JP2853778B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JP2853778B2 JP2853778B2 JP3039987A JP3998791A JP2853778B2 JP 2853778 B2 JP2853778 B2 JP 2853778B2 JP 3039987 A JP3039987 A JP 3039987A JP 3998791 A JP3998791 A JP 3998791A JP 2853778 B2 JP2853778 B2 JP 2853778B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodiode
- imaging device
- solid
- state imaging
- region
- 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 - Fee Related
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 29
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 25
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 25
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 description 5
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 101100166427 Arabidopsis thaliana CCD4 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラ等に広く利
用される固体撮像装置に関する。
用される固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像装置はビデオカメラ等に
広く利用されている。その固体撮像装置は小型化，高感
度化が達成されて低照度における撮像が可能となった
が、一方では低照度、特に暗時において光電変換部で発
生する暗電流による白キズが問題となっている。
広く利用されている。その固体撮像装置は小型化，高感
度化が達成されて低照度における撮像が可能となった
が、一方では低照度、特に暗時において光電変換部で発
生する暗電流による白キズが問題となっている。
【０００３】以下に従来の固体撮像装置について説明す
る。図２は従来の固体撮像装置の断面構造図である。図
２において、１はｎ型シリコン基板、２はｐ型ウエル、
３はｎ-型領域、４はｎ型領域、５はｐ+型領域、６はｐ
+型領域、７はｐ++型領域、８は絶縁膜、１０は２層目
のポリシリコン電極である。
る。図２は従来の固体撮像装置の断面構造図である。図
２において、１はｎ型シリコン基板、２はｐ型ウエル、
３はｎ-型領域、４はｎ型領域、５はｐ+型領域、６はｐ
+型領域、７はｐ++型領域、８は絶縁膜、１０は２層目
のポリシリコン電極である。
【０００４】以上のように構成された固体撮像装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、ｐ型ウエ
ル２の中に形成された光電変換部であるｎ-型領域（以
下、フォトダイオードと称する）３で、入射した光の強
度に応じて電子・正孔対生成により信号電荷が発生す
る。次に、２層目のポリシリコン電極１０にハイレベル
のパルスを印加することにより、読み出しポテンシャル
制御を行っているｐ+型領域５のポテンシャルを下げ、
信号電荷をすべて電荷転送を行うｎ型領域（以下、垂直
ＣＣＤと称する）４に移動させる。そこで、１層目のポ
リシリコン電極（図示せず）と２層目のポリシリコン電
極１０に各々ミドルレベルとローレベルのパルスを交互
に印加して信号電荷を順次垂直ＣＣＤ４内で転送する。
ここで、ｐ +型領域６は垂直ＣＣＤ４と隣接したフォト
ダイオード３間の電気的分離を行うものである。またｐ
++型領域７は、完全空乏化しているフォトダイオード３
の上に存在することによりフォトダイオード３の表面の
電位を例えばグランドレベルに固定した正孔蓄積層を形
成し、フォトダイオード３の上の界面順位で発生する雑
音電荷（暗電流）を低減する。
いて、以下その動作について説明する。まず、ｐ型ウエ
ル２の中に形成された光電変換部であるｎ-型領域（以
下、フォトダイオードと称する）３で、入射した光の強
度に応じて電子・正孔対生成により信号電荷が発生す
る。次に、２層目のポリシリコン電極１０にハイレベル
のパルスを印加することにより、読み出しポテンシャル
制御を行っているｐ+型領域５のポテンシャルを下げ、
信号電荷をすべて電荷転送を行うｎ型領域（以下、垂直
