JPH02262370A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電荷転送素子（ＣＯＤ）を用いた固体撮像装
置に係わり、特に溝の側面にＣＣＤを形成した固体撮像
装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＣＯＤを用いた固体撮像装置は、テレビジョンカ
メラやスチルカメラ等に広く使用されている。ごの固体
撮像装置の一例を第６図に示す。半導体基板６０上に蓄
積ダイオード６１がマトリックス状に配置され、ダイオ
ード６１に隣接して縦列方向に複数本の電荷転送部（垂
直レジスタ部）７１が配置されている。また、垂直レジ
スタ部７１の端には電荷転送部（水平レジスタ部）７２
が配置されている。この装置では、ダイオード６１に蓄
積された信号電荷は垂直レジスタ部７１に読出され、水
平レジスタ部７２に転送される。そして、電荷検出部７
３に転送されて出力されることになる。

第７図は上記装置の１画素構成を示す断面図であり、図
中６０はｐ型シリコン基板、６１は蓄積ダイオードとな
るｎ型層、６２は電荷転送部となるｎ型層、６３は転送
ゲート、６４は信号読出し部、６５は絶縁層、６６は引
出し電極、６７は画素電極、６８は光電変換に供される
光導電膜、６９は透明電極を示している。この構成では
、光導電膜６８に入射した光は光電変換され、画素電極
６７及び引出し電極６６を通り、電荷として蓄積ダイオ
ード６１に蓄積される。

そして、転送ゲート６３の一部からなる電荷読出し手段
６４により、ｎ型層６２側に読出され転送されていく。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、残像を低減するためには電荷読出し部
の長さＢをできる限り長くする必要があり、また転送効
率を向上させ飽和信号を大きくするためには、電荷転送
部の幅Ａをできる限り広くしなければならない。第６図
及び第７図の構造では、電荷読出し部も電荷転送部も平
面上に形成しているので、これを満足しようとすると素
子面積が増大することになる。

このため、素子の微細化が困難であり、画素数の増大を
はかることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の固体撮像装置では、残像を低減し転送
効率の向上をはかろうとすると、電荷読出し部及び電荷
転送部の占める面積が増大することになり、これが素子
の微細化及び高集積化を妨げる一要因となっていた。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、残像の増大及び転送効率の低下を招
くことなく、素子の微細化及び高集積化をはかることが
でき、より高精彩画像を得ることのできる固体撮像装置
を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、半導体基板に細い溝を形成し、この溝
内に電荷転送部及び信号読出し部を形成することにより
、素子の微細化をはかることにある。

即ち本発明は、半導体基板上に１列に配置された複数の
蓄積ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して
１列に配置された電荷転送部と、前記蓄積ダイオードと
電荷転送部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積さ
れた信号電荷を電荷転送部に読出す信号読出し部とを備
えた固体撮像装置において、前記蓄積ダイオードに隣接
して前記基板に溝を設け、この溝の側面にＣＣＤチャネ
ル及び転送ゲートを形成して電荷転送部を構成すると共
に、該溝の側面に読出しゲートを形成して信号読出し部
を構成するようにしたものである。

また本発明は、半導体基板上に２次元状に配置された複
数の蓄積ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接
して縦列状に配置された複数本の垂直レジスタ部と、こ
れらの垂直レジスタ部の端に接続して横列状に配置され
た水平レジスタ部と、前記蓄積ダイオードと垂直レジス
タ部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信
号電荷を垂直レジスタ部に読出す信号読出し部とを備え
た固体撮像装置において、前記蓄積ダイオードに隣接し
て前記基板に縦列状に複数本の溝を設け、これにの溝の
側面にＣＣＤチャネル及び転送ゲートを形成して垂直レ
ジスタ部を構成すると共に、該溝の側面に読出しゲート
を形成して信号読出し部を構成するようにしたものであ
る。

（作用） 本発明によれば、半導体基板に形成した溝の側面に電荷
転送部及び信号読出し部を設けることにより、溝の深さ
が電荷転送部の幅と信号読出し部の長さとを加えたもの
となる。このため、溝の深さを深くすれば、電荷転送部
のチャネル幅及び信号読出し部の長さを十分に確保し、
且つ平面上においてはその面積を十分に小さくすること
ができる。従って、素子面積を従来と同じとすれば、残
像の低減及び転送効率の向上を計ることが可能となる。

また、残像及び転送効率を従来と同じとすれば、素子の
微細化及び高集積化が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す平面図であり、第２図（ａ）は第１図の矢視
Ａ−Ａ断面、第２図（ｂ）は第１図の矢視Ｂ−Ｂ断面、
第２図（Ｃ）は第１図の矢視Ｃ−Ｃ断面を示している。

