐ形半導体基
体（不純物濃度は、例えば、５×1014cm-3程度）
１１の一面から例えば、燐（Ｐ）の、例えば、ド
ーズ量が2.5×1012cm-2程度の低濃度でのイオン注
入を行ない、高温・長時間の熱処理をして拡散さ
せ、低不純物濃度（例えば、1015cm-3程度）のＮ
形半導体層１１′を形成する。このＮ形半導体層
１１′の厚さは、例えば、2.5μｍ程度とされる。
次に、第３図Ｂに示される如く、Ｎ形半導体層１
１′の面上に感光部が形成されるべき位置に対応
させてマスク１９をかけ、マスク１９がかけられ
ていない部分から、例えば、ほう素（Ｂ）の、例
えば、ドーズ量を3.15×1012cm-2程度としてのイ
オン注入を行ない、例えば、1.5μｍの厚さに拡散
させて、比較的高不純物濃度（例えば、２×1016
cm-3程度）のＰ形半導体領域１１ａを形成する。
次に、第３図Ｃに示される如く、Ｐ形半導体領域
１１ａの面上に垂直転送部及びオーバーフロー・
ドレイン部が形成されるべき位置を除く他の位置
に対応させてマスク２０をかけるとともに、Ｎ形
半導体層１１′の面上のマスク１９を除去して、
マスク２０がかけられていない部分から、例え
ば、ひ素（As）の、例えば、ドーズ量を４×
1012cm-2程度としてのイオン注入を行い、例え
ば、0.5μｍ程度の厚さに拡散させて、夫々、感光
部１２、垂直転送部１３及びオーバーフロー・ド
レイン部１４となるＮ形半導体領域（不純物濃度
は、例えば、６×1016cm-3程度）を形成する。そ
の後、マスク２０を除去し、第３図には図示しな
いが、形成した各部及び領域の表面上を絶縁層１
８で覆い、この絶縁層１８上の所定の位置に、垂
直転送電極１３ｅ、オーバーフロー・コントロー
ル・ゲート電極１５ｅ、読出ゲート電極１７ｅ等
の各電極を配すことにより、第２図に示される構
成が得られる。
以上説明した例に於いては、オーバーフロー・
ドレイン部が形成されてり、これによる感光部に
於ける過剰な信号電荷の排出が行なわれて、ブレ
ーミング現象の確実な抑制がされるようになされ
ている。しかしながら、限られた単位画素部内に
オーバーフロー・ドレイン部及びオーバーフロ
ー・コントロール・ゲート部が配置されるため、
感光部や垂直転送部の表面の面積が減少せしめら
れることになる。
そこで、この点に関する対策として、上述の第
２図に示される例に於いて、オーバーフロー・ド
レイン部１４とその下方に位置するＰ形半導体領
域１１ａの一部分及びオーバーフロー・コントロ
ール・ゲート部１５をできるだけ厚さが小であ
る、即ち、薄い領域として形成して、オーバーフ
ロー・ドレイン部１４及びオーバーフロー・コン
トロール・ゲート部１５に入射する光に対する光
吸収が充分小となるようにし、実質的な感光部面
積の拡大をなすようにしてもよい。この場合に
は、オーバーフロー・ドレイン部１４及びオーバ
ーフロー・コントロール・ゲート部１５に入射し
た光は、多少の吸収を受けてこれらの部分を通過
し、その下方に拡がつた感光部１２による空乏層
DS′に到達して、そこでなされるこの光にもとず
く光電変換により発生した電荷が感光部１２の蓄
積領域へ集められて信号電荷の一部となる。従つ
て、実質的に感光部面積が拡大されたことにな
り、オーバーフロー・ドレイン部及びオーバーフ
ロー・コントロール・ゲート部が配されることに
よる感光部表面の面積の減少を補償し、感度を高
めることができる。
斯かる薄いオーバーフロー・ドレイン部及びオ
ーバーフロー・コントロール・ゲート部を得るた
めの一方法としては、第３図を参照して述べた如
くの製造方法に於いて、第３図Ｂに示されるＰ形
半導体領域１１ａの形成工程に於いて、このＰ形
半導体領域１１ａを、例えば0.5μｍ程度の薄い領
域に形成し、次の第３図Ｃに示される感光部１
２、垂直転送部１３及びオーバーフロー・ドレイ
ン部１４となるＮ形半導体領域を形成する工程に
於いて、これらの各Ｎ形半導体領域を0.2μｍ程度
