JPH06151808A - 電荷転送装置および固体撮像素子 - Google Patents
電荷転送装置および固体撮像素子Info
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- JPH06151808A JPH06151808A JP5098430A JP9843093A JPH06151808A JP H06151808 A JPH06151808 A JP H06151808A JP 5098430 A JP5098430 A JP 5098430A JP 9843093 A JP9843093 A JP 9843093A JP H06151808 A JPH06151808 A JP H06151808A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
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- H01L29/1062—Channel region of field-effect devices of charge coupled devices
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 多種の光を検出できる高集積型電荷転送装置
および固体撮像素子を提供することにある。 【構成】 第１導電型半導体基板３１としてｐ型シリコ
ン基板が使用され、第２導電型埋込チャネル領域３２と
してｎ型シリコン層、第１導電型表面チャネル領域３３
としてｐ型シリコン層が使用された。表面チャネル領域
３３であるｐ型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜３４
として形成され、さらにその上に複数の転送電極３５と
して多結晶シリコン層が形成される。ここで３６は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、３７は価電子帯のポ
テンシャルプロファイルを、３８は多数の転送電極３５
としての多結晶シリコン層に印加される電圧を示す。
および固体撮像素子を提供することにある。 【構成】 第１導電型半導体基板３１としてｐ型シリコ
ン基板が使用され、第２導電型埋込チャネル領域３２と
してｎ型シリコン層、第１導電型表面チャネル領域３３
としてｐ型シリコン層が使用された。表面チャネル領域
３３であるｐ型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜３４
として形成され、さらにその上に複数の転送電極３５と
して多結晶シリコン層が形成される。ここで３６は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、３７は価電子帯のポ
テンシャルプロファイルを、３８は多数の転送電極３５
としての多結晶シリコン層に印加される電圧を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送装置および固
体撮像素子に関し、特に高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
で信号電荷を転送すると共に、暗電流の発生を防止でき
る電荷転送装置および固体撮像素子に関する。
体撮像素子に関し、特に高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
で信号電荷を転送すると共に、暗電流の発生を防止でき
る電荷転送装置および固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高い信号対雑音比を有する電荷転
送装置として、ＣＣＤが利用されており、特にこのＣＣ
Ｄは固体撮像素子に利用されている。ＣＣＤはチャネル
領域の構造にしたがって表面チャネルＣＣＤと、埋込チ
ャネルＣＣＤとに区分される。
送装置として、ＣＣＤが利用されており、特にこのＣＣ
Ｄは固体撮像素子に利用されている。ＣＣＤはチャネル
領域の構造にしたがって表面チャネルＣＣＤと、埋込チ
ャネルＣＣＤとに区分される。
【０００３】図１および図２は各々表面チャネルＣＣ
Ｄ、および埋込チャネルＣＣＤの断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示す図である。６は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、７は価電子帯のポテ
ンシャルプロファイルを示す。図１のような表面チャネ
ルＣＣＤでは、多結晶シリコンの転送電極５に印加する
電圧８によりｐ型シリコン基板２ａの表面の導電型をｎ
型に反転させることにより、チャネル領域を形成する。
この場合、チャネル領域において、ポテンシャルがもっ
と大きい部位はｐ型シリコン基板２ａと第１電極絶縁膜
４との境界で、その境界では、ポテンシャルプロファイ
ルと転送された信号電荷との相互作用が活発に生ずるの
で、信号電荷の転送効率が低下され、信号対雑音比（Ｓ
／Ｎ比）も低下される結果を招来する。
Ｄ、および埋込チャネルＣＣＤの断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示す図である。６は電導
帯のポテンシャルプロファイルを、７は価電子帯のポテ
ンシャルプロファイルを示す。図１のような表面チャネ
ルＣＣＤでは、多結晶シリコンの転送電極５に印加する
電圧８によりｐ型シリコン基板２ａの表面の導電型をｎ
型に反転させることにより、チャネル領域を形成する。
この場合、チャネル領域において、ポテンシャルがもっ
と大きい部位はｐ型シリコン基板２ａと第１電極絶縁膜
４との境界で、その境界では、ポテンシャルプロファイ
ルと転送された信号電荷との相互作用が活発に生ずるの
で、信号電荷の転送効率が低下され、信号対雑音比（Ｓ
／Ｎ比）も低下される結果を招来する。
【０００４】しかし、図２に示した埋込チャネルＣＣＤ
はもっと高いポテンシャルがｐ型シリコン基板２ａ内に
あるので、その境界においてのポテンシャルと転送され
た信号電荷の相互作用の頻度数が低下される。したがっ
て、埋込チャネルＣＣＤは表面チャネルＣＣＤより信号
対雑音比は高いが、同一条件下においての電荷転送の容
量は表面チャネルＣＣＤより低い。図２においても、や
はり６は電導帯のポテンシャルプロファイルを、７は価
電子帯のポテンシャルプロファイルを、かつ、８は転送
電極５に印加される電圧を示す。表面チャネルＣＣＤお
よび埋込チャネルＣＣＤにおいて、暗電流発生の主要原
因は、ｐ型シリコン基板２ａと第１絶縁膜４との境界に
おいてのポテンシャルにより発生される電荷である。
はもっと高いポテンシャルがｐ型シリコン基板２ａ内に
あるので、その境界においてのポテンシャルと転送され
た信号電荷の相互作用の頻度数が低下される。したがっ
て、埋込チャネルＣＣＤは表面チャネルＣＣＤより信号
対雑音比は高いが、同一条件下においての電荷転送の容
量は表面チャネルＣＣＤより低い。図２においても、や
はり６は電導帯のポテンシャルプロファイルを、７は価
電子帯のポテンシャルプロファイルを、かつ、８は転送
電極５に印加される電圧を示す。表面チャネルＣＣＤお
よび埋込チャネルＣＣＤにおいて、暗電流発生の主要原
因は、ｐ型シリコン基板２ａと第１絶縁膜４との境界に
おいてのポテンシャルにより発生される電荷である。
【０００５】最近、半導体材料の開発、製造工程の清潔
化および光検出部構造の結果により、暗電流を６０℃の
高温条件下においても、１ｎＡ／cm2 程低減することが
できることはよく知られている。しかし、日に日に固体
撮像素子の小型化乃至高感度化が要求されるので、これ
により、標準信号電荷量が低下する傾向であるので、こ
のような値も不充分なこととなる。また、素子集積化に
したがってチャネル領域の幅は狭いので、狭帯（narro