ＣＣＤと称する）４に移動させる。そこで、１層目のポ
リシリコン電極（図示せず）と２層目のポリシリコン電
極１０に各々ミドルレベルとローレベルのパルスを交互
に印加して信号電荷を順次垂直ＣＣＤ４内で転送する。
ここで、ｐ +型領域６は垂直ＣＣＤ４と隣接したフォト
ダイオード３間の電気的分離を行うものである。またｐ
++型領域７は、完全空乏化しているフォトダイオード３
の上に存在することによりフォトダイオード３の表面の
電位を例えばグランドレベルに固定した正孔蓄積層を形
成し、フォトダイオード３の上の界面順位で発生する雑
音電荷（暗電流）を低減する。
【０００５】以上説明した従来の固体撮像装置では、フ
ォトダイオード３の表面に形成したｐ++型領域７の電位
をグランドレベルに固定しているが、それ以前の固体撮
像装置では、フォトダイオード３の表面にｐ++型領域７
はなかった。そのような構造の固体撮像装置では完全空
乏化したフォトダイオード３の表面に酸化膜が存在する
ことになり、酸化膜とシリコン基板１の結晶性の乱れに
起因して発生する界面準位がフォトダイオード３の表面
に存在した。この界面準位は禁止帯中に分布し、例えば
１つの電子を放出して正に帯電するか中性になるドナー
型の振舞いを示す。このフォトダイオード３の表面のド
ナーで発生した電子（雑音電荷）が垂直ＣＣＤ４に読み
出され、暗電流として検出される。フォトダイオード３
の表面に界面準位が存在した場合その暗電流の程度は非
常に悪く、図２に示すｐ++型領域７をフォトダイオード
３の表面に形成した従来例に比べ約１０倍の値を示し
た。その場合、ｐ++型領域７の効果は、暗電流の値がフ
ォトダイオード３の表面のｐ ++型領域７の面積に依存す
るという結果より明確となった。したがって、暗電流を
低減するには、ｐ++型領域７の面積を拡大することが必
要である。
ォトダイオード３の表面に形成したｐ++型領域７の電位
をグランドレベルに固定しているが、それ以前の固体撮
像装置では、フォトダイオード３の表面にｐ++型領域７
はなかった。そのような構造の固体撮像装置では完全空
乏化したフォトダイオード３の表面に酸化膜が存在する
ことになり、酸化膜とシリコン基板１の結晶性の乱れに
起因して発生する界面準位がフォトダイオード３の表面
に存在した。この界面準位は禁止帯中に分布し、例えば
１つの電子を放出して正に帯電するか中性になるドナー
型の振舞いを示す。このフォトダイオード３の表面のド
ナーで発生した電子（雑音電荷）が垂直ＣＣＤ４に読み
出され、暗電流として検出される。フォトダイオード３
の表面に界面準位が存在した場合その暗電流の程度は非
常に悪く、図２に示すｐ++型領域７をフォトダイオード
３の表面に形成した従来例に比べ約１０倍の値を示し
た。その場合、ｐ++型領域７の効果は、暗電流の値がフ
ォトダイオード３の表面のｐ ++型領域７の面積に依存す
るという結果より明確となった。したがって、暗電流を
低減するには、ｐ++型領域７の面積を拡大することが必
要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、フォトダイオードのｎ-型領域を完全に
正孔蓄積層であるｐ++型領域で覆うと、２層目のポリシ
リコン電極にハイレベルの電圧を印加してもフォトダイ
オードの表面が例えばグランドレベルに固定されている
ため、ポリシリコン電極の直下のポテンシャルが変化せ
ず、フォトダイオード中の信号電荷を完全に垂直ＣＣＤ
へ読み出すことが困難となり、いわゆる残像が発生して
しまうという課題を有していた。この課題を解決するた
めに、フォトダイオード中の正孔蓄積層の面積を縮小
し、完全空乏化したｎ-型領域をシリコン基板の上にポ
リシリコンの読み出し電極の幅と同程度の長さで現出さ
せ、その現出したｎ-型領域を全部ポリシリコンの読み
出し電極で覆って信号電荷を読み出し易くする構造が提
案された。しかしながら、この構造のように残像対策と
して正孔蓄積層の面積を減少させると、逆に増加した界
面準位からフォトダイオードの表面で電子放出が起こ
り、暗電流が発生し、白キズの多い画像となってしまう
という課題を有していた。
来の構成では、フォトダイオードのｎ-型領域を完全に
正孔蓄積層であるｐ++型領域で覆うと、２層目のポリシ
リコン電極にハイレベルの電圧を印加してもフォトダイ
オードの表面が例えばグランドレベルに固定されている
ため、ポリシリコン電極の直下のポテンシャルが変化せ
ず、フォトダイオード中の信号電荷を完全に垂直ＣＣＤ
へ読み出すことが困難となり、いわゆる残像が発生して
しまうという課題を有していた。この課題を解決するた
めに、フォトダイオード中の正孔蓄積層の面積を縮小
し、完全空乏化したｎ-型領域をシリコン基板の上にポ
リシリコンの読み出し電極の幅と同程度の長さで現出さ
せ、その現出したｎ-型領域を全部ポリシリコンの読み
出し電極で覆って信号電荷を読み出し易くする構造が提
