DE60038584T2

DE60038584T2 - Festkörperbildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE60038584T2
Application number: DE60038584T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yoshida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: EP1058313A2; EP1717860B1; EP1717860A1; KR100712154B1; EP1058313A3; DE60038584D1; DE60032283T2; KR20010014981A; DE60032283D1; US6724022B1; JP4284752B2; EP1058313B1; JP2000340784A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung und insbesondere eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einem effektiven Pixelbereich und einem optischen Schwarzbereich (OPB), die in derselben Spalte angeordnet sind.
In 13 kennzeichnet das Bezugskennzeichen 1 allgemein eine als Festkörperbildaufnahmevorrichtung bekannte Interline Transfer CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einem vertikalen optischen Schwarzbereich in der vertikalen Richtung eines effektiven Pixelgebiets.
Die CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 weist einen Bildbereich 6 auf, der aus einem effektiven Pixelgebiet 4 und einem optischen Schwarzpixelbereich 5 (der nachfolgend als OPB-Bereich bezeichnet wird) zum Detektieren eines Schwarzpegels besteht. Das effektive Pixelgebiet 4 weist eine Mehrzahl von Fotosensorbereichen 2 auf, die in Form einer Matrix angeordnet sind. Jeder Fotosensorbereich 2 ist aus einer Fotodiode zur opto-elektrischen Umwandlung von einfallendem Licht ausgebildet. Das effektive Pixelgebiet 4 weist zudem eine Mehrzahl von vertikalen Transferregisterbereichen 3 auf, die jeweils eine CCD-Struktur aufweisen und den Spalten mit Fotosensoren 2 derart entsprechen, dass jeder vertikale Transferregisterbereich 3 sich entlang einer Seite der zugehörigen Spalte des Fotosensorbereichs 2 erstreckt. Der OPB-Bereich 5 ist um das effektive Pixelgebiet 4 optisch abgeschirmt ausgebildet, wie in 13 schattiert dargestellt ist. Die Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 weist zudem einen horizontalen Transferregisterbereich 7 mit einer CDD-Struktur und einem Ladungsdetektionsbereich 8 auf. Das Bezugskennzeichen 9 kennzeichnet eine effektive Pixeleinheit im effektiven Pixelgebiet 4.
Der OPB-Bereich 5 weist einen vertikalen OPB-Bereich 5V auf, der in einem vertikal ausgedehnten Gebiet des effektiven Pixelgebiets 4 ausgebildet ist. Der vertikale OPB-Bereich 5V weist einen dem Fotosensorbereich 2 entsprechenden Bereich 10 auf. Dieser Bereich 10 und ein einem Bit des vertikalen Transferregisterbereichs 3 entsprechender Transferbereich bilden eine optische Schwarzpixeleinheit 11 aus. Das effektive Pixel 9 und das optische Schwarzpixel 11 derselben Spalte weisen gewöhnlich denselben vertikalen Transferregisterbereich 3 auf. Die Dokumente JP 09127402 und JP 01088167 zeigen ähnliche CCD-Bildaufnahmevorrichtungen.
In der CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 werden eine durch opto-elektrische Umwandlung im Fotosensorbereich 2 im effektiven Pixelgebiet 4 erhaltene Signalladung und Ladung im vertikalen OPB-Bereich 5V in gegebenen Abständen in den vertikalen Registerbereich 3 eingelesen und dann in Richtung des horizontalen Transferregisterbereichs 7 mittels z. B. vertikalen 4-Phasen Ansteuertaktpulsen ⌀V₁, ⌀V₂, V⌀₃, ⌀V₄ übermittelt, siehe 21. Im horizontalen Transferregisterbereich 7 wird die Ladung im vertikalen OPB-Bereich 5V und die Signalladung im Fotosensorbereich 2, welche beide vom vertikalen Transferregisterbereich 3 übermittelt wurden, sequenziell dem Ladungsdetektionsbereich 8 Bit um Bit durch horizontale 2-Phasen Ansteuertaktpulse ⌀H₁ und ⌀H₁ zugeführt. In dem Ladungsdetektionsbereich 8 wird die eingespeiste Ladung in eine Spannung umgewandelt, welche dann als Spannungssignal ausgegeben wird.