w）チャネル効果が大きく発生された。したがって、Ｃ
ＣＤにおいて取扱いされる信号電荷量が低減された。取
扱い電荷量を増加させる方法として、ＣＣＤ駆動電圧と
してプラス電圧およびマイナス電圧を利用する方法が有
効であるが、従来このような方法は暗電流が増加される
問題がある。このため、暗電流が問題となる低速駆動Ｃ
ＣＤの場合には、駆動電圧として暗電流が発生されない
マイナス電圧（すなわち、信号電荷が電子である場合）
のみが利用されている。
化および光検出部構造の結果により、暗電流を６０℃の
高温条件下においても、１ｎＡ／cm2 程低減することが
できることはよく知られている。しかし、日に日に固体
撮像素子の小型化乃至高感度化が要求されるので、これ
により、標準信号電荷量が低下する傾向であるので、こ
のような値も不充分なこととなる。また、素子集積化に
したがってチャネル領域の幅は狭いので、狭帯（narro
w）チャネル効果が大きく発生された。したがって、Ｃ
ＣＤにおいて取扱いされる信号電荷量が低減された。取
扱い電荷量を増加させる方法として、ＣＣＤ駆動電圧と
してプラス電圧およびマイナス電圧を利用する方法が有
効であるが、従来このような方法は暗電流が増加される
問題がある。このため、暗電流が問題となる低速駆動Ｃ
ＣＤの場合には、駆動電圧として暗電流が発生されない
マイナス電圧（すなわち、信号電荷が電子である場合）
のみが利用されている。
【０００６】図３は電荷転送装置としてインタライント
ラスファ方式のＣＣＤを使用したカラー固体撮像素子の
１つの画素に該当する断面を示したものである。図３に
よれば、色信号を出力させるために赤色、緑色、青色の
フィルター層２２ａ−２２ｃをホトダイオード１３の上
側に形成する。また図３によれば、ある種類の光検出素
子（たとえば、Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード）１３が使
用される。
ラスファ方式のＣＣＤを使用したカラー固体撮像素子の
１つの画素に該当する断面を示したものである。図３に
よれば、色信号を出力させるために赤色、緑色、青色の
フィルター層２２ａ−２２ｃをホトダイオード１３の上
側に形成する。また図３によれば、ある種類の光検出素
子（たとえば、Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード）１３が使
用される。
【０００７】しかし、赤色フィルター、緑色フィルタ
ー、青色フィルターのようなカラーフィルターは、所望
する色以外の光は吸収し、所望する特定の波長の光のみ
を選択的に透過させるので、光の利用効率面においては
よくない。したがって、より高効率のカラー固体撮像素
子を実現するには、各々異なる波長帯域を有する赤色信
号、青色信号および緑色信号を同時に得る技術を必要と
する。しかし従来技術によれば、受信した光から各々異
なる波長帯域を有する色信号を得られる単一の固体撮像
素子を実現することは不可能であった。図３において、
符号１はｎ型シリコン基板、２ｂはｐ型ウェル基板、４
は第１電極絶縁膜、１０はチャネルストップ領域、２
１，２３は平坦化層、２５はｐ型ホール蓄積層、２６は
光遮断層、２７は第１多結晶シリコン転送電極、２８は
第２多結晶シリコン転送電極、２９は第２電極絶縁膜を
各々示す。
ー、青色フィルターのようなカラーフィルターは、所望
する色以外の光は吸収し、所望する特定の波長の光のみ
を選択的に透過させるので、光の利用効率面においては
よくない。したがって、より高効率のカラー固体撮像素
子を実現するには、各々異なる波長帯域を有する赤色信
号、青色信号および緑色信号を同時に得る技術を必要と
する。しかし従来技術によれば、受信した光から各々異
なる波長帯域を有する色信号を得られる単一の固体撮像
素子を実現することは不可能であった。図３において、
符号１はｎ型シリコン基板、２ｂはｐ型ウェル基板、４
は第１電極絶縁膜、１０はチャネルストップ領域、２
１，２３は平坦化層、２５はｐ型ホール蓄積層、２６は
光遮断層、２７は第１多結晶シリコン転送電極、２８は
第２多結晶シリコン転送電極、２９は第２電極絶縁膜を
各々示す。
【０００８】図４は１つの半導体基板上に、互いに異な
る２つの分光感度を有する固体撮像素子の略構成ブロッ
ク図であり、図５は図４中、１つの画素部に該当する断
面図である。図５において、第１光検出素子は可視領域
用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード１３であり、第２光検出
素子は積外線用ショットキーバリアダイオード１２であ
る。ショットキーバリアダイオード１２の物質としてＰ
ｔＳｉが使用される。図５において符号２ｂ，４，１
０，２９は図３と同一である。図４において、可視領域
の光検出素子１３および赤外線領域の第１光検出素子１
２から各々独立的に信号電荷を読み取るために可視領域
の光信号電荷を転送する第２垂直ＣＣＤ１４ａおよび赤
外線領域の光信号電荷を転送する第２垂直ＣＣＤ１４ｂ
が設けられる。また、第１垂直ＣＣＤ１４ａからの可視
領域の光信号電荷を出力側に転送する第１水平ＣＣＤ１
７ａおよび第２垂直ＣＣＤ１４ｂからの赤外線領域の光
信号電荷を出力側に転送する第２水平ＣＣＤ１７ｂが設
けられる。２９ａは第１水平ＣＣＤ１７ａおよび第２水
平ＣＣＤ１７ｂを電気的に分離するための絶縁膜であ
る。
る２つの分光感度を有する固体撮像素子の略構成ブロッ
ク図であり、図５は図４中、１つの画素部に該当する断
面図である。図５において、第１光検出素子は可視領域
用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード１３であり、第２光検出
素子は積外線用ショットキーバリアダイオード１２であ
る。ショットキーバリアダイオード１２の物質としてＰ
ｔＳｉが使用される。図５において符号２ｂ，４，１
０，２９は図３と同一である。図４において、可視領域
の光検出素子１３および赤外線領域の第１光検出素子１
２から各々独立的に信号電荷を読み取るために可視領域
の光信号電荷を転送する第２垂直ＣＣＤ１４ａおよび赤
外線領域の光信号電荷を転送する第２垂直ＣＣＤ１４ｂ
が設けられる。また、第１垂直ＣＣＤ１４ａからの可視
領域の光信号電荷を出力側に転送する第１水平ＣＣＤ１
７ａおよび第２垂直ＣＣＤ１４ｂからの赤外線領域の光
信号電荷を出力側に転送する第２水平ＣＣＤ１７ｂが設
けられる。２９ａは第１水平ＣＣＤ１７ａおよび第２水
平ＣＣＤ１７ｂを電気的に分離するための絶縁膜であ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術は第１種類と第２種類の光検出素子に対し
て各々独立的な信号電荷転送経路（すなわち、第１垂直
ＣＣＤおよび第２垂直ＣＣＤ、第１水平ＣＣＤおよび第
２水平ＣＣＤ）を必要とする。したがって、各信号電荷
転送経路を１つの装置に、共に集積化しなければならな
い問題がある。
うな従来技術は第１種類と第２種類の光検出素子に対し
て各々独立的な信号電荷転送経路（すなわち、第１垂直
ＣＣＤおよび第２垂直ＣＣＤ、第１水平ＣＣＤおよび第
２水平ＣＣＤ）を必要とする。したがって、各信号電荷
転送経路を１つの装置に、共に集積化しなければならな
い問題がある。
【００１０】本発明は前記従来の問題点を解消するため
のもので、暗電流の発生を減少できる電荷転送装置およ
び固体撮像素子を提供することにその目的がある。本発
明の他の目的は、カラーフィルター層を使用しない分光
機能を有する電荷転送装置および固体撮像素子を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は、多種の光を
検出できる高集積型電荷転送装置および固体撮像素子を
提供することにある。
のもので、暗電流の発生を減少できる電荷転送装置およ
び固体撮像素子を提供することにその目的がある。本発