案された。しかしながら、この構造のように残像対策と
して正孔蓄積層の面積を減少させると、逆に増加した界
面準位からフォトダイオードの表面で電子放出が起こ
り、暗電流が発生し、白キズの多い画像となってしまう
という課題を有していた。
【０００７】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、残像がなく、かつ白キズのない固体撮像装置を提供
することを目的とする。
で、残像がなく、かつ白キズのない固体撮像装置を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板上
に、第２導電型の領域からなる光電変換部と、光電変換
部で生成された信号電荷を受け取り順次転送する第２導
電型の領域からなる転送部と、信号電荷を光電変換部か
ら転送部へ読み出して転送部中を電荷転送するための読
み出し電極とを備え、読み出し電極は、光電変換部の一
辺の一部上を覆うように信号電荷の読み出し側に突き出
し部が設けられ、第１導電型の領域からなる表面層が、
光電変換部の表面を突き出し部近傍を除いて覆うように
したものである。
に本発明の固体撮像装置は、第１導電型の半導体基板上
に、第２導電型の領域からなる光電変換部と、光電変換
部で生成された信号電荷を受け取り順次転送する第２導
電型の領域からなる転送部と、信号電荷を光電変換部か
ら転送部へ読み出して転送部中を電荷転送するための読
み出し電極とを備え、読み出し電極は、光電変換部の一
辺の一部上を覆うように信号電荷の読み出し側に突き出
し部が設けられ、第１導電型の領域からなる表面層が、
光電変換部の表面を突き出し部近傍を除いて覆うように
したものである。
【０００９】
【作用】この構成により、フォトダイオードから垂直Ｃ
ＣＤへ信号電荷が移動する方向に対して、読み出し電極
である２層目のポリシリコン電極の幅を縮小し、正孔蓄
積層の領域を増大させることにより、界面準位で発生し
た暗電流が原因で起こる白キズがなく、またフォトダイ
オードの上に一部２層目のポリシリコンが存在すること
により残像のない固体撮像装置が実現できる。
ＣＤへ信号電荷が移動する方向に対して、読み出し電極
である２層目のポリシリコン電極の幅を縮小し、正孔蓄
積層の領域を増大させることにより、界面準位で発生し
た暗電流が原因で起こる白キズがなく、またフォトダイ
オードの上に一部２層目のポリシリコンが存在すること
により残像のない固体撮像装置が実現できる。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１１】図１（ａ）は本発明の一実施例における固
体撮像装置の要部平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ
−Ａ′線で切断した断面図である。図１において、１は
ｎ型シリコン基板、２はｐ型ウエル、３はｎ-型領域
（フォトダイオード）、４はｎ型領域（垂直ＣＣＤ）、
５はフォトダイオード３から垂直ＣＣＤ４へ信号電荷を
読み出す時に読み出しポテンシャル制御を行うｐ+型領
域、６は垂直ＣＣＤ４と隣接したフォトダイオード３と
の間の電気的分離を行うｐ+型領域、７ａは正孔蓄積層
であるｐ++型領域、８は絶縁膜、９は１層目のポリシリ
コン電極、１０ａはフォトダイオード３から垂直ＣＣＤ
４へ信号電荷を読み出すための読み出し電極を構成する
２層目のポリシリコン電極である。
体撮像装置の要部平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ
−Ａ′線で切断した断面図である。図１において、１は
ｎ型シリコン基板、２はｐ型ウエル、３はｎ-型領域
（フォトダイオード）、４はｎ型領域（垂直ＣＣＤ）、
５はフォトダイオード３から垂直ＣＣＤ４へ信号電荷を
読み出す時に読み出しポテンシャル制御を行うｐ+型領
域、６は垂直ＣＣＤ４と隣接したフォトダイオード３と
の間の電気的分離を行うｐ+型領域、７ａは正孔蓄積層
であるｐ++型領域、８は絶縁膜、９は１層目のポリシリ
コン電極、１０ａはフォトダイオード３から垂直ＣＣＤ
４へ信号電荷を読み出すための読み出し電極を構成する
２層目のポリシリコン電極である。
【００１２】まず、ｎ型シリコン基板１にフォトダイオ
ード３，垂直ＣＣＤ４、１層目のポリシリコン電極９お
よび従来例とは形状の異なる２層目のポリシリコン電極
１０ａを形成する。２層目のポリシリコン電極１０ａ
は、フォトダイオード３から垂直ＣＣＤ４へ信号電荷を
読み出す方向の幅を例えば従来例の１／３以下に設定し
ている。逆の見方をすれば、２層目のポリシリコン電極
１０ａの一部がフォトダイオード３の上に突き出した形
状（以下突き出しと称する）になっている。フォトダイ
オード３の上への突き出しがない領域での２層目のポリ
シリコン電極１０ａの長さ（信号電荷の移動方向に対す
るゲート電極長）は、１層目のポリシリコン電極９と同