In 21 kennzeichnet T1 eine Leezeit und sowohl ⌀V₁ als auch ⌀V₃ stellen einen ternären Puls mit einem Lesepuls P₁ dar. ⌀s kennzeichnet einen elektronischen Verschlusspuls und T₂ kennzeichnet eine Belichtungsdauer bei elektronischem Verschluss.
14 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf das Einheitspixel 9 im in 13 gezeigten effektiven Pixelgebiet 4 und 15 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C' in 14. 16 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf die optische Schwarzpixeleinheit 11 in dem in 13 gezeigten vertikalen OPB-Bereich 5V, und 17 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie E-E' in 16.
Diese CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass diese eine vertikale Überlauf-Drainstruktur aufweist.
Wie in 14 und 15 gezeigt ist, weist das effektive Pixelgebiet 4 den folgenden Aufbau auf. Es ist ein Siliziumsubstrat 12 eines ersten Leitungstyps, z. B. n-Typ, vorgesehen und ein erstes Halbleiterwannengebiet 13 vom zweiten Leitungstyp, z. B. p-Typ, wird auf dem Siliziumsubstrat 12 ausgebildet. Ein n-Typ Halbleitergebiet 14 wird auf der Oberseite des ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 13 ausgebildet und ein positives p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 wird auf der Oberseite des n-Typ Halbleitergebiets 14 zur Bildung des Fotosensorbereichs 2 ausgebildet. Zudem sind ein zweites p-Typ Halbleiterwannengebiet 16 und ein n-Typ Transferkanalgebiet 17 im ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 13 an einer vom Fotosensorbereich 2 getrenn ten Position ausgebildet. Ein p-Typ Kanalstoppgebiet 18 ist ebenso im ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 13 ausgebildet.
Der Fotosensorbereich 2 als so genannter HAD (Hole Accumulation Diode)-Sensor wird vom ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 13, dem n-Typ Halbleitergebiet 14 und dem positiven p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 ausgebildet.
Das erste p-Typ Halbleiterwannengebiet 13 wirkt als so genanntes Überlauf-Barrierengebiet. Ein Lesegatebereich 13 ist zwischen dem Fotosensorbereich 2 und dem vertikalen Transferregisterbereich 3 ausgebildet, worauf später eingegangen wird. Ein p-Typ Halbleitergebiet 20 ist in der Oberfläche des Substrats an einer dem Lesegatebereich 19 entsprechenden Position ausgebildet.
Eine Transferelektrode 22 aus z. B. Polysilizium ist über einem Gateisolationsfilm 21 auf dem Transferkanalgebiet 17, dem Kanalstoppgebiet 18 und dem p-Typ Halbleitergebiet 20 des Lesegatebereichs 19 ausgebildet. Der vertikale Transferregisterbereich 3 mit einer CCD-Struktur wird über das Transferkanalgebiet 17, den Gateisolationsfilm 21 und die Transferelektrode 22 ausgebildet.
Zudem ist ein Zwischenschichtdielektrikum 23 zur Bedeckung der Transferelektrode 22 ausgebildet und ein Lichtabschirmungsfilm 25 wie ein Al-Film ist auf der gesamten Oberfläche, ausgenommen einer Öffnung 24 des Fotosensorbereichs 2, ausgebildet.
Wie in 16 und 17 gezeigt ist, weist der vertikale OPB-Bereich 5V den folgenden Aufbau auf. Das oben erwähnte n-Typ Halbleitergebiet 14 ist nicht in dem zum Fotosensorbereich 2 entsprechenden Bereich 10 ausgebildet, sondern lediglich das positive p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 ist an der Oberseite des ersten p-Typ Halbleiterwannengebiets 13 gebildet. Somit wird im Bereich 10 keine Fotodiode ausgebildet. Zusätzlich ist der Lichtabschirmungsfilm 25 auf der gesamten Oberfläche einschließlich des Bereichs 10 ausgebildet. Der weitere Aufbau ähnelt demjenigen des effektiven Pixelgebiets 4, so dass übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugskennzeichen bezeichnet werden und auf eine Beschreibung derselben wird zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet.