明の他の目的は、カラーフィルター層を使用しない分光
機能を有する電荷転送装置および固体撮像素子を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は、多種の光を
検出できる高集積型電荷転送装置および固体撮像素子を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、表面内に形成された埋込チャネ
ル領域上に、埋込チャネル領域とは反対の導電性を有す
る表面チャネル領域を形成することにより、埋込チャネ
ル領域と表面チャネル領域とが積層された２層構造の信
号電荷転送経路を有する電荷転送装置および固体撮像素
子を実現することにその目的がある。すなわち、本発明
によれば、積層されたチャネル領域中、表面チャネル領
域を基板とゲート絶縁膜との境界より発生する暗電流を
蓄積し排出することに利用し、埋込チャネル領域は光信
号電荷を転送することに利用することにより、暗電流が
低く、かつ高い信号対雑音比を有する固体撮像素子が実
現され、転送電極（またはゲート電極）にマイナスのみ
ならずプラス駆動電圧を印加しても暗電流が増加されな
く、転送される信号電荷量を最大に増加させることがで
きる。
めに、本発明によれば、表面内に形成された埋込チャネ
ル領域上に、埋込チャネル領域とは反対の導電性を有す
る表面チャネル領域を形成することにより、埋込チャネ
ル領域と表面チャネル領域とが積層された２層構造の信
号電荷転送経路を有する電荷転送装置および固体撮像素
子を実現することにその目的がある。すなわち、本発明
によれば、積層されたチャネル領域中、表面チャネル領
域を基板とゲート絶縁膜との境界より発生する暗電流を
蓄積し排出することに利用し、埋込チャネル領域は光信
号電荷を転送することに利用することにより、暗電流が
低く、かつ高い信号対雑音比を有する固体撮像素子が実
現され、転送電極（またはゲート電極）にマイナスのみ
ならずプラス駆動電圧を印加しても暗電流が増加されな
く、転送される信号電荷量を最大に増加させることがで
きる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説
明する。まず、図６は、本発明による電荷転送装置（す
なわちＣＣＤ）を概略的に説明するための説明図で、信
号電荷を転送するチャネル領域の断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示すものである。図７
は、本発明によるＣＣＤの断面図である。図７におい
て、第１導電型半導体基板３１としてｐ型シリコン基板
が使用され、第２導電型埋込チャネル領域３２としてｎ
型シリコン層、第１導電型表面チャネル領域３３として
ｐ型シリコン層が使用された。表面チャネル領域３３で
あるｐ型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜３４として
形成され、さらにその上に複数の転送電極３５として多
結晶シリコン層が形成される。
明する。まず、図６は、本発明による電荷転送装置（す
なわちＣＣＤ）を概略的に説明するための説明図で、信
号電荷を転送するチャネル領域の断面と、その断面によ
るポテンシャルプロファイルを示すものである。図７
は、本発明によるＣＣＤの断面図である。図７におい
て、第１導電型半導体基板３１としてｐ型シリコン基板
が使用され、第２導電型埋込チャネル領域３２としてｎ
型シリコン層、第１導電型表面チャネル領域３３として
ｐ型シリコン層が使用された。表面チャネル領域３３で
あるｐ型シリコン層上に酸化膜が電極絶縁膜３４として
形成され、さらにその上に複数の転送電極３５として多
結晶シリコン層が形成される。
【００１３】ここで３６は電導帯のポテンシャルプロフ
ァイルを、３７は価電子帯のポテンシャルプロファイル
を、３８は多数の転送電極３５としての多結晶シリコン
層に印加される電圧を示す。図７に示すように、１つの
表面チャネル領域３３と１つの埋込チャネル領域３２と
からなる各チャネル領域は、チャネルストップ領域３９
であるｐ+ 型シリコン領域によって電気的に分離され
る。ここで符号＋は高濃度の不純物を示す。表面チャネ
ル領域３３の信号電荷を排出し、ノイズおよび暗電流が
ない信号電荷を埋込チャネル領域より読み取るために
は、表面チャネル領域３３および埋込チャネル領域３２
からそれぞれ独立的に信号電荷を出力させる必要があ
る。このような構造を図８に示す。
ァイルを、３７は価電子帯のポテンシャルプロファイル
を、３８は多数の転送電極３５としての多結晶シリコン
層に印加される電圧を示す。図７に示すように、１つの
表面チャネル領域３３と１つの埋込チャネル領域３２と
からなる各チャネル領域は、チャネルストップ領域３９
であるｐ+ 型シリコン領域によって電気的に分離され
る。ここで符号＋は高濃度の不純物を示す。表面チャネ
ル領域３３の信号電荷を排出し、ノイズおよび暗電流が
ない信号電荷を埋込チャネル領域より読み取るために
は、表面チャネル領域３３および埋込チャネル領域３２
からそれぞれ独立的に信号電荷を出力させる必要があ
る。このような構造を図８に示す。
【００１４】図８ないし図１０は、本発明による電荷転
送装置を示すものである。図８および図９に示すよう
に、掃引出力（ｓｗｅｅｐ ｏｕｔ）用電極（またはゲ
ート電極）３５ｈにより表面チャネル領域３３からの暗
電流を排出させる掃引出力ドレーン４０ａが電荷転送経
路の中間部分に設けられる。図８および図１０に示すよ
うに、信号電荷の注入のために信号電荷注入用電極３５
ａおよび信号電荷注入用ソース４０ｂが設けられ、転送
電極３５ｊにより埋込チャネル領域３２からの信号電荷
を検出するフローティンブ拡散領域４０ｃが設けられ
る。この時、表面チャネル領域３３には信号電荷が注入
しないので信号電荷注入用電極３５ａは埋込チャネル領
域３２上のみ形成される。ここで、符号３５ｂ−３５
ｉ，３５ｊは図６における複数の転送電極を示す。
送装置を示すものである。図８および図９に示すよう
に、掃引出力（ｓｗｅｅｐ ｏｕｔ）用電極（またはゲ
ート電極）３５ｈにより表面チャネル領域３３からの暗
電流を排出させる掃引出力ドレーン４０ａが電荷転送経
路の中間部分に設けられる。図８および図１０に示すよ
うに、信号電荷の注入のために信号電荷注入用電極３５
ａおよび信号電荷注入用ソース４０ｂが設けられ、転送
電極３５ｊにより埋込チャネル領域３２からの信号電荷
を検出するフローティンブ拡散領域４０ｃが設けられ
る。この時、表面チャネル領域３３には信号電荷が注入
しないので信号電荷注入用電極３５ａは埋込チャネル領
域３２上のみ形成される。ここで、符号３５ｂ−３５
ｉ，３５ｊは図６における複数の転送電極を示す。
【００１５】図８ないし図１０に示すように、電荷転送
装置（すなわちＣＣＤ）は、第１導電型半導体基板３
１；第１導電型半導体基板３１の表面に形成された第１
導電型表面チャネル領域３３；表面チャネル領域３３の
下側に形成され、一側部が表面チャネル領域３３より長
く形成された第２導電型の埋込チャネル領域３２；半導
体基板の全表面に形成された電極絶縁膜３４；半導体基
板の表面において表面チャネル領域３３より長く形成さ
れた埋込チャネル領域３２の一側部と接触されるように
形成される信号電荷注入用ソース４０ｂ；半導体基板の
表面において埋込チャネル領域３２の他側部と接触され
るように形成され、信号電荷を検出するためのフローテ
ィング拡散（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）
ゾーン４０ｃ；半導体基板３１の表面において前記表面
チャネル領域３３の他側面と一定距離をおいて形成さ
れ、表面チャネル領域３３に蓄積された暗電流を排出さ
せるための掃引出力ドレーン４０ａ；電極絶縁膜３４の
表面の表面チャネル領域３３より長く形成された埋込チ
ャネル領域３２の一側部の上に形成され、信号電荷を埋