程度であり、また２層目のポリシリコン電極１０ａが形
成されていない領域の下部にもフォトダイオード３が存
在する。また、２層目のポリシリコン電極１０ａが形成
されていない領域では正孔蓄積層であるｐ++型領域７ａ
が完全にフォトダイオード３の上を覆っており、ｐ++型
領域７ａがフォトダイオード３の上を覆っていない領域
の面積は従来例の１／３以下になっている。２層目のポ
リシリコン電極１０ａに従来例と同じハイレベルのパル
ス電圧を印加した場合、突き出しの面積が減少している
にもかかわらず、残像は従来例と同一の測定限界以下
（０％）で、フォトダイオード３の上のｐ++型領域７ａ
が増加したことにより白キズ不良の発生による歩留まり
低下は従来方法と比較して約１／３に低減する。
ード３，垂直ＣＣＤ４、１層目のポリシリコン電極９お
よび従来例とは形状の異なる２層目のポリシリコン電極
１０ａを形成する。２層目のポリシリコン電極１０ａ
は、フォトダイオード３から垂直ＣＣＤ４へ信号電荷を
読み出す方向の幅を例えば従来例の１／３以下に設定し
ている。逆の見方をすれば、２層目のポリシリコン電極
１０ａの一部がフォトダイオード３の上に突き出した形
状（以下突き出しと称する）になっている。フォトダイ
オード３の上への突き出しがない領域での２層目のポリ
シリコン電極１０ａの長さ（信号電荷の移動方向に対す
るゲート電極長）は、１層目のポリシリコン電極９と同
程度であり、また２層目のポリシリコン電極１０ａが形
成されていない領域の下部にもフォトダイオード３が存
在する。また、２層目のポリシリコン電極１０ａが形成
されていない領域では正孔蓄積層であるｐ++型領域７ａ
が完全にフォトダイオード３の上を覆っており、ｐ++型
領域７ａがフォトダイオード３の上を覆っていない領域
の面積は従来例の１／３以下になっている。２層目のポ
リシリコン電極１０ａに従来例と同じハイレベルのパル
ス電圧を印加した場合、突き出しの面積が減少している
にもかかわらず、残像は従来例と同一の測定限界以下
（０％）で、フォトダイオード３の上のｐ++型領域７ａ
が増加したことにより白キズ不良の発生による歩留まり
低下は従来方法と比較して約１／３に低減する。
【００１３】なお本実施例においては、２層目のポリシ
リコン電極１０ａの突き出しの面積を従来例の１／３以
下程度に設定したが、その突き出しの面積を従来の２／
３，１／２，１／３と減少させるに従い、白キズ不良の
発生率は減少している。したがって、その突き出しの面
積を例えば従来例の１／４程度の最適な面積に設定する
ことにより、白キズ不良のない固体撮像装置の実現が可
能である。
リコン電極１０ａの突き出しの面積を従来例の１／３以
下程度に設定したが、その突き出しの面積を従来の２／
３，１／２，１／３と減少させるに従い、白キズ不良の
発生率は減少している。したがって、その突き出しの面
積を例えば従来例の１／４程度の最適な面積に設定する
ことにより、白キズ不良のない固体撮像装置の実現が可
能である。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明は、フォトダイオー
ドから垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出す２層目のポリシ
リコン電極の電極の幅を短縮して、フォトダイオード上
の正孔蓄積層の面積を増大させることにより、白キズの
個数およびその出力値を大幅に低減することができ、ま
たフォトダイオードの上に２層目のポリシリコン電極の
一部が突き出しているため測定限界以下の残像特性で信
号電荷を読み出すことができる優れた固体撮像装置を実
現することができる。
ドから垂直ＣＣＤへ信号電荷を読み出す２層目のポリシ
リコン電極の電極の幅を短縮して、フォトダイオード上
の正孔蓄積層の面積を増大させることにより、白キズの
個数およびその出力値を大幅に低減することができ、ま
たフォトダイオードの上に２層目のポリシリコン電極の
一部が突き出しているため測定限界以下の残像特性で信
号電荷を読み出すことができる優れた固体撮像装置を実
現することができる。
【図１】（ａ）は本発明の一実施例における固体撮像装
置の要部平面図 （ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ′線で切断した断面図
置の要部平面図 （ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ′線で切断した断面図
【図２】従来の固体撮像装置の断面図
１ ｎ型シリコン基板（半導体基板） ２ ｐ型ウエル（ｐ型領域） ３ ｎ-型領域（光電変換部） ４ ｎ型領域（転送部） ７ａ ｐ++型領域（ｐ型領域） １０ａ ２層目のポリシリコン電極（読み出し電極）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−30183（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126778（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に、第２導電