Die Registerbreite (= W₀) des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im effektiven Pixelgebiet 4 ist entsprechend zur Registerbreite (= W₀) des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im vertikalen OPB-Bereich 5V eingestellt. Die Gatelänge (= d₀) des Lesegatebereichs 19 im effektiven Pixelgebiet 4 ist entsprechend zur Gatelänge (= d₀) des Lesegatebereichs 19 im vertikalen OPB-Bereich 5V eingestellt. Zudem wird die Fläche (= a₀ × b₀) des Fotosen sorbereichs 2 im effektiven Pixelgebiet 4 entsprechend zur Fläche (= a₀ × b₀) des Bereichs 10 im vertikalen OPB-Bereich 5V eingestellt.
In der oben erwähnten CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 neigt die Fläche des Fotosensorbereichs 2 zur Vergrößerung, um die Empfindlichkeit bei einer Größenabnahme und einer Zunahme der Anzahl von Pixeln zu verbessern. Folglich wird die Fläche des vertikalen Transferregisterbereichs 3 notwendigerweise reduziert und der allgemeine dynamische Bereich (entsprechend zur so genannten maximalen handhabbaren Ladungsmenge) in der CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 1 wird über den dynamischen Bereich im vertikalen Transferregisterbereich 3 festgelegt.
Wie oben erwähnt ist, weist der dem Fotosensorbereich 2 im effektiven Pixelgebiet 4 entsprechende Bereich 10 im vertikalen OPB-Bereich 5V einen solchen Aufbau auf, dass das n-Typ Halbleitergebiet 14 zum Ausbilden einer Fotodiode nicht ausgebildet wird, um eine opto-elektrische Umwandlung des durch den Lichtabschirmungsfilm 25 hindurchgelassenen Lichtes zu verhindern, und dass lediglich das positive p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 als p-Typ Halbleitergebiet mit einer hohen Fremdstoffkonzentration vorliegt. Somit wird der vertikale Transferregisterbereich 3 im vertikalen OPB-Bereich 5V durch dreidimensionale Verdichtung (Einschluss) vom dichten p-Typ Halbleitergebiet stark beeinflusst, so dass der dynamische Bereich des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im vertikalen OPB-Bereich 5V kleiner wird als der dynamische Bereich des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im effektiven Pixelgebiet 4.
Dieses Problem wird nun detaillierter beschrieben.
Wie in 17 gezeigt ist, ist das n-Typ Halbleitergebiet 14 (siehe 15) nicht im Bereich 10 im vertikalen OPB-Bereich 5V, der dem Fotosensorbereich 2 und effektiven Pixelgebiet 4 entspricht, ausgebildet. Deshalb ist die Fremdstoffkonzentration im positiven p⁺ ⁺-Ladungsspeichergebiet 15, das durch Ionenimplantation ausgebildet ist, hoch und der p-Typ Fremdstoff im Gebiet 15 wird in das n-Typ Transferkanalgebiet 17 diffundiert. Somit neigt die effektive Kanalweite des n-Typ Transferkanalgebiets 17 dazu, kleiner als die Kanalweite des n-Typ Transferkanalgebiets 17 im effektiven Pixelgebiet 4 zu sein. Andererseits liegt das n-Typ Halbleitergebiet 14 im Fotosensorbereich 2 im effektiven Pixelgebiet 4 vor, so dass der Fremdstoff im positiven p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 in gewisser Menge mit dem Fremdstoff im n-Typ Halbleitergebiet 14 kompensiert wird. Folglich nimmt die Fremdstoffkonzentration im positiven p⁺⁺-Ladungsspeichergebiet 15 um eine bestimmte Menge ab und zeigt keinen Einfluss auf das n-Typ Transferkanalgebiet 17.
18 zeigt ein Potenzialdiagramm zu einem Potenzial entlang der Tiefe des vertikalen Transferregisterbereichs 3 (entlang der Linie D-D' in 15) im effektiven Pixelgebiet 4 während des normalen Betriebs. Hierbei liegt eine Substratspannung V_sub am Substrat 12 an. 19 zeigt ein Potenzialdiagramm entlang der Tiefe des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im effektiven Pixelgebiet 4 während des elektronischen Verschlusses. In diesem Falle ist ein elektronischer Verschlusspuls 1s mit einer hohen positiven Amplitude, wie in 21 gezeigt, zur Substratspannung V_sub überlagert und an das Substrat 12 angelegt.
20 zeigt ein Potenzialdiagramm entlang der Tiefe des vertikalen Transferregisterbereichs 3 (entlang der Linie F-F' in 17) im vertikalen OPB-Bereich 5V während des elektronischen Verschlusses.