込チャネル領域３２に注入するための信号電荷注入用電
極３５ａ；電極絶縁膜３４の表面の、表面チャネル領域
３３と掃引出力ドレーン４０ａとの間の該当する部分に
形成され、表面チャネル領域３３の他側部から掃引出力
ドレーン４０ａに暗電流を伝達するための掃引出力用電
極３５ｈ；かつ、電極絶縁膜３４の表面の表面チャネル
領域３３の上側に該当する部分の信号電荷注入用電極３
５ａと掃引出力ドレーン４０ａとの間に一定間隔をおい
て形成される複数の転送電極３５；を備える。図８と９
とに示すように、表面チャネル領域３３から掃引出力電
極（ゲート電極）３５ｈを経て暗電流が流れるように、
掃引出力ドレイン４０ａは電荷転送路の中央に配置され
る。電荷注入用電極３５ａおよび電荷注入ソース４０ｂ
は信号電荷注入を行う。フローティング拡散領域４０ｃ
は転送電極３５ｊを経て埋込チャネル領域からの信号電
荷を検出するように働く。信号電荷が表面チャネル領域
に注入されないように、電荷注入電極３５ａは埋込チャ
ネル領域３２の上にだけ配置されている。
装置（すなわちＣＣＤ）は、第１導電型半導体基板３
１；第１導電型半導体基板３１の表面に形成された第１
導電型表面チャネル領域３３；表面チャネル領域３３の
下側に形成され、一側部が表面チャネル領域３３より長
く形成された第２導電型の埋込チャネル領域３２；半導
体基板の全表面に形成された電極絶縁膜３４；半導体基
板の表面において表面チャネル領域３３より長く形成さ
れた埋込チャネル領域３２の一側部と接触されるように
形成される信号電荷注入用ソース４０ｂ；半導体基板の
表面において埋込チャネル領域３２の他側部と接触され
るように形成され、信号電荷を検出するためのフローテ
ィング拡散（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）
ゾーン４０ｃ；半導体基板３１の表面において前記表面
チャネル領域３３の他側面と一定距離をおいて形成さ
れ、表面チャネル領域３３に蓄積された暗電流を排出さ
せるための掃引出力ドレーン４０ａ；電極絶縁膜３４の
表面の表面チャネル領域３３より長く形成された埋込チ
ャネル領域３２の一側部の上に形成され、信号電荷を埋
込チャネル領域３２に注入するための信号電荷注入用電
極３５ａ；電極絶縁膜３４の表面の、表面チャネル領域
３３と掃引出力ドレーン４０ａとの間の該当する部分に
形成され、表面チャネル領域３３の他側部から掃引出力
ドレーン４０ａに暗電流を伝達するための掃引出力用電
極３５ｈ；かつ、電極絶縁膜３４の表面の表面チャネル
領域３３の上側に該当する部分の信号電荷注入用電極３
５ａと掃引出力ドレーン４０ａとの間に一定間隔をおい
て形成される複数の転送電極３５；を備える。図８と９
とに示すように、表面チャネル領域３３から掃引出力電
極（ゲート電極）３５ｈを経て暗電流が流れるように、
掃引出力ドレイン４０ａは電荷転送路の中央に配置され
る。電荷注入用電極３５ａおよび電荷注入ソース４０ｂ
は信号電荷注入を行う。フローティング拡散領域４０ｃ
は転送電極３５ｊを経て埋込チャネル領域からの信号電
荷を検出するように働く。信号電荷が表面チャネル領域
に注入されないように、電荷注入電極３５ａは埋込チャ
ネル領域３２の上にだけ配置されている。
【００１６】図１１は本発明の第２実施例として単一の
種類の光検出素子を用いたインタライン転送方式の固体
撮像素子に、本発明の電荷転送装置（すなわち、ＣＣ
Ｄ）を適用したものである。図１１において、図８乃至
図１０における電荷注入ソース４０ｂおよび信号電荷注
入用電極３５ａが各々ｎ型光検出素子４３および転送電
極４９が使用される。図１１の中、ｎ型光検出素子４３
は埋込ホトダイオードといわれる構造として、暗電流の
低域のために、その（ｎ型光検出素子４３）上側にｐ+
型ホール蓄積層４４が形成されている。したがってｐ型
ウェル４２と第１電極絶縁膜４５ａとの境界面から電子
発生を抑制する。ｎ型光検出素子４３から電荷転送領域
であるＣＣＤへの電荷転送を制御するものは電荷注入用
転送電極４９である。埋設されたｎ型光検出素子４３よ
り発生された信号電荷を垂直ＣＣＤであるｎ型埋込チャ
ネル領域５２に転送する。図１１において、ｐ型ウェル
はオーバフロードレーンを抑制するために、ｎ型光検出
素子４３の下方は浅く、それ以外の部分は深く形成され
る。もし、ｐ型表面チャネル領域５１を信号電荷転送に
利用しようとする場合、表面チャネル領域５１からの転
送された信号電荷を掃引するための図８の掃引出力ドレ
ーン４０ａを信号電荷の検出のためのフローティング拡
散ゾーン４０ｃに変更して構成し、ｐ型表面チャネル領
域５１上に図８の信号電荷注入用ソース４０ｂを追加す
ればよい。図１１において、符号４１はｎ型シリコン基
板、４２はｐ型ウェル、４５は電極絶縁膜、４６は平坦
化層、５０は光遮断層、４７は第１多結晶シリコン転送
電極、４６ｂは電極を外部と絶縁させるための第２電極
絶縁膜、４８は第２多結晶シリコン転送電極、５３はｐ
+ 型チャネルストップ領域である。これらの機能は通常
のもであるので、詳細な説明は省略する。
種類の光検出素子を用いたインタライン転送方式の固体
撮像素子に、本発明の電荷転送装置（すなわち、ＣＣ
Ｄ）を適用したものである。図１１において、図８乃至
図１０における電荷注入ソース４０ｂおよび信号電荷注
入用電極３５ａが各々ｎ型光検出素子４３および転送電
極４９が使用される。図１１の中、ｎ型光検出素子４３
は埋込ホトダイオードといわれる構造として、暗電流の
低域のために、その（ｎ型光検出素子４３）上側にｐ+
型ホール蓄積層４４が形成されている。したがってｐ型
ウェル４２と第１電極絶縁膜４５ａとの境界面から電子
発生を抑制する。ｎ型光検出素子４３から電荷転送領域
であるＣＣＤへの電荷転送を制御するものは電荷注入用
転送電極４９である。埋設されたｎ型光検出素子４３よ
り発生された信号電荷を垂直ＣＣＤであるｎ型埋込チャ
ネル領域５２に転送する。図１１において、ｐ型ウェル
はオーバフロードレーンを抑制するために、ｎ型光検出
素子４３の下方は浅く、それ以外の部分は深く形成され
る。もし、ｐ型表面チャネル領域５１を信号電荷転送に
利用しようとする場合、表面チャネル領域５１からの転
送された信号電荷を掃引するための図８の掃引出力ドレ
ーン４０ａを信号電荷の検出のためのフローティング拡
散ゾーン４０ｃに変更して構成し、ｐ型表面チャネル領
域５１上に図８の信号電荷注入用ソース４０ｂを追加す
ればよい。図１１において、符号４１はｎ型シリコン基
板、４２はｐ型ウェル、４５は電極絶縁膜、４６は平坦
化層、５０は光遮断層、４７は第１多結晶シリコン転送
電極、４６ｂは電極を外部と絶縁させるための第２電極
絶縁膜、４８は第２多結晶シリコン転送電極、５３はｐ
+ 型チャネルストップ領域である。これらの機能は通常
のもであるので、詳細な説明は省略する。
【００１７】図１１によれば、本発明の第２実施例によ
る固体撮像素子は、ｐ型シリコン基板４１；ｐ型シリコ
ン基板４１上に形成されるｐ型ウェル４２；ウェル４２
の表面に、一定間隔をおいて形成され、暗電流を低減す
るためにホールを蓄積する複数のｐ+ 型ホール蓄積層４
４；ホール蓄積層４４の下側に形成され、一方がホール
蓄積層４４より長く形成される複数の光検出素子４３；
ｐ型ウェル４４の表面より一側面が光検出素子４３の一
側面と当接されるように形成される複数のｎ型の埋込チ
ャネル領域５２；埋込チャネル領域５２の表面より一方
が埋込チャネル領域５２より短く形成される複数のｐ型
の表面チャネル領域５１；表面チャネル領域５１および
埋込チャネル領域５２の他方とホール蓄積層４４および
光検出素子４３の他方との間に形成される複数のｐ+ 型
チャネルストップ領域５３；埋込チャネル領域５２、表
面チャネル領域５１、チャネルストップ領域５３、光検
出素子４３、ホール蓄積層４４の全ての表面にわたって
形成される第１電極絶縁膜４５ａ；第１電極絶縁膜４５