なお、第２図（ｂ）　（ｃ）では、転送ゲートより上を
省略して示している。

第１図において、半導体基板１０上には蓄積ダイオード
１３がマトリックス状に配置されており、これらのダイ
オード１３に隣接して複数本の垂直レジスタ部３０が縦
列方向に形成されている。垂直レジスタ部３０と蓄積ダ
イオード１３との間には、信号読出し部２０が形成され
ている。また、垂直レジスタ部３０の端には、水平レジ
スタ部４０が配置され、水平レジスタ部４０の端には電
荷検出部４１が配置されている。

本装置の基本的な構成は従来と同様であり、本装置が従
来と異なる点はζ垂直レジスタ部３０の配置及び溝を設
けたことにある。即ち、垂直レジスタ部３０は、対応す
るダイオード列の右側又は左側の一方に配置するのでは
なく、レジスタ列の（２ｎ　−１）列とｎ列（ｎは正の
整数）とが隣接す、るように配置されている。そして、
隣接するレジスタ列の間に溝１８が設けられ、この溝１
８の側面に、ＣＣＤチャネル及び転送ゲート３１．３２
からなる垂直レジスタ部３０と転送ゲート３１からなる
信号読出し部２０が形成されている。

本装置の１画素構造を第２図を参照して詳しく説明する
。第２図（ａ）に示す如く、ｐ型シリコン基板１０の表
面には蓄積ダイオードとなるｎ゛型層１３が形成され、
隣接するダイオード１３の間には溝１８が形成されてい
る。溝１８の底部に”はｐ＋型反転防止層２３が形成さ
れ、溝１８の側面にはｎ型ＣＣＤチャネル２４が形成さ
れている。溝１８内にはゲート酸化膜２５を介してポリ
シリコンからなる第１の転送ゲート３１が形成されてい
る。ここで、転送ゲート３１の一部は溝１８の上端でダ
イオード１３に接近しており、信号読出しゲートを兼ね
るものとなっている。つまり、・溝１８内に信号読出し
部２０と電荷転送部３０が形成されている。

なお、ダイオード１３の上記溝１８とは反対側のシリコ
ン基板１０の表面に、必要に応じてｐ＋型層２２が形成
される。このようなｐ＋型層２２を設けることによって
、ダイオード１３とこれに隣接して配置されるダイオー
ド（図示せず）等との間の分離を確実なものとすること
ができる。

また、溝１８内には第２図（ｂ）に示す如く、ゲート酸
化膜２５を介して第２の転送ゲート３２が形成されてい
る。ここで、第２図（Ｃ）に示す如く、第１の転送ゲー
ト３１は第１層ポリシリコンで、第２の転送ゲート３２
は第２゛層ボリシリコンである。また、各転送ゲート３
１゜３２は隣接するもの同士で連続しているが、これを
分離しても何等差し支えない。

転送電極３１．３２より上の構成は従来の積層型と同様
である。即ち、基板１０及び転送電極３１．３２上に絶
縁膜３４が堆積され、この絶縁膜３４にコンタクトホー
ルを開けて、ダイオード１３に接続される引出し電極３
５が形成されている。絶縁膜３４上には、引出し電極３
５に接続される画素電極３６が形成されている。そして
、画素電極３６上には光電変換に供されるアモルファス
シリコン等の光導電膜３７が堆積され、この光導電膜３
７上にＩＴＯ等の透明電極３８が形成されている。

次に、上記構成の固体撮像装置の製造方法について、第
３図を参照して説明する。まず、第３図（ａ）に示す如
く、ｐ型シリコン基板１０上にシリコン熱酸化膜１１を
形成し、この上にイオン注入のためのマスク材１２を形
成する。続いて、蓄積ダイオード１３及び溝１８となる
領域に不純物をイオン注入し、例えばｎ＋層］３を形成
する。

次いで、第３図（ｂ）に示す如くマスク材１２及びシリ
コン熱酸化膜１１を除去した後、基板１０上に再びシリ
コン熱酸化膜１４．シリコン窒化膜１５及びＣＶＤ−３
ｉＯ□膜１６を形成する。その後、第３図（Ｃ）に示す
如く、電荷転送部２０及び信号読出し部３０を形成すべ
き部分に開口を設けたレジスト１７を形成し、このレジ
スト１７をマスクにＲＩＥで各絶縁膜１６゜１５．１４
を選択エツチングする。さらに、第３図（ｄ）に示す如
く、絶縁膜１６，１５．１４をマスクにシリコン基板１
０を選択エツチングし、溝１８を形成する。