Wird der elektronische Verschlusspuls ⌀s mit einer hohen positiven Amplitude zuzüglich des Substratpotenzials V_sub an das Substrat 12, wie in 19 und 20 gezeigt, angelegt, so wird ein erkennbares GND-Potenzial in Richtung positiver Potenziale aufgrund von Koppelkapazitäten C verschoben, die zwischen dem Substrat 12 und den p-Typ Gebieten, wie in 15 und 17 gezeigt, ausgebildet sind. Zusätzlich werden die an das Substrat 12 kapazitiv gekoppelten Potenziale der p-Typ Gebiete, d. h. das Potenzial im ersten p-Typ Halbleiterwannengebiet 13 im effektiven Pixelgebiet 4 und die Potenziale in den ersten und zweiten p-Typ Halbleiterwannengebieten 13 und 16 im vertikalen OPB-Bereich 5V, vorübergehend tief, was eine Reduktion der Ladungsspeicherkapazität (so genannte maximale handhabbare Ladungsmenge) des vertikalen Transferregisterbereichs 3 verursacht. Insbesondere ist die Ladungsspeicherkapazität im vertikalen OPB-Bereich 5V am stärksten reduziert, wie in 20 gezeigt ist.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Bereich 10 im vertikalen OPB-Bereich 5V, der dem Fotosensorbereich 2 im effektiven Pixelgebiet 4 entspricht, über das positive p⁺ ⁺-Ladungsspeichergebiet 15 mit einer wie in 17 gezeigten hohen Fremdstoffkonzentration ausgebildet ist, als auch auf die Tatsache, dass die Koppelkapazität C zwischen dem Substrat 12 und dem Gebiet 15 deshalb größer ist, was einen starken Einfluss auf das Potenzial beim Anlegen des elektronischen Verschlusspulses ⌀s verursacht. Folglich wird die Ladungsspeicherkapazität des vertikalen Transferregisterbereichs 3 im vertikalen OPB-Bereich 5V am stärksten reduziert.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Es ist somit eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, die hinsichtlich des allgemeinen dynamischen Bereichs verbessert werden kann.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert.
Erfindungsgemäß wird eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung angegeben mit einem effektiven Pixelbereich, einem optischen Schwarzbereich und einem Ladungstransferregisterbereich, der auf herkömmliche Weise im effektiven Pixelbereich und dem optischen Schwarzbereich vorgesehen ist, wobei die Fläche eines Bereichs im optischen Schwarzbereich, der einem Einheitssensorbereich im effektiven Pixelbereich entspricht, kleiner eingestellt ist als die Fläche des Einheitssensorbereichs im effektiven Pixelbereich.
Mit diesem Aufbau wird die Fläche des Bereichs im optischen Schwarzbereich, der dem Einheitssensorbereich im effektiven Pixelbereich entspricht, reduziert. Folglich wird der Abstand zwischen diesem dem Einheitssensorbereich entsprechenden Bereich und dem Ladungstransferregisterbereich vergrößert. Somit ist es möglich, den Einfluss einer Kopplungskapazität zwischen diesem dem Einheitssensorbereich entsprechenden Bereich und dem Substrat auf den Ladungstransferregisterbereich besonders zum Zeitpunkt des elektronischen Verschlusses zu reduzieren, so dass Potenzialschwankungen im Ladungstransferregisterbereich vermieden werden. Somit kann der allgemeine dynamische Bereich in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung vergrößert werden.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen unter Zuhilfenahme der begleitenden Abbildungen ersichtlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
5 zeigt eine schematische Ansicht zum allgemeinen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Festkörperbildaufnahmevorrichtung;
6 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen in 5 gezeigten grundlegenden Teil;
7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie G₂-G₂' in 6;
8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie H₂-H₂' in 6;
9 zeigt eine schematische Ansicht eines allgemeinen Aufbaus einer beispielhaften Ausführungsform der Festkörperbildaufnahmevorrichtung;
10 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen in 9 gezeigten grundlegenden Teil;
11 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie G₃-G₃' in 10;
12 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie H₃-H₃' in 10;
13 zeigt eine schematische Ansicht des allgemeinen Aufbaus einer herkömmlichen Festkörperbildaufnahmevorrichtung;
14 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen in 13 gezeigten effektiven Pixelbereich;
15 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C' in 14; 16 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen in 13 gezeigten vertikalen optischen Schwarzbereich;
17 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie E-E' in 16;
18 zeigt ein Potenzialdiagramm entlang der Tiefe eines vertikalen Transferregisterbereichs (entlang der Linie D-D' in 15) im effektiven Pixelgebiet während des normalen Betriebs;
19 zeigt ein Potenzialdiagramm entlang der Tiefe eines vertikalen Transferregisterbereichs (entlang der Linie D-D' in 15) im effektiven Pixelgebiet während des elektronischen Verschlusses;
20 zeigt ein Potenzialdiagramm entlang der Tiefe eines vertikalen Transferregisterbereichs (entlang der Linie F-F' in 17) im vertikalen OPB-Bereich während des elektronischen Verschlusses; und
21 zeigt ein Zeitablaufdiagramm von Ansteuerpulsen in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
5 bis 8 zeige eine Ausführungsform einer CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung.