ａの表面の表面チャネル領域５１より長く形成された埋
込チャネル領域５２の一方の上側に形成された複数の信
号電荷注入用電極４９；第１電極絶縁膜４５ａの表面の
表面チャネル領域５１の上側部分に順次形成される複数
の第１多結晶シリコン転送電極４７および第２多結晶シ
リコン転送電極４８；電極を互いに絶縁させるとともに
外部とも絶縁させる複数の第２電極絶縁膜４５ｂ；第２
電極絶縁膜４５ｂ上に形成される複数の光遮断層５０；
かつ、第１電極絶縁膜４５ａおよび光遮断層５０上に形
成する平坦化層４６；を備える。
る固体撮像素子は、ｐ型シリコン基板４１；ｐ型シリコ
ン基板４１上に形成されるｐ型ウェル４２；ウェル４２
の表面に、一定間隔をおいて形成され、暗電流を低減す
るためにホールを蓄積する複数のｐ+ 型ホール蓄積層４
４；ホール蓄積層４４の下側に形成され、一方がホール
蓄積層４４より長く形成される複数の光検出素子４３；
ｐ型ウェル４４の表面より一側面が光検出素子４３の一
側面と当接されるように形成される複数のｎ型の埋込チ
ャネル領域５２；埋込チャネル領域５２の表面より一方
が埋込チャネル領域５２より短く形成される複数のｐ型
の表面チャネル領域５１；表面チャネル領域５１および
埋込チャネル領域５２の他方とホール蓄積層４４および
光検出素子４３の他方との間に形成される複数のｐ+ 型
チャネルストップ領域５３；埋込チャネル領域５２、表
面チャネル領域５１、チャネルストップ領域５３、光検
出素子４３、ホール蓄積層４４の全ての表面にわたって
形成される第１電極絶縁膜４５ａ；第１電極絶縁膜４５
ａの表面の表面チャネル領域５１より長く形成された埋
込チャネル領域５２の一方の上側に形成された複数の信
号電荷注入用電極４９；第１電極絶縁膜４５ａの表面の
表面チャネル領域５１の上側部分に順次形成される複数
の第１多結晶シリコン転送電極４７および第２多結晶シ
リコン転送電極４８；電極を互いに絶縁させるとともに
外部とも絶縁させる複数の第２電極絶縁膜４５ｂ；第２
電極絶縁膜４５ｂ上に形成される複数の光遮断層５０；
かつ、第１電極絶縁膜４５ａおよび光遮断層５０上に形
成する平坦化層４６；を備える。
【００１８】図１２は本発明の第３実施例における単一
の種類の光検出素子を用いたフレーム転方式の固体撮像
素子に、本発明の電荷転送装置（ＣＣＤ）を適用したも
のである。図１２によれば、ｐ型表面チャネル領域５７
およびｎ型埋込チャネル領域５６はすべて光検出素子と
して使用され、このような点が第３実施例の特徴であ
る。図１２において、符号５４は平坦化層、５５はｐ型
ウェル、５８は電極絶縁膜、５９は転送電極、６０は平
坦化層、６１はｐ型チャネルストップ領域を示す。
の種類の光検出素子を用いたフレーム転方式の固体撮像
素子に、本発明の電荷転送装置（ＣＣＤ）を適用したも
のである。図１２によれば、ｐ型表面チャネル領域５７
およびｎ型埋込チャネル領域５６はすべて光検出素子と
して使用され、このような点が第３実施例の特徴であ
る。図１２において、符号５４は平坦化層、５５はｐ型
ウェル、５８は電極絶縁膜、５９は転送電極、６０は平
坦化層、６１はｐ型チャネルストップ領域を示す。
【００１９】フレーム転送方式の固体撮像素子は表面が
全て受光部であるので、図１２に示したフレーム転送方
式の固体撮像素子も、やはり受光部を中心として説明さ
れることができる。この場合、ｐ型チャネルストップ領
域５７を適切に選択すれば、ｐ型チャネルストップ領域
５７には、主に短波長の入射光によって発生された信号
電荷が蓄積され、かつｎ型埋込チャネル領域５６には長
波長の入射光によって発生された信号電荷が蓄積され
る。何故ならば、シリコンは可視領域の光を吸収する時
に、波長に非常に大きく依存するためである。結局、短
波長の光はシリコン表面から短い距離においてほとんど
吸収され、長い波長の光はシリコン表面から遠い距離に
おいてほとんど吸収される。このように表面チャネル領
域５７および埋込チャネル領域５６より得られる信号電
荷を各々独立的に出力させると入射光の色に関する情報
が得られる。もちろん、２つのチャネル領域のみで元の
色を再現するほどの情報を得ることはないが、対称物の
色や照明源の波長分布に限定条件を賦与するさらに他の
手段を追加することにより色信号を分離することができ
る。
全て受光部であるので、図１２に示したフレーム転送方
式の固体撮像素子も、やはり受光部を中心として説明さ
れることができる。この場合、ｐ型チャネルストップ領
域５７を適切に選択すれば、ｐ型チャネルストップ領域
５７には、主に短波長の入射光によって発生された信号
電荷が蓄積され、かつｎ型埋込チャネル領域５６には長
波長の入射光によって発生された信号電荷が蓄積され
る。何故ならば、シリコンは可視領域の光を吸収する時
に、波長に非常に大きく依存するためである。結局、短
波長の光はシリコン表面から短い距離においてほとんど
吸収され、長い波長の光はシリコン表面から遠い距離に
おいてほとんど吸収される。このように表面チャネル領
域５７および埋込チャネル領域５６より得られる信号電
荷を各々独立的に出力させると入射光の色に関する情報
が得られる。もちろん、２つのチャネル領域のみで元の
色を再現するほどの情報を得ることはないが、対称物の
色や照明源の波長分布に限定条件を賦与するさらに他の
手段を追加することにより色信号を分離することができ
る。
【００２０】図１２によれば、本発明の第３実施例によ
る固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板５４；ｎ型シリコ
ン基板５４上に形成されるｐ型ウェル５５；ウェル５５
の表面に、一定間隔をおいて形成される複数のｐ型表面
チャネル領域５７；表面チャネル領域５７の下側に表面
チャネル領域５７と当節されるように形成されるｎ型埋
込チャネル領域５６；表面チャネル領域５７およびｎ型
埋込チャネル領域５６からなる各チャネル領域の側面間
に形成される複数のｐ型チャネルストップ領域６１；チ
ャネルストップ領域６１、埋込チャネル領域５６および
表面チャネル領域５７の全面に形成される電極絶縁膜５
８；電極絶縁膜５８上に形成される転送電極５９；かつ
転送電極５９上に形成される平坦化層；を備える。
る固体撮像素子は、ｎ型シリコン基板５４；ｎ型シリコ
ン基板５４上に形成されるｐ型ウェル５５；ウェル５５
の表面に、一定間隔をおいて形成される複数のｐ型表面
チャネル領域５７；表面チャネル領域５７の下側に表面
チャネル領域５７と当節されるように形成されるｎ型埋
込チャネル領域５６；表面チャネル領域５７およびｎ型
埋込チャネル領域５６からなる各チャネル領域の側面間
に形成される複数のｐ型チャネルストップ領域６１；チ
ャネルストップ領域６１、埋込チャネル領域５６および
表面チャネル領域５７の全面に形成される電極絶縁膜５
８；電極絶縁膜５８上に形成される転送電極５９；かつ
転送電極５９上に形成される平坦化層；を備える。
【００２１】図１３、図１４は本発明の第４実施例を示
したもので、本発明の電荷転送装置（すなわち、ＣＣ
Ｄ）を適用した２つの種類の光検出素子を有する固体撮
像素子を示したものである。この固体撮像素子は、可視
領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２と、赤外線領域
用ＰｔＳｉとを使用したショットキーバリアダイオード
７１が垂直ＣＣＤ７５を中心として各々両側に配列され
ており、可視領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２
は、図１４に示すように、埋込チャネル領域用電極７４
によってｎ型第１埋込チャネル領域７８に信号電荷を転
送し、ショットキーバリアダイオード７１は表面チャネ
ル領域用電極７３によって信号電荷をｐ型表面チャネル
領域７７に転送する。すなわち、埋込チャネル領域用電
極７４は垂直ＣＣＤ７５および可視領域用Ｐ−Ｎ接合の
