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発明の名称 固体撮像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−232380
公開日 平成6年(1994)8月19日
出願番号 特願平5−16143
出願日 平成5年(1993)2月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 安藤 治久 / 木村 勝高 / 宮沢 敏夫 / 竹本 一八男 / 上原 正男 / 中川 英樹 / 田中 清
要約 目的


構成
CCD型撮像素子の垂直CCDレジスタの転送ゲート電極の重なり部分を小さく或いはホトダイオードから遠ざけるように垂直CCDレジスタの転送ゲート電極形状を変えることにより、各ダイオード上に設けられるマイクロレンズの曲率を整え、集光効率を向上する。
特許請求の範囲
【請求項1】同一半導体基板上に二次元状に形成された光電変換素子群と、前記各光電変換素子群からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直CCDレジスタ群と、前記光電変換素子群からの信号を前記垂直CCDレジスタ群に転送する選択ゲートと、前記各垂直CCDレジスタ群からの信号を水平方向に転送する水平CCDレジスタと、その信号を外部に出力する手段とを具備する固体撮像装置において、前記選択ゲートは前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートと共用化されており、前記垂直CCDレジスタの選択ゲートのチャネル幅が前記光電変換素子群の垂直方向の繰り返しピッチの半分以上であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項2】同一半導体基板上に二次元状に形成された光電変換素子群と、前記各光電変換素子群からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直CCDレジスタ群と、前記光電変換素子群からの信号を前記垂直CCDレジスタ群に転送する選択ゲートと、前記各垂直CCDレジスタ群からの信号を水平方向に転送する水平CCDレジスタと、その信号を外部に出力する手段とを具備する固体撮像装置において、前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートは複数層の電極層から成り、前記各光電変換素子の水平方向に隣接する前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートの重なり領域の幅が前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートの幅よりも小さいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項3】請求項1において、前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートは複数層の電極層から成り、前記各光電変換素子の水平方向に隣接する前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートの重なり領域の幅が前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートの幅よりも小さい固体撮像装置。
【請求項4】同一半導体基板上に二次元状に形成された光電変換素子群と、前記各光電変換素子群からの信号電荷を垂直方向に転送する垂直CCDレジスタ群と、前記光電変換素子群からの信号を垂直CCDレジスタ群に転送する選択ゲートと、各垂直CCDレジスタ群からの信号を水平方向に転送する水平CCDレジスタと、その信号を外部に出力する手段とを具備する固体撮像装置において、前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートは複数層の電極層から成り、前記各光電変換素子の水平方向に隣接する前記垂直CCDレジスタ群の転送ゲートの重なり領域が無いことを特徴とする固体撮像装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に係り、特に、高感度化を図った固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の固体撮像素子の一例が、1991年テレビジョン学会年次大会講演予稿集pp33〜34に記載されている。この装置は図7に示すようになっていた。1フィールド期間中にホトダイオード1に蓄積された信号電荷はホトゲート2を介して垂直CCDレジスタ3に転送される。垂直CCDレジスタ3に転送された信号電荷は、垂直クロック入力端子40,41,42,43に印加される外部パルスによって各垂直クロックゲート線10,11,12,13が駆動されることにより、一水平走査期間毎に水平CCDレジスタ5に送り込まれ、出力アンプ6を介して外部に出力される。
【0003】図8はホトダイオードおよび垂直CCDレジスタの平面パターンを示したものである。ここで、10および12は第1層目のポリシリコンゲート電極、11および13は第2層目のポリシリコンゲート電極であり、図7の10〜13にそれぞれ対応している。14〜19はポリシリコンゲート電極上に形成されるアルミニウム等から成る遮光膜に覆われてない領域で、これを開口領域と呼ぶ。214〜219は、さらに、その上面に形成されるマイクロレンズのパターンを示したものである。
【0004】図8において、A−A′線での断面図を図9に、B−B′線での断面図を図10に示す。図9において、20のN型半導体基板内に形成された21のP型ウエル内にこれより高濃度の22,122のP型ウエルを、さらにその中にCCDチャネルを形成する23,123のN型不純物領域が設けられている。また、24はホトダイオードとなるN型不純物領域であり、その上面に形成される25のP+型不純物領域は半導体表面で発生する暗電流を抑圧するために設けられている。23,123の片側に設けられた26,126のP型不純物領域は垂直CCDレジスタとホトダイオードとを分離するためのものである。CCDチャネル上には27,127のポリシリコンゲートが29の酸化膜等の絶縁膜を介して形成される。さらにその上面には28,128の遮光用のアルミニウムが配置される。さらにその上面には221の酸化シリコン等の保護膜を介してポリビニル系樹脂等から成るマイクロレンズ220が集光効果を上げる為に設けられている。また、23と24との対向する部分はゲート27によりポテンシャルが制御され、ホトダイオードの選択ゲートとして働く。
【0005】図10は図8におけるB−B′線での断面図を示したものである。ここで、20〜220の各要素は図9の各要素と同じものである。この切断面では第1層目のポリシリコンゲート30,130の上に第2層目のポリシリコンゲート27,127が重なっている。この結果、上面に形成されるマイクロレンズ220の曲率は図9におけるマイクロレンズの曲率と異なってしまい、効率良く集光することが不可能であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、マイクロレンズの利用を考慮した素子の段差構造に関する配慮が充分ではなかった。
【0007】本発明の目的は、高感度化を図った固体撮像装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】従来のCCD型撮像素子の受光部の段差の内、最も重要な影響を与えるのは垂直CCDレジスタの転送ゲート電極の重なり部分である。そこで、この重なり部分を小さく或いはホトダイオードから遠ざけるように垂直CCDレジスタの転送ゲート電極形状を変える。
【0009】
【作用】CCD型撮像素子の垂直CCDレジスタの転送ゲート電極の重なり部分を小さく或いはホトダイオードから遠ざけるように垂直CCDレジスタの転送ゲート電極形状を変えることにより、各ダイオード上に設けられるマイクロレンズの曲率を整えることが出来、集光効率を向上することが出来る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1により説明する。同図はホトダイオードおよび垂直CCDレジスタの平面パターンを示したものであり、各構成要素は図8と同じである。図8との違いは10〜13のポリシリコンゲート電極の形状が異なっていることである。図中、aおよびbで示した長さはそれぞれ第1層目のポリシリコンゲート及び第2層目のポリシリコンゲートの転送電極長に対応する。bはホトダイオードの選択ゲートのチャネル幅と言い替えることもできる。このように、長さbをaより大きくすることにより、従来マイクロレンズの中央部近くにあったポリシリコンゲートの重なり領域を遠ざけることが出来る。その結果、マイクロレンズの曲率を整えることが出来、集光効率を上げることが出来る。
【0011】図2は本発明の別の実施例を示したものである。同図はホトダイオードおよび垂直CCDレジスタの平面パターンを示したものであり、各構成要素は図8と同じである。図8との違いは10〜13のポリシリコンゲート電極の形状が異なっていることである。ポリシリコンゲートの重なり領域において、第2層目のポリシリコンゲート形状を同図の様に斜め形状とすることにより、ホトダイオードに隣接した段差を緩和することが出来る。その結果、マイクロレンズの曲率を整えることが出来、集光効率を上げることが出来る。
【0012】図3は本発明の別の実施例を示したものである。同図はホトダイオードおよび垂直CCDレジスタの平面パターンを示したものであり、各構成要素は図8と同じである。図8との違いは10〜13のポリシリコンゲート電極の形状が異なっていることである。ポリシリコンゲートの重なり領域で、第2層目のポリシリコンゲート形状を同図の様に階段形状とすることにより、ホトダイオードに隣接した段差を緩和することが出来る。その結果、マイクロレンズの曲率を整えることが出来、集光効率を上げることが出来る。
【0013】図4は本発明の別の実施例を示したものである。図6は図4におけるD−D′線における断面図を示したものであり、図5は従来例である図8におけるC−C′線での断面図を示したものである。
【0014】図5および図6において、20のN型半導体基板内に形成された21のP型ウエル内にこれより高濃度の22のP型ウエルを、さらにその中にCCDチャネルを形成する23のN型不純物領域が設けられている。その上面に酸化膜29を介して形成される10と12は第1層目のポリシリコンゲートであり、11と13は第2層目のポリシリコンゲートである。ポリシリコンゲートの10と11あるいは12と13の間の段差が図6では平坦になることが重要である。
【0015】図4はホトダイオードおよび垂直CCDレジスタの平面パターンを示したものであり、各構成要素は図8と同じである。図8との違いは10〜13のポリシリコンゲート電極の形状が異なっていることである。ポリシリコンゲートの重なり領域において、第2層目のポリシリコンゲート形状を同図の様に短くすることにより、ホトダイオードに隣接した段差を無くすることが出来る。その結果、マイクロレンズの曲率を整えることが出来、集光効率を上げることが出来る。
【0016】本実施例では、ゲート間の重なり領域が大幅に減少するのでゲート配線容量も減少し素子の駆動も容易になる。なお、以上の図1ないし図4の実施例はそれぞれ組み合わせて使用してもよい。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロレンズの集光効率を向上することが出来るので高感度の固体撮像装置が実現できる。




 

 


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