5 zeigt eine schematische Ansicht des allgemeinen Aufbaus der bevorzugten Ausführungsform. 6 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen grundlegenden Teil (effektiver Pixelbereich und vertikaler OPB-Bereich) der bevorzugten Ausführungsform. 7 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie G₂-G₂' in 6 und 8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie H₂-H₂' in 6.
In 5 kennzeichnet das Bezugszeichen 412 allgemein eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform. In jeder Pixelspalte wird die Fläche (= a₂ × b₃) eines Bereichs 52 in einem vertikalen OPB-Bereich 45V, der einem Fotosensorbereich 42 im effektiven Pixelgebiet 44 entspricht, und folglich ein effektiver Pixelbereich 50 kleiner eingestellt als die Fläche (= a₁ × b₁) des Fotosensorbereichs 42 im effektiven Pixelbereich 50.
Gilt a₁ = a₂ und b₁ > b₃, so wird die Fläche des Bereichs 52 im vertikalen OPB-Bereich 45V, der dem Fotosensorbereich 42 im effektiven Pixelbereich 50 entspricht, reduziert.
Die Registerbreite eines vertikalen Transferbereichs 43 ist auf eine gleichmäßige Breite W₁ eingestellt. Somit ist die Registerbreite eines Bereichs des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im effektiven Pixelbereich 50 auf W₁ eingestellt und die Registerbreite eines Bereichs des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im vertikalen OPB-Bereich 45V ist ebenso auf W₁ eingestellt.
Folglich ist die Gatelänge d₃ eines Lesegatebereichs 54 im vertikalen OPB-Bereich 45V größer als die Gatelänge d₁ eines Lesegatebereichs 54 im effektiven Pixelbereich 50 (d. h. d₁ < d₃).
Gemäß der CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 412 der bevorzugten Ausführungsform wird die Fläche des Bereichs 52 im vertikalen OPB-Bereich 45V, der dem Fotosensorbereich 42 entspricht, kleiner eingestellt als die Fläche des Fotosensorbereichs 42 im effektiven Pixelbereich 50, wodurch die Gatelänge d₃ des Lesegatebereichs 54 zwischen dem Bereich 52 und dem vertikalen Transferbereich 43 größer eingestellt wird als die Gatelänge d₁ des Lesegatebereichs 54 zwischen dem Fotosensorbereich 42 und dem vertikalen Transferregisterbereich 43. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen dem positiven p⁺ ⁺-Ladungsspeichergebiet 65 im vertikalen OPB-Bereich 45V und dem vertikalen Transferregisterbereich 43 vergrößern.
Folglich ist es möglich, den Einfluss einer Kopplungskapazität C zwischen dem positiven p⁺ ⁺-Ladungsspeichergebiet 65 und dem Substrat 62 auf den vertikalen Transferregisterbereich 43 während des elektronischen Verschlusses zu reduzieren.
Folglich lässt sich eine ausreichende Ladungsspeicherkapazität im Transferbereich des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im vertikalen OPB-Bereich 45V erzielen. Somit ist es möglich, eine Ladungsspeicherkapazität zu erzielen, die derjenigen des Transferbereichs des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im effektiven Pixelbereich 50 ähnelt.
Der Abstand zwischen dem Bereich 52 und dem vertikalen Transferregisterbereich 43, d. h. die Gatelänge d₃ des Lesegatebereichs 54 im vertikalen Bereich 45V, ist größer als diejenige (= d₁) im effektiven Pixelbereich 50. Folglich lässt sich die Diffusion von p-Typ Fremdstoffen im positiven p⁺ ⁺-Ladungsspeichergebiet 65, das durch Innenimplantation ausgebildet wurde, in das n-Typ Transferkanalgebiet 67 im vertikalen OPB-Bereich 45V vermeiden, so dass die Kanalbreite des n-Typ Transferkanalgebiets 67, d. h. die Registerbreite W₁, im Wesentlichen nicht reduziert wird.
Dadurch lässt sich der dynamische Bereich im Transferbereich des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im vertikalen OPB-Bereich 45V vergrößern, um den allgemeinen dynamischen Bereich in der Festkörperbildaufnahmevorrichtung 412 zu erhöhen.
Zudem kann die Linearität der Empfindlichkeit verbessert werden und damit auch die Empfindlichkeit sowie das S/N-Verhältnis.
Ebenso erfolgt in dieser bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen kein Lesen von Ladung aus dem Bereich 52 im vertikalen OPB-Bereich 45V, der dem Fotosensorbereich 42 entspricht, so dass die Abnahme der Fläche des Bereichs 52 lediglich einen geringen Einfluss auf die weiteren Eigenschaften hat.
9 bis 12 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung.
9 zeigt eine schematische Ansicht des allgemeinen Aufbaus dieser Ausführungsform, 10 zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf einen grundlegenden Teil (effektiver Pixelbereich und vertikaler OPB-Bereich) der dritten bevorzugten Ausführungsform, 11 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie G₃-G₃' in 10, und 12 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie H₃-H₃' in 10.
In 9 kennzeichnet das Bezugskennzeichen 413 allgemein eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist die Registerbreite W₃ eines Bereichs des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im vertikalen OPB-Bereich 45V in Richtung des Lesegatebereichs 54 ausgedehnt, so dass die Registerbreite W₃ größer eingestellt ist als die Registerbreite W₁ eines Bereichs des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im effektiven Pixelgebiet 44, d. h. im effektiven Pixelbereich 50 (d. h. W₁ < W₃). Zusätzlich ist in jeder Pixelspalte die Fläche (= a₂ × b₄) eines Bereichs 52 im vertikalen OPB-Bereich 45V der dem Fotosensorbereich 42 im effektiven Pixelbereich 50 zugeordnet ist, kleiner eingestellt als die Fläche (= a₁ × b₁) des Fotosensorbereichs 42.
In dieser Ausführungsform ist die Gatelänge (= d₁) des Lesegatebereichs 54 im effektiven Pixelbereich 50 gleich der Gatelänge (= d₁) des Lesegatebereichs 54 im vertikalen OPB-Bereich 45V eingestellt.
Gemäß der CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung 413 der beispielhaften Ausführungsform kann die Registerbreite W₃ des vertikalen Transferregisterbereichs 43 im vertikalen OPB-Bereich 45V vergrößert werden, so dass die Ladungsspeicherkapazität in dem Transferbereich erhöht werden kann.
Folglich lässt sich der allgemeine dynamische Bereich in der Festköperbildaufnahmevorrichtung 413 verbessern. Zusätzlich kann die Linearität der Empfindlichkeit, die Empfindlichkeit und das S/N-Verhältnis verbessert werden.
Während die für jede der obigen Ausführungsformen beschriebene CCD-Festkörperbildaufnahmevorrichtung einen zweidimensionalen Bildsensor darstellt, kann diese Erfindung auf einen linearen Bildsensor mit einem effektiven Pixelbereich übertragen werden, der aus einer Mehrzahl effektiver Pixel und einem optischen Schwarzbereich auf einer Seite und einem auf der anderen Seite angeordneten herkömmlichen Ladungstransferregisterbereich besteht.
Zusätzlich ist die in jeder der obigen Ausführungsformen beschriebene Festkörperbildaufnahmevorrichtung vom Interline Transfer (IT)-Typ, wobei diese Erfindung jedoch auch auf eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung vom Frame Interline Transfer (FIT)-Typ übertragen werden kann.
Mit der Festkörperbildaufnahmevorrichtung dieser Erfindung ist es möglich, eine Ladungsspeicherkapazität in einem Gebiet zu erhöhen, in dem ein dynamischer Bereich lokal am stärksten bestimmt ist, d. h. im Ladungstransferregisterbereich im optischen Schwarzbereich.
Somit kann der allgemein dynamische Bereich der Festkörperbildaufnahmevorrichtung verbessert werden. Zusätzlich kann die Erhöhung der handhabbaren Ladungsmenge Verbesserungen in der Linearität der Empfindlichkeit, der Empfindlichkeit und dem S/N-Verhältnis hervorrufen.
Dadurch kann dieser Erfindung in geeigneter Weise auf eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit kleiner Größe und einer erhöhten Anzahl von Pixel übertragen werden.
Die weiteren Aspekte dienen dem tieferen Verständnis der Erfindung. Ein weiterer Aspekt betrifft eine Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einem effektiven Pixelbereich, einem optischen Schwarzbereich und einem Ladungstransferregisterbereich, der in herkömmlicher Weise im effektiven Pixelbereich und dem optischen Schwarzbereich vorgesehen ist, wobei die Fläche eines Bereichs im optischen Schwarzbereich, der einem Einheitssensorbereich im effektiven Pixelbereich entspricht, kleiner eingestellt ist als die Fläche des Einheitssensorbereichs im effektiven Pixelbereich.
Zudem umfasst der Einheitssensorbereich im effektiven Pixelbereich ein Halbleitergebiet von einem ersten Leitungstyp und ein Halbleitergebiet von einem zweiten Leitungstyp, das auf der Oberfläche eines Substrats vorgesehen ist, und der Bereich des optischen Schwarzbereichs, der dem Einheitssensorbereich entspricht, weist lediglich eines der Gebiete vom ersten Leitungstyp und vom auf zweiten Leitungstyp, das auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, auf.
An das Substrat kann eine Spannung angelegt werden.

Claims

Festkbrperbildaufnahmevorrichtung mit: einem fotoempfindlichen Gebiet (44) mit einem in Zeilen und Spalten angeordneten Pixel-Array in einem Halbleitersubstrat; wobei jedes Pixel (49) einen Sensorbereich (42) zum Empfangen von Licht aufweist, der Sensor ein Halbleitergebiet (64) von einem ersten Leitungstyp und ein Halbleitergebiet von einem zweiten Leitungstyp (65) aufweist, das Halbleitergebiet vom zweiten Leitungstyp (65) auf der Oberfläche des Substrats (62) oberhalb des Halbleitergebiets (64) vom ersten Leitungstyp angeordnet ist und der Sensorbereich (42) mit einem vertikalen Ladungstransferregisterbereich (43) über einen ein zweites Halbleitergebiet (70) aufweisenden Lesegatebereich (54) verbunden ist; einem optischen Schwarzbereich (51, 45V), der einem Pixelbereich (52) entspricht, von eingehendem Licht abgeschirmt ist und lediglich das Halbleitergebiet vom zweiten Leitungstyp (65) aufweist; einem vertikalen Ladungstransferregister (54) zum Überführen des Fotosignals vom Sensorbereich (42) zu einem Ausgang, wobei das Transferregister gewöhnlich von einer Spalte der Pixel des fotoempfindlichen Gebiets (44) und dem optischen Schwarzbereich (45V) gemeinsam verwendet wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Sensorbereichs (42) innerhalb des fotoempfindlichen Gebiets (44) größer eingestellt ist als die Fläche des Pixelbereichs (52) innerhalb des optischen Schwarzbereichs (45V).
Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Gatelänge (d₃) des zum Pixelbereich (52) benachbarten Lesegatebereichs (54) größer ist als die Gatelänge (d₁) des zum Sensorbereich (42) benachbarten Lesegatebereichs (54).
Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Breite des Halbleitergebiets vom zweiten Leitungstyp (65) in der Zeilenrichtung im optischen Schwarzbereich (51, 45V) kleiner eingestellt ist als die Breite des Halbleitergebiets vom zweiten Leitungstyp (65) in der Zeilenrichtung im fotoempfindlichen Gebiet (44).
Festkörperbildaufnahmevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Spannung an das Substrat (62) angelegt ist.