JPS5946155B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像装置、特にインターラインシフト方式
による固体撮像装置に係わる。

インターラインシフト方式による固体撮像装置は、その
原理的構成を第１図に示すように、共通の半導体基体上
に夫々絵素となる複数の受光部１が行（水平）方向及び
列（垂直）方向に配列され、各列の受光部１の一側には
、ＣＣＤ（チヤージカプルドデバイス：電荷結合素子）
構造を有する垂直シフトレジスタ２が配置され、各シフ
トレジスタ２の一端には同様にＣＣＤ構成を有する共通
の水平シフトレジスタ３が設けられる。

垂直シフトレジスタ２は、これに隣り合う各受光部１に
対応して設けられた転送部を有し、各受光部１にその受
光量に応じて生じた少数キャリアを、夫々各垂直ライン
毎に、対応する垂直シフトレジスタ２の対応する転送部
に転送し、そして、これら各シフトレジスタ２において
各転送部の電荷を水平シフトレジスタ３へとシフトし、
このシフトレジスタ３の出力端子をより１水平ライン毎
に順次その信号をとり出すようになされている。このよ
うな構成による従来の撮像装置の具体的構造、特に受光
部１及び受光部１の電荷を垂直シフトレジスタ２に転送
する部分の構造を第２図を参照して説明するに、例えば
Ｎ形の半導体基体１０に受光部１とこれに隣り合つてシ
フトレジスタ２が設けられて成る。

受光部１は、基体１０上に形成した絶縁層即ちＳｉＯ２
層１１を介して透明電極より成るセンサー１２が被着さ
れてなり、これら受光部１と隣り合つて垂直シフトレジ
スタ２の各転送部が設けられ、これら転送部は基体１０
上に設けられた絶縁層１１を介してストレージゲート電
極１３と、図示しないがこのストレージゲート電極１３
下の絶縁層１１とその厚味を異にする絶縁層を介してト
ランスファーゲート電極が被着されて構成される。そし
て、受光部１とシフトレジスタ２の間には同様に絶縁層
１１を介してゲート電極１４が設けられる。１５は基本
体１０と同導電形を有するも、これより高濃度の領域に
よつて形成されたチャンネルストッパー領域、１６は受
光部１２以外の部分に形成された遮光層を示す。

このような構成による撮像装置に於て、受光部１に入射
する光に応じたキャリアをゲート電極１４に与えるゲー
ト電圧によつてシフトレジスタ２の各転送部に転送して
、これを垂直方向にシフトして行くものであるが、この
場合の動作を説明するに、今、ストレージゲート電極１
３に負の所定電圧φ，が与えられ、また受光部１の透明
電極即ち光情報蓄積電極１２に所定の負の電圧Ｖｓが与
えられるも、ゲート電極１４に電圧を与えざる状態に於
ては、その基体１０の表面に於けるポテンシヤルは破線
１７に示す如くなる。

この状態に於て、受光部１に光が入射すると、ポテンシ
ヤル１７の井戸に電荷が蓄積され、ここに於けるポテン
シヤルが上つて来るがゲート電極１４下にポテンシヤル
のバリア１７ａが生じているのでこれがシフトレジスタ
２の転送部へと流れることはない。この伏態から次に、
ゲート電極１４に所定の負の電圧Ｖｔを与えると、その
バリア１７ａが同図鎖線１７′に示すように低下し、受
光部１に蓄えられていた電荷が、シフトレジスタ２の転
送部へと転送される。このようにシフトレジスタ２のス
トレージゲート電極１３下に転送された電荷は、図示し
ないが２相又は３相の垂直シフトレジスタに２相又は３
相のクロツクパルスを与えることによつて垂直方向即ち
、第２図に於て、紙面と直交する方向にこの電荷がシフ
トされて、第１図に説明した水平シフトレジスタ３へと
転送されるものである。ところで、従来のこの種固体撮
像装置に於ては、受光部１の全面にわたつて透明電極な
どによる光情報蓄積電極１２が存在することによつて、
その受光はこの電極１２を通じて行なわれることになり
、これがために受光感度が低下するという欠点がある。

又、受光部１に電極１２を形成すると共に、受光部１以
外の他部全面に遮光層１６を形成しなければならずその
製造工程が著しく煩雑となる欠点がある。本発明は、イ
ンターラインシフト方式による固体撮像装置に於て、上
述した諸欠点を排した新規な固体撮像装置を提供せんと
するものである。