次いで、第３図（ｅ）に示す如く、絶縁膜１６上及び溝
１８の表面に窒化膜１９を形成する。

続いて、窒化膜１９をＲＩＥでエツチングすると、第３
図（ｆ’）に示す如く、溝１８の側壁に窒化膜１９が残
る。さらに、第３図（ｇ）に示す如く、窒化膜１９をマ
スクとして、シリコン基板１０を選択エツチングし、再
度深い溝を形成する。次いで、第３図（ｈ）に示す如く
、ダイオード１３の分離領域２１の各絶縁膜１６，１５
゜１４をマスクを用いて除去する。続いて、溝１８の底
部及びダイオード分離領域２１に基板１０と同導電型の
不純物をイオン注入し、ｐ“型層（反転防止層）２２．
２３を形成する。さらに、溝１８の側面にイオン注入或
いはＰＳＧの拡散によりｎ型層（ＣＯＤチャネル）２４
を形成する。

次いで、各絶縁膜１６，１５．１４及び窒化膜１９を除
去した後、第３図（１）に示す如く、ゲート酸化膜２５
を介して多結晶シリコン膜２６を形成する。続いて、第
３図（ｊ）に示す如く、多結晶シリコン膜２６を所望パ
ターンにバターニングして第１の転送ゲート３１を形成
する。さらに、第３図（ｊ）の断面には示されないが、
前記ゲート酸化膜２５を介して第２の転送ゲート３２を
形成する。これ以降は、前記絶縁膜３４．引出し電極３
５及び画素電極３６を形成し、その上にアモルファスシ
リコン等の光導電膜３７を堆積し、さらにＩＴＯ等の透
明電極３８を形成することにより、前記第２図に示す構
造が実現されることになる。

このような構成であれば、基板１０の表面に設けた溝１
８の側面にＣＯＤチャネル２４及び転送ゲート３１．３
２が形成されることになる。

従って、溝１８の深さが電荷転送部３０のチャネル幅と
信号読出し部２０の長さとを足したものとなり、平面的
な占有面積を増やすことなく、電荷転送部３０の幅を広
くすることができ、且つ信号読出し部２０の長さを長く
することができる。このため、素子の微細化（画素数の
増大）と共に転送効率の向上をはかり得る。さらに、電
荷転送部３０の幅を広くしたにも拘らず、信号読出し部
２０の長さは十分に確保することができ、これにより残
像の低減をはかることも可能である。また、本実施例で
は、（２ｎ−１）列と２ｎ列のレジスタ列を隣接させ、
溝１８の両側面にそれぞれの電荷転送部のＣＣＤチャネ
ルを形成しているので、溝１８の本数を減らすことがで
きる利点がある。

第４図は本発明の他の実施例の概略構成を示す断面図で
あり、前記第１図の矢視Ａ−Ａ断面に相当している。な
お、第１図及び第２図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、光導電
膜積層型でなく、通常のＣＣＤ型に前述した溝構造を適
用したことにある。即ち、転送電極３１．３２までの構
成は先の実施例と略同様であり、その上に画素電極３６
や光導電膜３７等を形成するのではなく、絶縁膜５６゜
５８及び光シールド層５７を形成している。

第５図は第４図に示す固体撮像装置の製造工程を示す断
面図である。まず、第５図（ａ）に示す如く、ｎ型シリ
コン基板５０上にマスク５１を形成し、ボロン（Ｂ＋）
のイオン注入及び拡散によりｐウェル５２を形成する。

次いで、マスク５１を除去した後、第５図（ｂ）に示す
如く、再びボロンのイオン注入により、受光蓄積部の領
域に上記ｐウェル５２よりも浅いｐウェル５３を形成す
る。次いで、第５図（Ｃ）に示す如く、基板５０上に絶
縁膜５４を形成し、蓄積ダイオード領域及び溝領域の絶
縁膜５４に開口を開け、イオン注入を行い、ｎ＋層１３
を形成する。

次いで、第５図（ｄ）に示す如く、絶縁膜５４を除去し
た後、基板５０に絶縁膜５５を形成し、絶縁膜５５に開
口を開ける。この絶縁膜５５は、前記３層の絶縁膜１４
．１５．１６と同様のものであってもよい。続いて、絶
縁膜５５をマスクにＲＩＥでｐウェル５２を選択エツチ
ングし、溝１８を形成する。さらに、先の実施例と同様
に、窒化膜１９を溝１８の側壁に形成し、これをマスク
として再度ｐウェル５２を選択エツチングして深い溝１
８を形成する。そして、第５図（ｅ）に示す如く、先の
実施例と同様に溝１８の底面にｐ＋型反転防止層２３を
形成すると共に、側面にｎ型ＣＣＤチャネル２４を形成
する。