ホトダイオード７２上にわたって形成され、表面チャネ
ル領域用電極７３は赤外線領域用ショットキーバリアダ
イオード７１および垂直ＣＣＤ７５上にわたって形成さ
れる。また赤外線領域用ショットキーバリアダイオード
７１は該当する垂直ＣＣＤ７５の左側に、可視領域用Ｐ
−Ｎ接合のホトダイオード７２は該当する垂直ＶＣＣＤ
７５の右側に１：１に対応して配置される。
したもので、本発明の電荷転送装置（すなわち、ＣＣ
Ｄ）を適用した２つの種類の光検出素子を有する固体撮
像素子を示したものである。この固体撮像素子は、可視
領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２と、赤外線領域
用ＰｔＳｉとを使用したショットキーバリアダイオード
７１が垂直ＣＣＤ７５を中心として各々両側に配列され
ており、可視領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２
は、図１４に示すように、埋込チャネル領域用電極７４
によってｎ型第１埋込チャネル領域７８に信号電荷を転
送し、ショットキーバリアダイオード７１は表面チャネ
ル領域用電極７３によって信号電荷をｐ型表面チャネル
領域７７に転送する。すなわち、埋込チャネル領域用電
極７４は垂直ＣＣＤ７５および可視領域用Ｐ−Ｎ接合の
ホトダイオード７２上にわたって形成され、表面チャネ
ル領域用電極７３は赤外線領域用ショットキーバリアダ
イオード７１および垂直ＣＣＤ７５上にわたって形成さ
れる。また赤外線領域用ショットキーバリアダイオード
７１は該当する垂直ＣＣＤ７５の左側に、可視領域用Ｐ
−Ｎ接合のホトダイオード７２は該当する垂直ＶＣＣＤ
７５の右側に１：１に対応して配置される。
【００２２】また赤外線領域用ショットキーバリアダイ
オード７１および可視領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオー
ド７２は、各１つの該当する垂直ＶＣＣＤ７５と１つの
水平ＣＣＤ７６を共有する。何故ならば、図１４に示す
ように、可視領域の光信号電荷、赤外線領域の光信号電
荷は、表面チャネル領域７７および第１埋込チャネル領
域７８を介して独立的に転送されるためである。図１３
に示すように、第４実施例の固体撮像素子は、複数の垂
直ＣＣＤ７５に対して１つの水平ＣＣＤ７６が使用され
る。図１４に示すように、赤外線領域の光によって信号
電荷は表面チャネル領域７７に、可視領域の光信号電荷
は第２埋込チャネル領域７９を介して第１埋込チャネル
領域７８に転送される。また赤外線領域の光信号電荷は
表面チャネル領域用電極７３によって、可視領域の光信
号電荷は埋込チャネル領域用電極７４によって独立的に
読み取れる。図１４に示すように、固体撮像素子の１つ
の画素に対応する断面構造によれば、転送電極８０は図
５の従来構造の転送電極５に比べて横方向に長さ縮小さ
れた長さを有する。符号７６ａは出力される信号電荷を
感知するセンシングアンプ、８１は第１電極絶縁膜、８
２は第２電極絶縁膜、８３はチャネルストップ領域、８
４はｐ型半導体基板を示す。第４実施例において、光検
出素子の配列は２次元であるが、もちろん１次元の配列
の態様を有する固体撮像素子にも同様に応用できる。
オード７１および可視領域用Ｐ−Ｎ接合のホトダイオー
ド７２は、各１つの該当する垂直ＶＣＣＤ７５と１つの
水平ＣＣＤ７６を共有する。何故ならば、図１４に示す
ように、可視領域の光信号電荷、赤外線領域の光信号電
荷は、表面チャネル領域７７および第１埋込チャネル領
域７８を介して独立的に転送されるためである。図１３
に示すように、第４実施例の固体撮像素子は、複数の垂
直ＣＣＤ７５に対して１つの水平ＣＣＤ７６が使用され
る。図１４に示すように、赤外線領域の光によって信号
電荷は表面チャネル領域７７に、可視領域の光信号電荷
は第２埋込チャネル領域７９を介して第１埋込チャネル
領域７８に転送される。また赤外線領域の光信号電荷は
表面チャネル領域用電極７３によって、可視領域の光信
号電荷は埋込チャネル領域用電極７４によって独立的に
読み取れる。図１４に示すように、固体撮像素子の１つ
の画素に対応する断面構造によれば、転送電極８０は図
５の従来構造の転送電極５に比べて横方向に長さ縮小さ
れた長さを有する。符号７６ａは出力される信号電荷を
感知するセンシングアンプ、８１は第１電極絶縁膜、８
２は第２電極絶縁膜、８３はチャネルストップ領域、８
４はｐ型半導体基板を示す。第４実施例において、光検
出素子の配列は２次元であるが、もちろん１次元の配列
の態様を有する固体撮像素子にも同様に応用できる。
【００２３】図１３および図１４によれば、本発明の第
４実施例による固体撮像素子は、ｐ型半導体基板８４；
半導体基板８４の表面に、一定間隔をおいて形成される
複数のｐ型チャネルストップ領域８３；チャネルストッ
プ領域の間の中央部分に該当する半導体基板８４の表面
内に形成される複数のｐ型表面チャネル領域７７；表面
チャネル領域の下方に当接されるように形成される複数
のｎ型第１埋込チャネル領域７８；表面チャネル領域７
７および第１埋込チャネル領域７８の一側面と一定間隔
をおいて形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域
とは当接するように形成される複数の可視領域用Ｐ−Ｎ
接合のホトダイオード７２；表面チャネル領域７７およ
び第１埋込チャネル領域７８の他側面と一定間隔をおい
て形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域８３と
は当接するように形成される複数の赤外線領域用ＰｔＳ
ｉのショットキーバリアダイオード７１；表面チャネル
領域７７および第１埋込チャネル領域７８の他側面とシ
ョットキーバリアダイオード７１との間に該当する半導
体基板８４の表面内に形成される複数の第２埋込チャネ
ル領域７９；チャネルストップ領域８３、表面チャネル
領域７７、半導体基板８４、第２埋込チャネル領域７
９、Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２およびショットキ
ーバリアダイオード７１の全ての表面にわたって形成さ
れる第１電極絶縁膜８１；第１電極絶縁膜８１の表面
中、ホトダイオード７２と表面チャネル領域７７の間に
該当する部分に形成され、ホトダイオード７１から表面
チャネル領域７７に信号電荷を転送するための表面チャ
ネル領域用電極７３；第１電極絶縁膜８１の表面の前記
第２埋込チャネル領域７９に該当する部分に形成され、
ショットキーバリアダイオード７１から第２埋込チャネ
ル領域７９を介して第１埋込チャネル領域７８に信号電
荷を転送するための複数の埋込チャネル領域用電極７
４；第１電極絶縁膜８１の表面の表面チャネル領域７７
に該当する部分に形成される複数の転送電極８０；転送
電極８０と表面チャネル領域用電極７３および埋込チャ
ネル領域用電極７４を外部と絶縁させる複数の第２電極
絶縁膜８２；複数の表面チャネル領域７７および第１埋
込チャネル領域７８からの信号電荷を入力される順序の
通り出力する水平ＣＣＤ７６；かつ、水平ＣＣＤ７６か
らの信号電荷を感知するセンシングアンプ７６ａ；を備
える。また、第４実施例は、光検出素子の種類も２つの
種類に限定されなく、複数の種類の光検出素子を配列さ
せて多色の信号電荷を読み取るために応用できる。
４実施例による固体撮像素子は、ｐ型半導体基板８４；
半導体基板８４の表面に、一定間隔をおいて形成される
複数のｐ型チャネルストップ領域８３；チャネルストッ
プ領域の間の中央部分に該当する半導体基板８４の表面
内に形成される複数のｐ型表面チャネル領域７７；表面
チャネル領域の下方に当接されるように形成される複数
のｎ型第１埋込チャネル領域７８；表面チャネル領域７
７および第１埋込チャネル領域７８の一側面と一定間隔