の薄い領域として形成する。その後、オーバーフ
ロー・ドレイン部１４上及び隣接するオーバーフ
ロー・コントロール・ゲート部が形成されるＰ形
半導体領域１１ａの一部分上にのみシリコンナイ
トライド等の酸化に対するマスクをかけて、酸化
雰囲気中で、Ｐ形半導体領域１１ａを形成するほ
う素及びＮ形半導体領域（１２、１３及び１４）
を形成するひ素を拡散させると、マスクがかけら
れたオーバーフロー・ドレイン部１４及びオーバ
ーフロー・コントロール・ゲート部が形成される
領域に比して、マスクがかけられていない他の部
分の拡散が高められ、このマスクがかけられてい
ない他の部分に於けるＰ形半導体領域１１ａ及び
感光部１２及び垂直転送部１３を形成するＮ形半
導体領域のみが著るしく厚くなる。この結果、薄
いオーバーフロー・ドレイン部及びオーバーフロ
ー・コントロール・ゲート部を得ることができる
のである。
以上の本発明の実施例の説明から理解される如
く、本発明に係る固体撮像素子にあつては、感光
部に蓄積される信号電荷以外の受光により発生し
た電荷が垂直転送部に流入して転送されていくと
いうことがないので、これより、再生映像画面上
で白い縦筋を生ぜしめるスミア現象を伴うことの
ない良質な撮像出力信号を得ることができる。さ
らに、本発明に係る固体撮像素子は、入射光にも
とずく素子内での光電変換により発生する電荷
が、直接的にオーバーフロー・ドレイン部に流入
することがなく、その信号電荷としての利用率が
極めて高いので、高感度を有するものとなり、ま
た、感光部領域が実質的に拡大されることになる
ことから、感光部領域の縮小をはかることがで
き、これにより素子の小型化、あるいは、単位画
素数の増大による高解像度化を実現することがで
きる。
なお、本発明に係る固体撮像装置は上述の例に
示された構成の受光・垂直転送部を有するものに
限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々の具体的構成が与えられてよいこと勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のインターライン転送型固体撮像
素子の一部分を示す部分断面図、第２図は本発明
に係る固体撮像素子の要部の一例を示す部分断面
図、第３図は第２図に示される本発明に係る固体
撮像素子の要部の例を得るための製造方法を説明
するための工程図である。 図中、１１はＰ形半導体基体、１１′はＮ形半
導体層、１１ａはＰ形半導体領域、１２は感光
部、１３は垂直転送部、１４はオーバーフロー・
ドレイン部、１５はオーバーフロー・コントロー
ル・ゲート部、１６はチヤンネル・ストツプ部、
１７は読出ゲート部、１８は絶縁層、１９及び２
０はマスクである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第一導電形半導体基体と、 該第一導電形半導体基体に接して形成された低
    不純物濃度の第二導電形半導体層と、 各々が上記第二導電形半導体層に接するととも
    に相互に分離されて形成された複数の第一導電形
    半導体領域と、 該複数の第一導電形半導体領域の隣り合う２つ
    の間において上記第二導電形半導体層に接して形
    成され、受光により信号電荷を蓄積する感光部
    と、 上記第一導電形半導体領域内に形成され、上記
    感光部からの信号電荷を受けてそれを転送する電
    荷転送部と、 上記第一導電形半導体領域内に上記電荷転送部
    とは分離されて形成され、上記感光部からの過剰
    な信号電荷を排出するオーバーフロー・ドレイン
    部と、 を含んで構成された固体撮像素子。
JP56117302A 1981-07-27 1981-07-27 固体撮像素子 Granted JPS5819080A (ja)

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