これ以降は、絶縁膜５５を除去した後、先の実施例と同
様に、ゲート酸化膜２５．転送ゲー）３１，３２及び蓄
積ダイオード１３等を形成する。ここで、蓄積ダイオ−
下１３は先の実施例とは異なり、蓄積と共に受光して電
荷を生成する充電変換部として作用する。そして、この
基板上に絶縁膜５６．光シールド電極としての例えばア
ルミニウム膜５７を形成し、その上にプラズマ窒化膜等
の絶縁膜５８を形成することにより、前記第４図に示す
構造が実現されることになる。

このような構成であっても、素子面積の増大を招くこと
なく、電荷転送部の幅を広くすることができ、且つ信号
読出し部の長さを長くすることができる。従って、先の
実施例と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記溝の深さや幅等の条件は、得ようと
する電荷転送部のチャネル幅及び信号読出し部の長さ等
に応じて適宜窓めればよい。さらに、垂直レジスタ部と
水平レジスタ部との間に、電荷のストレージ部を有する
固体撮像装置に適用することも可能である。また、実施
例では蓄積ダイオードをマトリックス（２次元）状に配
置した例で説明したが、ラインセンサ等のように蓄積ダ
イオードを１列に配置したものに適用することもできる
。この場合、垂直レジスタ部と水平レジスタ部とを分け
る必要はなく、蓄積ダイオード配列に沿って１本の電荷
転送部を設ければよい。さらに、実施例では信号読出し
ゲートを溝の側壁のみに形成したが、該ゲートを基板上
まで延長してもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、半導体基板に溝を
形成し、この溝の側面に電荷転送部及び信号読出し部を
形成しているので、素子面積の増大を招くことなく、電
荷転送部の幅を広くすることができ、且つ信号読出し部
の長さを長くすることができる。従って、素子の微細化
及び高集積化を可能にし、より高精彩画像を得ることの
できる固体撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の概略
構成を示す平面図、第２図は第１図の各部の矢視断面を
示す図、第３図は上記固体撮像装置の製造工程を示す断
面図、第４図は本発明の他の実施例の概略構成を示す断
面図、第５図は第４図の装置の製造工程を示す断面図、
第６図及び第７図は従来装置の概略構成を説明するため
のもので、第６図は平面図、第７図は断面図である。 １０・・・ｐ型シリコン基板、 １３・・・ｎ＋型蓄積ダイオード、 １８・・・溝、 ２０・・・信号読出し部、 ２４・・・ｎ型層（ＣＯＤチャネル）、３０・・・垂直
レジスタ部、 ３１．３２・・・転送ゲート、 ３６・・・画素電極、 ３７・・・光導電膜、 ３８・・・透明電極、 ４０・・・水平レジスタ部、 ５０・・・ｎ型シリコン基板、 ５２・・・ｐウェル、 ５７・・・光シールド層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に１列に配置された複数の蓄積ダイ
   オードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して１列に配
   置された電荷転送部と、前記蓄積ダイオードと電荷転送
   部との間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信号
   電荷を電荷転送部に読出す信号読出し部とを備えた固体
   撮像装置において、 前記蓄積ダイオードに隣接して前記基板に溝を設け、こ
   の溝の側面に前記電荷転送部及び信号読出し部を形成し
   てなることを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）半導体基板上に２次元状に配置された複数の蓄積
   ダイオードと、これらの蓄積ダイオードに隣接して縦列
   状に配置された複数本の垂直レジスタ部と、これらの垂
   直レジスタ部の端に接続して横列状に配置された水平レ
   ジスタ部と、前記蓄積ダイオードと垂直レジスタ部との
   間に配置され、蓄積ダイオードに蓄積された信号電荷を
   垂直レジスタ部に読出す信号読出し部とを備えた固体撮
   像装置において、 前記蓄積ダイオードに隣接して前記基板に縦列状に複数
   本の溝を設け、これら溝の側面に前記垂直レジスタ部及
   び信号読出し部を形成してなることを特徴とする固体撮
   像装置。
3. （３）前記垂直レジスタ部は、（２ｎ−１）列と２ｎ列
   （ｎは正の整数）とが隣接しており、前記溝は隣接する
   垂直レジスタ部間に設けられていることを特徴とする請
   求項２記載の固体撮像装置。
4. （４）前記電荷転送部は、溝の側面の下部側にＣＣＤチ
   ャネル及び転送ゲートを形成してなるもので、前記信号
   読出し部は、転送ゲートの一部を溝の上部側まで延長し
   前記蓄積ダイオードに近接させてなるものであることを
   特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。