をおいて形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域
とは当接するように形成される複数の可視領域用Ｐ−Ｎ
接合のホトダイオード７２；表面チャネル領域７７およ
び第１埋込チャネル領域７８の他側面と一定間隔をおい
て形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域８３と
は当接するように形成される複数の赤外線領域用ＰｔＳ
ｉのショットキーバリアダイオード７１；表面チャネル
領域７７および第１埋込チャネル領域７８の他側面とシ
ョットキーバリアダイオード７１との間に該当する半導
体基板８４の表面内に形成される複数の第２埋込チャネ
ル領域７９；チャネルストップ領域８３、表面チャネル
領域７７、半導体基板８４、第２埋込チャネル領域７
９、Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード７２およびショットキ
ーバリアダイオード７１の全ての表面にわたって形成さ
れる第１電極絶縁膜８１；第１電極絶縁膜８１の表面
中、ホトダイオード７２と表面チャネル領域７７の間に
該当する部分に形成され、ホトダイオード７１から表面
チャネル領域７７に信号電荷を転送するための表面チャ
ネル領域用電極７３；第１電極絶縁膜８１の表面の前記
第２埋込チャネル領域７９に該当する部分に形成され、
ショットキーバリアダイオード７１から第２埋込チャネ
ル領域７９を介して第１埋込チャネル領域７８に信号電
荷を転送するための複数の埋込チャネル領域用電極７
４；第１電極絶縁膜８１の表面の表面チャネル領域７７
に該当する部分に形成される複数の転送電極８０；転送
電極８０と表面チャネル領域用電極７３および埋込チャ
ネル領域用電極７４を外部と絶縁させる複数の第２電極
絶縁膜８２；複数の表面チャネル領域７７および第１埋
込チャネル領域７８からの信号電荷を入力される順序の
通り出力する水平ＣＣＤ７６；かつ、水平ＣＣＤ７６か
らの信号電荷を感知するセンシングアンプ７６ａ；を備
える。また、第４実施例は、光検出素子の種類も２つの
種類に限定されなく、複数の種類の光検出素子を配列さ
せて多色の信号電荷を読み取るために応用できる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つの電荷転送領域内に２つの独立されたチャネルが実
現でき、暗電流の低域および信号対雑音比の向上を得る
ことができ、かつ入射光からいろいろな色情報を得るこ
とができ、画素の高集積化を実現することができる効果
がある。
１つの電荷転送領域内に２つの独立されたチャネルが実
現でき、暗電流の低域および信号対雑音比の向上を得る
ことができ、かつ入射光からいろいろな色情報を得るこ
とができ、画素の高集積化を実現することができる効果
がある。
【図１】従来の表面チャネルＣＣＤの断面と、その断面
によるポテンシャルプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を
示す図である。
によるポテンシャルプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を
示す図である。
【図２】従来の埋込チャネルＣＣＤの断面と、その断面
によるポテンシャルプロファイルを示す図である。
によるポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図３】従来のＣＣＤ固体撮像素子の１つの画素に該当
する断面である。
する断面である。
【図４】従来のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成ブロック
図である。
図である。
【図５】従来のＣＣＤ固体撮像素子の１つの画素に該当
する断面である。
する断面である。
【図６】本発明によるＣＣＤの断面と、その断面による
ポテンシャルプロファイルを示す図である。
ポテンシャルプロファイルを示す図である。
【図７】本発明によるＣＣＤの断面図である。
【図８】本発明の第１実施例によるＣＣＤの平面図であ
る。
る。
【図９】図８のａ−ａ線による断面図である。
【図１０】図８のｂ−ｂ線による断面図である。
【図１１】本発明の第２実施例による、本発明のＣＣＤ
を従来のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合における１
つの画素に該当する断面である。
を従来のＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合における１
つの画素に該当する断面である。
【図１２】本発明の第３実施例による、フレーム転送方
式の固体撮像素子に本発明のＣＣＤを適用した場合にお
ける１つの画素に該当する断面である。
式の固体撮像素子に本発明のＣＣＤを適用した場合にお
ける１つの画素に該当する断面である。
【図１３】本発明の第４実施例によるＣＣＤの平面図で
ある。
ある。
【図１４】本発明の第４実施例によるフレーム転送方式
の固体撮像素子に本発明のＣＣＤを適用した場合におけ
る１つの画素に該当する断面である。
の固体撮像素子に本発明のＣＣＤを適用した場合におけ
る１つの画素に該当する断面である。
３１ 半導体基板 ３２ 埋込チャネル領域 ３３ 表面チャネル領域 ３４ 電極絶縁膜 ３５ 多数の転送電極 ３５ａ 信号電荷注入用電極 ３９ チャネルストップ領域 ３５ｈ 掃引出力用電極 ４０ａ 掃引出力ドレーン ４０ｂ 信号電荷注入用ソース ４０ｃ フローティング拡散ゾーン ３５ｂ〜３５ｇ，３５ｉ〜３５ｊ 転送電極 ７１ ショットキーバリアダイオード ７２ Ｐ−Ｎ接合のホトダイオード ７３ 表面チャネル領域用電極 ７４ 埋込チャネル領域用電極 ７５ 垂直ＶＣＣＤ ７６ 水平ＣＣＤ ７６ａ センシングアンプ ７７ 表面チャネル領域 ７８ 第１埋込チャネル領域 ７９ 第２埋込チャネル領域 ８０ 転送電極 ８１ 第１電極絶縁膜 ８２ 第２電極絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シンジ・ウヤ 大韓民国・ギョンギ−ド・カチョン−シ・ オンムン−ドン・ズゴン アパートメン ト・266−51
Claims (14)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板；第１導電型半導
体基板の表面に形成された第１導電型表面チャネル領
域；表面チャネル領域の下側に形成され、一側部が表面
チャネル領域より長く形成された第２導電型の埋込チャ
ネル領域；半導体基板の全表面に形成された電極絶縁
膜；半導体基板の表面において前記表面チャネル領域よ
り長く形成された埋込チャネル領域の一側部と接触され
るように形成される信号電荷注入用ソース；半導体基板
の表面において前記埋込チャネル領域の他側部と接触さ
れるように形成され、信号電荷を検出するためのフロー
ティング拡散ゾーン；半導体基板の表面において前記表
面チャネル領域の他側部と一定距離をおいて形成され、
表面チャネル領域に蓄積された暗電流を排出させるため
の掃引出力ドレーン；電極絶縁膜の表面の表面チャネル
領域より長く形成された埋込チャネル領域の一側部の上
に形成され、信号電荷を埋込チャネル領域に注入するた
めの信号電荷注入用電極；電極絶縁膜の表面の表面チャ
ネル領域と掃引出力ドレーンとの間の該当する部分に形
成され、表面チャネル領域の他側部から掃引出力ドレー
ンに暗電流を伝達するための掃引出力用電極；かつ、電
極絶縁膜の表面の信号電荷注入用電極と掃引出力ドレー
ンとの間および表面チャネル領域の上側に該当する部分
に一定間隔をおいて形成される複数の転送電極；を備え
ることを特徴とする電荷転送装置。 - 【請求項２】 第１導電型半導体基板は、ｐ型シリコン
基板であることを特徴とする第１項記載の電荷転送装
置。 - 【請求項３】 第１導電型半導体基板；半導体基板上に
形成される第２導電型ウェル；前記ウェルの表面に、一
定間隔をおいて形成され、暗電流を低減するためにホー
ルを蓄積する複数の第２導電型ホール蓄積層；ホール蓄
積層の下側に形成され、一方がホール蓄積層より長く形
成される複数の光検出素子；前記ウェルの表面より一側
部が光検出素子の一側部と当接されるように形成される
複数の第１導電型の埋込チャネル領域；一側部が前記埋
込チャネル領域より短く形成される複数の第２導電型の
表面チャネル領域；表面チャネル領域および埋込チャネ
ル領域の他方とホール蓄積層および光検出素子の他方と
の間に形成される複数の第２導電型チャネルストップ領
域；埋込チャネル領域、表面チャネル領域、チャネルス
トップ領域、光検出素子、ホール蓄積層の全ての表面に
わたって形成される第１電極絶縁膜；電極絶縁膜の表面
の表面チャネル領域より長く形成された埋込チャネル領
域の一方上に形成された複数の信号電荷注入用電極；電
極絶縁膜の表面の表面チャネル領域の上側部分に順次形
成される複数の第１転送電極および第２転送電極；電極
を互いに絶縁させ、それと同時に外部と絶縁させる複数
の第２電極絶縁膜；前記第２電極絶縁膜上に形成される
複数の光遮断層；かつ、前記第１電極絶縁膜および光遮
断層上に形成する平坦化層；を備えることを特徴とする
固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記複数の光検出素子は、単一の種類の
ものであることを特徴とする第３項記載の固体撮像素
子。 - 【請求項５】 第２導電型ウェルは、オーバフロードレ
ーンを抑制するために、第１導電型の光検出素子の下方
は浅く、それ以外の部分は深く形成することを特徴とす
る第３項記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 第２導電型ホール蓄積層およびチャネル
ストップ領域は、前記ウェルより高濃度であることを特
徴とする第３項記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 信号電荷注入用電極と、第１転送電極お
よび第２転送電極は、すべて多結晶シリコンであること
を特徴とする第３項記載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 第１導電型半導体基板；半導体基板上に
形成される第２導電型ウェル；前記ウェルの表面内に、
一定間隔をおいて形成される複数の第２導電型表面チャ
ネル領域；表面チャネル領域の下側に、このチャネルス
トップ領域に当接するように形成される第１導電型埋込
チャネル領域；表面チャネル領域と埋込チャネル領域と
からなる各チャネル領域の側面間に形成される複数の第
２導電型埋込チャネルストップ領域；チャネルストップ
領域、埋込チャネル領域および表面チャネル領域の全面
にわたって形成される電極絶縁膜；電極絶縁膜上形成さ
れる転送電極；かつ、転送電極に形成される平坦化層；
を備えることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項９】 表面チャネル領域には短波長の光によっ
て信号電荷が独立的に発生され、埋込チャネル領域には
長波長の光によって信号電荷が独立的に発生されるよう
に、表面チャネル領域および埋込チャネル領域の深さが
調節されることを特徴とする第８項記載の固体撮像素
子。 - 【請求項１０】 前記ウェルは、オーバフロードレーン
を防止するために、埋込チャネル領域の下方は浅く、そ
れ以外の部分は深く形成することを特徴とする第８項記
載の固体撮像素子。 - 【請求項１１】 第１導電型半導体基板；半導体基板の
表面内に、一定間隔をおいて形成される複数の第１導電
型チャネルストップ領域；チャネルストップ領域の間の
中央部分に該当する半導体基板の表面に形成される複数
の第１導電型表面チャネル領域；第２導電型を有し、表
面チャネル領域の下方に当接されるように形成される複
数の第１埋込チャネル領域；表面チャネル領域および第
１埋込チャネル領域の一側部と一定間隔をおいて形成さ
れ、かつ隣接するチャネルストップ領域とは当接するよ
うに形成される複数の第１光検出素子；表面チャネル領
域および第１埋込チャネル領域の他側部と一定間隔をお
いて形成され、かつ隣接するチャネルストップ領域とは
当接するように形成される複数の第２光検出素子；表面
チャネル領域および第１埋込チャネル領域の他側部と第
２光検出素子との間に該当する半導体基板の表面に形成
される複数の第２埋込チャネル領域；チャネルストップ
領域、表面チャネル領域、半導体基板、第２埋込チャネ
ル領域、第１光検出素子および第２光検出素子の全ての
表面にわたって形成される第１電極絶縁膜；第１電極絶
縁膜の表面の第１光検出素子と表面チャネル領域との間
に該当する部分に形成され、第１光検出素子から表面チ
ャネル領域に信号電荷を転送するための表面チャネル領
域用電極；第１電極絶縁膜の表面の前記第２埋込チャネ
ル領域に該当する部分に形成され、第２光検出素子から
第２埋込チャネル領域に信号電荷を転送するための複数
の埋込チャネル領域用電極；第１電極絶縁膜の表面の表
面チャネル領域に該当する部分に形成される複数の転送
電極；転送電極と表面チャネル領域用電極および埋込チ
ャネル領域用電極を外部と絶縁させる複数の第２電極絶
縁膜；複数の表面チャネル領域および第１埋込チャネル
領域からの信号電荷を入力される順序の通り出力する水
平信号電荷転送領域；かつ、水平信号電荷転送領域から
の信号電荷を感知するセンシングアンプ；を備えること
を特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項１２】 第１光検出素子は、可視領域の光を入
射するためのＰ−Ｎ接合ダイオードであり、第２光検出
素子は、赤外線領域の光を入射するためのショットキー
バリアダイオードであることを特徴とする第１１項記載
の固体撮像素子。 - 【請求項１３】 ショットキーバリアダイオードの物質
は、ＰｔＳｉであることを特徴とする第１２項記載の固
体撮像素子。 - 【請求項１４】 光検出素子は、２つに制限されること
はなく、多数の種類の光検出素子が規則的に配列される
ことができることを特徴とする第１１項記載の固体撮像
素子。
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|---|---|---|---|
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| KR1019920005608A KR960002645B1 (ko) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 전하 전송장치 및 고체 촬상장치 |
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|---|---|
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Family
ID=19331361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DD247327A1 (de) * | 1986-03-31 | 1987-07-01 | Werk Fernsehelektronik Veb | Ueberlaufanordnung fuer ladungssammelnde halbleitergebiete |
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-
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-
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