第３図乃至第７図を参照して、本発明による固体撮像装
置の一例を説明するに、第３図は本発明装置の要部の上
面図で、第４図、第５図、第６図及び第７図は夫々第３
図のＡ−Ａ線上、Ｂ−Ｂ線上、Ｃ−Ｃ線上及びＤ−Ｄ線
上の拡大断面図である。本発明に於ても共通の半導体基
体に第１図について説明したように、受光部と垂直及び
水平の各シフトレジスタを設けるものであるが、特に本
発明の特徴たる受光部と、これに隣り合う例えば垂直シ
フトレジスタとの両者間の連結部のみについて図示し、
且つこれを説明する。

本発明に於ては、１の導電形例えばＮ？を有するシリコ
ン半導体基体１０上に複数の行及び列に配列した複数の
受光部１を形成し、各垂直ライン（列方向）上の各受光
部１に夫々隣り合つて転送部が形成された垂直シフトレ
ジスタ部２を形成する。

垂直シフトレジスタ部２は、これらシフトレジスタ部２
の夫々共通の水平ライン上の転送部に関して夫々共通に
トランスフアーゲート電極２０とストレージゲート電極
１３とがその電荷のシフト方向（垂直方向）に関して交
互に配列される。ストレージゲート電極１３は厚味Ｔ，
を有する絶縁層例えばＳｉＯ２層１１を介して被着され
、隣り合うストレージゲート電極１３間に厚味Ｔ２を有
する絶縁層１１を介してトランスフアーゲート電極２０
が被着されて成る。ここに絶縁層１１の厚味Ｔ，及びＴ
２は、Ｔ，〈Ｔ２に選定される。基体１０の表面には、
その各受光部１間と、互に対応しない受光部１とシフト
レジスタ部２との間に亘つて、基体１０と同導電形で基
体よりも充分高い不純物濃度を有するチヤンネルストツ
パ一領域１５を形成する。本例においては互に対応しな
い受光部１とシフトレジスタ部２間に亘る列方向のチャ
ンネルストツパ一領域１５Ａと各受光部１間のチヤンネ
ルストツパ一領域１５Ｂとを連続して形成する。又、受
光部１とこれに対応するシフトレジスタ部２の転送部と
の間に延在するストレージゲート電極１３下にチヤンネ
ルストツパ一領域１５の延長部２１を形成し、受光部１
とこれに対応するシフトレジスタ部２の各転送部のトラ
ンスフアーゲート電極部下にチヤネルストツパ一領域１
５の延長部２１によつて挟まれた受光部１よりの電荷を
シフトレジスタ部２に転送する電荷転送通路２２を形成
する。

この場合、電荷転送通路２２の巾ＷＯはチヤンネルスト
ツパ一領域１５のポテンシヤルの影響を受け得る巾に選
定する。そして、本発明に於ては受光部１を、之と対応
するストレージゲート電極１３及びトランスフアーゲー
ト電極２０の欠除した窓２３に対応する部分に形成する
ものであるが、この場合、特にその窓２３に対応する基
体１０上に絶縁層例えばＳｉＯ２層１１を被着し、その
窓２３の電荷転送通路２２から遠い一半部即ちストレー
ジゲート電極の欠除側の窓部２３ｓを残して窓２３の通
路２２に近い他半部即ちトランスフアーゲート電極２０
の欠除側の窓部２３ｔ及びシフトレジスタ部２を含む全
面に絶縁層を介して遮光層となり得る金属層２５を被着
する。

そしてその金属層２５の被着されない透明絶縁層１１の
みが被着された窓部２３ｓを実質的な受光部１即ちキヤ
リア生成部となし、且つ之と隣接する窓部２３ｔを、こ
れの上の金属層２５Ａを所謂光情報蓄積電極即ちキヤリ
ア蓄積電極としたキヤリア蓄積部として構成する。次に
、上述の本発明による固体撮像装置の構成の理解を容易
にするために、その製法の一例を第８図を参照して説明
しよう。図は第３図のＡ−Ａ断面に対応する。まず、第
８図Ａに示す如く１の導電形のシリコン半導体基体１０
を設け、その表面のＳｉＯ２膜２４を所定パターンに選
択エツチングしてその除去された窓孔を通して基体と同
じ導電形の不純物を拡散してチヤンネルストツパ一領域
１５及びその延長部２１（図示せず）を形成する（第８
図現次に、チヤンネルストツパ一領域１５及び延長部２
１を含む基体１０上に所定厚の熱酸化によるＳｉＯ２膜
１１を形成して後、このＳｉＯ２膜１１上に多結晶シリ
コン層中にＰ形若しくはＮ形の不純物を高濃度をもつて
ドープした低比抵抗シリコン層２６を形成する（第８図
Ｃ′及びＤ）。