型の領域からなる光電変換部と、前記光電変換部で生成
された信号電荷を受け取り順次転送する第２導電型の領
域からなる転送部と、前記信号電荷を前記光電変換部か
ら前記転送部へ読み出して前記転送部中を電荷転送する
ための読み出し電極とを備えた固体撮像装置において、
前記読み出し電極は、前記光電変換部の一辺の一部上を
覆うように信号電荷の読み出し側に突き出し部が設けら
れ、第１導電型の領域からなる表面層が、前記光電変換
部の表面を前記突き出し部近傍を除いて覆うことを特徴
とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039987A JP2853778B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039987A JP2853778B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04277679A JPH04277679A (ja) | 1992-10-02 |
| JP2853778B2 true JP2853778B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=12568296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3039987A Expired - Fee Related JP2853778B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2853778B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP3039987A patent/JP2853778B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04277679A (ja) | 1992-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100371457B1 (ko) | 암전류 감소 가드링 | |
| JP2781425B2 (ja) | 固体撮像装置の製造方法 | |
| JPH0318793B2 (ja) | ||
| JP2755176B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP2003031787A (ja) | 固体撮像素子及びその駆動方法 | |
| JP2009181986A (ja) | 固体撮像素子および固体撮像装置 | |
| JP3359258B2 (ja) | 光電変換装置及びそれを用いたイメージセンサ、画像読取装置 | |
| JP2816824B2 (ja) | Ｃｃｄ固体撮像素子 | |
| JPS5822901B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JPH06181302A (ja) | Ｃｃｄ映像素子 | |
| JPH0778959A (ja) | 固体撮像素子 | |
| US20060042677A1 (en) | Solid-state image pickup device | |
| JP2853778B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| KR960001182B1 (ko) | 고체 촬상 소자 | |
| JPH01135184A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JPH0430192B2 (ja) | ||
| JPS6351545B2 (ja) | ||
| JPH05243549A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JPH0650774B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| KR0172853B1 (ko) | 씨씨디 고체촬상소자 | |
| JPH02181470A (ja) | 固体撮像素子 | |
| KR830000197B1 (ko) | 고체 촬상장치 | |
| JPS639753B2 (ja) | ||
| JPH0347624B2 (ja) | ||
| JPH04316366A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |