JPH0327569A - 固体撮像素子 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体撮像素子に関し、特に、受光領域におい
て発生した光電変換電荷を一旦蓄積ゲート電極下に蓄積
するタイプの固体撮像素子に関する。

［従来の技術］ 第３図は、この種従来例の固体撮像素子の平面図であり
、第４図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第３図のＩＶ　
ａ　−　ＩＶ　ａ　’線、ＩＶｂ−ＩＶｂ　’線断面図
である。

第３図、第４図に示されるように、従来の撮像素子にお
いては、Ｐ型半導体基板１内にＮ型受光領域２が設けら
れ、この受光領域に隣接して半導体基板上に絶縁膜３を
介してゲート電極４ａが設けられており、そしてこの電
極に続いて電荷転送方向に向かって順に蓄積ゲート電極
５、トランスファゲート電＠６が設けられている。トラ
ンスファゲート電極６の先には電荷転送部（その転送ゲ
ート電極の図示は省略されている）７が設けられている
。また、蓄積ゲート電極５に隣接して電荷転送方向と直
角方向にオーバーフロー制御電ｆｉ８ａが設けられ、そ
の先の半導体基板１内にはＮ導電型のオーバーフロード
レイン領域９が形或されている。第３図において、実線
ＡにｒＩＢまれた領域が活性領域であるが、この領域は
、Ｐ＋型チャネルストッパあるいはロコス酸化膜くいず
れも図示を省略〉によって囲まれ、他の領域がら分離さ
れている。

この従来の固体撮像素子の第４図（ａ）および第４図（
ｂ）の断面に沿った半導体基板表面のポテンシャル分布
を、それぞれ第５図（ａ）、第５図（ｂ）に示す。受光
領域２で光電変換された電荷は、ゲート電極４ａ直下の
深さφ４１のボテンシャル井戸を通って蓄積ゲート電極
５直下に蓄えられる。通常は、蓄積ゲート電極直下の電
荷はトランスファゲート電極６を介して電荷転送部７へ
送られ（トランスファゲート電極が電荷トランスファ動
作を行っているときの電極６下のポテンシャルを第５図
（ａ）において点線にて示す）た後、この電荷転送部内
を矢印方向に沿って出カ部へ向けて転送される。しがし
、光電変換された電荷量が多く、これを蓄積ゲート電極
下に保持しきれないときには、あふれた電荷はオーバー
フロー制御電極８ａ直下の深さφ８ａのポテンシャル井
戸を通ってオーバーフロードレイン領域９へ流れ込む。

このような動作により、蓄積電荷のあふれ出しによるブ
ルーミングと呼ばれる動作不良を防いでいる。

［発明が解決しようとする課題］ 固体撮像素子においては、ブルーミングを抑制するため
に、ゲート電極４ａ直下のポテンシャル井戸の深さφ４
はり、オーバーフロー制御電極８ａ直下のポテンシャル
井戸の深さφ８８の方を深くする必要があるが、従来の
固体撮像素子においては、ブルーミング抑制を全うする
ために、製造上のばらつきをも考慮してポテンシャル井
戸の深さの差が十分大きくなるようになされている。し
たがって、従来の固体撮像素子においては、蓄積ゲート
電極下に蓄積可能な光電変換電荷の量が減少し感度が低
下した。また、従来例においては、ゲート電極とオーバ
ーフロー制御電極とは別々の電源からの配線が必要とな
るので、配線が複雑となり、また配線を敷設するための
スペースを必要とした。

［課題を解決するための手段］ 本発明による固体撮像素子は、受光領域で発生した光電
変換電荷を一時蓄積ゲート電極下に蓄積しこれをトラン
スファゲート電極を操作して電荷転送部へ送り込むタイ
プのものであって、受光領域と蓄積ゲート電極との間に
はその下を通過する電荷をコントロールするゲート電極
が設けられ、また、蓄積ゲート電極の近傍にはこの電極
下からあふれた電荷を吸収するオーバーフロードレイン
が設けられており、このオーバーフロードレインと蓄積
ゲート電極との間にはオーバーフロー制御電極が設けら
れれいる。

そして、本発明の固体撮像素子の特徴とするところは、
ゲート電極とオーバーフロー制御電極とが電気的に接続
され、がっ、ゲート電極下におけるチャネル幅の方がオ
ーバーフロー制御電極下のそれより短くなされている点
である。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す平面図、第２図（ａ
）は、そのｎ−ｎ′線断面図であって、これらの図にお
いて、第３図および第４図の従来例と共通する部分には
同一の参照番号が付されているので重複する説明は省略
する。この実施例では、ゲート電極４とオーバーフロー
制御電ｆｉ８とが一体化されており、そしてオーバーフ
ローＭ＃電極８下に形成されるチャネルの幅ｗ２は、ゲ
ート電極４下のチャネルの幅ｗ１より長くなされて５ ６ いる。

第２図（ａ）の断面の沿った半導体基板表面のポテンシ
ャル分布を第２図（ｂ）に示す。

ゲート電極４とオーバーフロー制御電極８には同一の電
圧が印加されるが、チャネル幅Ｗについてはゲート電極
直下のチャネル幅Ｗｌがオーバーフロー制御電極８直下
のチャネル幅Ｗ２より短いため、狭チャネル効果により
ゲート電極４直下のポテンシャル井戸の深さφ４は、オ
ーバーフロー制御電極８直下のポテンシャル井戸の深さ
φ８より少し浅くなる。このため、光電変換された電荷
が多い時には、蓄積ゲート電極５直下のあふれた電荷は
オーバーフロー制御電極８直下のポテンシャル井戸を通
ってオーバーフロードレイン領域９へ流れ込む。よって
、確実にブルーミングを抑制することができる。このよ
うに両電極直下のチャネル幅に差をつけることにより両
電極下のポテンシャルの差を精度よくコントロールでき
るので、両電極に印加する電圧差によってポテンシャル
に差をつける場合のようにマージンをとる必要がなくな
り、蓄積ゲート電極４下に蓄積可能な電荷量を増加させ
ることができる。

また、このようにして作られる固体撮像素子では、ゲー
ト電極４とオーバーフロー制御電極８とに同一の電圧を
印加することができるので配線を１本減らすことができ
る。

なお、以上の実施例では、Ｐ型半導体基板を用いたもの
であったが、これをＮ型半導体基板を用いたものに変更
することができる。さらに、Ｎ型（またはＰ型〉半導体
基板を用いＰ（またはＮ）型ウェル領域内に各素子を形
成するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、ゲート電極直下のチャ
ネル幅をオーバーフロー制御電極直下のそれより短くし
たものであるので、本発明によれば狭チャネル効果を利
用してオーバーフロー制御電極下のポテンシャル井戸の
深さをゲート電極下のそれより深くすることができ、ま
た、そのポテンシャル差を精度よくコントロールするこ
とができる。したがって、本発明によれば、従来例のよ
うに各電極への印加電圧にマージンを設ける必要がなく
なり、蓄積ゲート電極下に蓄積可能な電荷量を増加させ
、撮像素子の感度を向上させることができる。また、本
発明によれば、両電極に印加する電圧は一種類で済むの
で、電圧生成回路、電源配線を１個省略することができ
、回路、配線を簡素化することができる。

５・・・蓄積ゲート電極、　　　６・・・トランスファ
ゲート電極、　　７・・・電荷転送部、　　　　８、８
ａ・・・オーバーフロー制御電極、　　　９・・・オー
バーフロートレイン領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型の半導体基板表面に形成された第２導電型の
   受光領域と、前記受光領域に隣接して半導体基板の表面
   に絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート
   電極に隣接して設けられた前記受光領域で発生し前記ゲ
   ート電極下を通過してきた光電変換電荷を蓄積するため
   のポテンシャル井戸を形成する蓄積ゲート電極と、前記
   蓄積ゲート電極の一辺に隣接して設けられ前記蓄積ゲー
   ト電極下に蓄積された光電変換電荷の電荷転送部への転
   送をコントロールするトランスファゲート電極と、前記
   蓄積ゲート電極の他の一辺に隣接して設けられたオーバ
   ーフロー制御電極と、前記オーバーフロー制御電極に隣
   接して前記半導体基板表面に形成された第２導電型のオ
   ーバーフロードレイン領域とを具備する固体撮像素子に
   おいて、前記ゲート電極と前記オーバーフロー制御電極
   とは電気的に接続されておりかつ前記オーバーフロー制
   御電極下のチャネルの幅は前記ゲート電極下のそれより
   長いことを特徴とする固体撮像素子。