第８図Ｅに示す如く、この多結晶シリコン層２６にフオ
トエツチングを行い不要部分を除去してこの層２６によ
つてストレージゲート電極１３を形成する。

このときストレージゲート電極１３は第３図で示した欠
除による窓部２３ｓを同時に形成する。次に第８図Ｆに
示す如く、化学気相成長法、或は熱酸化によつてＳｉＯ
２膜１１を全面に形成する。

次いで、第８図Ｇに示す如く、このＳｉＯ２膜１１上に
Ｐ形若しくはＮ形の不純物を高濃度をもつてドープした
多結晶シリコン層２７を被着し、この多結晶シリコン層
２７にフオトエツチングを施して不要部分を除去してト
ランスフアーゲート電極２０を形成する。このときトラ
ンスフア一電極２０は第３図で示した欠除による窓部２
３ｔを同時に形成する（第８図Ｈ）。次に、化学的気相
成長法、或は熱酸化によつて全面にＳｉＯ２膜１１を形
成して後（第８図１）、爾後光情報蓄積電極２５Ａを形
成すべき窓部２３ｔｆ）ＳｉＯ２膜を選択除去して、こ
こに新たに所定厚のＳｉＯ２膜１１を形成するようにな
す（第８図Ｊ）。

然る後、実質的に受光部１となるべき窓部２３ｓを除く
全面にＡｔ等の光を遮えぎる金属層２５を被着形成する
。

次に、上述の構成による本発明装置の動作を説明する。

光情報蓄積電極２５Ａを兼ねる金属層２５には第９図Ａ
に符号３０で示すような波形の電圧が与えられる。これ
はその受光区間τ８即ち、シフトレジスタ部２で垂直シ
フトを行つている区間に於ては負の所定電圧Ｖｓ例えば
、−１０Ｖが与えられ、受光部１よりシフトレジスタ部
２に信号電荷を転送する区間τｔにおいては之より小さ
い転送電圧ｓ′例えば−８〜−５Ｖが与えられるように
する。又、シフトレジスタ部の各転送部上の電極、即ち
互に隣り合うトランスフアーゲート電極２０とストレー
ジゲート電極１３とを互に接続して、１つ置きの転送部
即ち１つ置きの組のゲート電極２０，１３ＶＣ．夫々２
組のクロツクパルス電圧φ， ，φ２が第９図Ｂ及びＣ
中、符号３１及び３２に示す如く与えられる。今、受光
区間τ８に於て、光情報蓄積電極２５Ａへの印加電圧８
が負の電圧例えば−１０Ｖ与えられ、シフトレジスタ部
２の転送部のトランスフアーゲート電極２０とストレー
ジゲート電極１３にクロツクパルスφ，例えば負の電圧
−１０が与えられた伏態をみると、この時の各部の基体
１０の表面に於けるポテンシヤルは、第４図、第５図及
び第６図中、破線３３で示すように、光情報蓄積電極２
５Ａの直下にポテンシヤルの井戸３３ａが形成され、チ
ヤンネルストツパ一領域１５が存在する部分に於てはポ
テンシヤルの山３３ｂが形成され、さらに受光部１とシ
フトレジスタ部２との間のチヤンネルストツパ一領域１
５が存在しない電荷転送通路２２に於てはその両側のチ
ヤンネルストツパ一領域１５のポテンシヤルの影響によ
つて第６図破線３３の部分３３ｃＶＣ．示す如く、ポテ
ンシヤルの山（バリア）が形成されている。尚、第５図
及び第６図において符号３３ｆ及び３３ｇで示す部分は
夫々クロツクパルス電圧φ１又はφ２が与えられて生じ
たポテンシヤルの井戸である。この伏態で今、受光部１
即ち窓部２３ｓに光が入ると、この受光量に応じて少数
キヤリア（ホール）が生成され、この少数キヤリアが−
１０Ｖの電圧が印加されてポテンシヤルの井戸３３ａが
形成されている光情報蓄積電極２５Ａ下に拡散して此処
に蓄積され、このポテンシヤルの井戸３３ａが上昇して
来る。このようにして受光量に応じて蓄積されたキヤリ
アは次の区間τｔにおいてシフトレジスタ部２に転送さ
れる。即ち、この区間τｔにおいては、第９図Ａに説明
したように光情報蓄積電極２５Ａには、例えば−８Ｖ〜
−５Ｖの小なる転送電圧が与えられるが、この時、１つ
置きの転送部、即ち１つ置きの組の電極２０及び１３に
−１０Ｖのクロツクパルス電圧φ，が与えられていると
すると、この時第５図及び第６図に示す如く、このクロ
ツクパルス電圧φ１が与えられているシフトレジスタ部
２の転送部には夫々部分３３ｆ，３３ｇに示す如くポテ
ンシヤルの井戸が生じている。従つて、ここで光情報蓄
積電極２５Ａに与える電圧を小とすると、その電極２５
Ａ下における表面ポテンシヤルは第６図破線３４に示す
如く持ち上がり、これが電荷転送通路２２に於けるポテ
ンシヤル３３ｃより持ち上げられればその電極２５Ａ下
の電荷は井戸３３ａからトランスフアーゲート電極２０
下のポテンシヤル井戸３３ｇへ、更にストレージゲート
電極１３下のポテンシヤル井戸３３ｆへと転送されて、
ここに蓄積される。尚、区間τｔにおいて光情報蓄積電
極２５Ａに与えるパルスの巾Ｗ８はクロツクφ，の巾Ｗ
１より小に選定する。このようにして受光部１に生じた
電荷がシフトレジスタ部２に転送された後は、再び光情
報蓄積電極２５Ａには大なる負の電圧、例えば−１０Ｖ
が与えられ、受光状態になされると共にシフトレジスタ
の隣り合う組の電極には２相のクロツクパルス電圧φ１
及びφ２が与えられ、これによつて垂直方向へと順次そ
の電荷が転送されて第１図に説明したように水平シフト
レジスタ３へと転送されて行くものである。

そして、次の区間τｔにおいてはシフトレジスタ部２の
他の１つ置きの転送部の電極２０，１３にクロツクパル
ス電圧φ２が与えられて、光情報蓄積電極２５Ａに−８
Ｖ〜−５Ｖの転送電圧Ｖｓ／が与えられるようにして、
この１つ置きの水平ラインに関して受光部からキヤリア
が転送されるようにして、次の区間τ８でこのキヤリア
を垂直方向にシフトして順次１つ置きの水平ラインの信
号を読み出して行く。

上述した本発明構成によれば、実質的に受光をなす窓部
２３ｓに於ては従来の透明電極の如き光情報蓄積電極が
存在しないので、この電極によつて受光感度が低下した
り損われることがない。

又、受光部１に於て成生されたキヤリアの蓄積部の電極
即ち光情報蓄積電極２５Ａと遮光層２５Ｂとが共通の金
属層２５にて同時形成できるので、この種固体撮像装置
の製造工程を簡略化することができる。さらに、受光部
１とこれに対応するシフトレジスタ部２との間には受光
部１よりの電荷を転送するための電極を特設することな
く、その転送を行うようにしたので構造が簡潔化され、
しかもその場合に於て電荷転送通路２２から距離的に近
い方に光情報蓄積電極２５Ａを形成し、遠い方に実質的
な受光部１を形成するようにしているので受尤部１から
シフトレジスタ部２への電荷転送が良好に行える。尚、
上述した例に於ては２相クロツク形の構成とした場合に
ついて説明したが、３相クロツク形の構成とすることも
できる。

又、上例では２次元的の固体撮像装置に適用した場合で
あるが１垂直ラインの所謂１次元的の固体撮像装置にも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインターラインシフト方式の固体撮像装置の原
理的構成図、第２図はその要部の断面図、第３図は本発
明による固体撮像装置の要部の上面図、第４図、第５図
、第６図及び第Ｔ図は夫々第３図のＡ−Ａ線上の拡大断
面図，Ｂ−Ｂ線上の拡大断面図、Ｃ−Ｃ線上の拡大断面
図及びＤ−Ｄ線上の拡大断面図、第８図は本発明装置の
製法の一例を示す工程順の断面図、第９図は本発明装置
の動作の説明に供する図である。 １は受光部、２はシフトレジスタ部、３は水平シフトレ
ジスタ部、１１は絶縁層、１３はストレージゲート電極
、１５はチヤンネルストツパ一領域、２０はトランスフ
アーゲート電極、２３は窓、２５は金属層、２５Ａは光
情報蓄積電極、 ２５Ｂ は遮光層である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トランスファーゲート電極及びストレージ電極が交
   互に配されたシフトレジスタ部と、受光部を有し、上記
   受光部の一部でキャリア生成部が、受光部の他部でキャ
   リア蓄積電極を有したキャリア蓄積部が夫々構成され、
   上記受光部以外の上記シフトレジスタ部を含む他部全域
   上には絶縁層を介して遮光層が配され、上記キャリア蓄
   積電極と上記遮光層とが共通の金属層で一体に形成され
   て成る固体撮像装置。