JP2002329854A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、オプティカルブラック部への電荷の
流れ込みを防止し、黒レベルの安定化を実現するＣＭＯ
Ｓ型固体撮像装置を提供することを目的とする。 【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基
板表面に設けられ入射光を光電変換して電荷を蓄積する
画素が配列される受光部と、半導体基板表面に設けられ
遮光された画素が配列される遮光部と、受光部と遮光部
との間に設けられ受光部と遮光部より深い位置まで半導
体基板に形成されるドレインを含むことを特徴とする。
流れ込みを防止し、黒レベルの安定化を実現するＣＭＯ
Ｓ型固体撮像装置を提供することを目的とする。 【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基
板表面に設けられ入射光を光電変換して電荷を蓄積する
画素が配列される受光部と、半導体基板表面に設けられ
遮光された画素が配列される遮光部と、受光部と遮光部
との間に設けられ受光部と遮光部より深い位置まで半導
体基板に形成されるドレインを含むことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にＣＭＯＳ型
固体撮像装置に関し、詳しくは温度変化による信号レベ
ルの変動を防止するために用いる黒レベルを安定化した
ＣＭＯＳ型固体撮像装置に関する。
固体撮像装置に関し、詳しくは温度変化による信号レベ
ルの変動を防止するために用いる黒レベルを安定化した
ＣＭＯＳ型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置では、オプティカルブラッ
クと呼ばれる遮光された画素を設け、ここからの信号で
ある黒レベルを基準レベルとして用いて、受光部からの
信号を出力している。これは、温度変化により受光部の
信号レベルが変動することを防止するためである。しか
し受光部内のオプティカルブラック近傍に強い光が入射
すると、ホトダイオードより溢れ出した電荷がオプティ
カルブラック部の画素に流れ込み、黒レベルが高くなっ
てしまう。この場合、高くなった黒レベルを基準レベル
とする画素からの信号レベルは、正常な黒レベルを基準
レベルとする画素からの信号レベルより低くなってしま
うために、再生画像の画質は著しく劣化してしまう。従
来のオプティカルブラック部への電荷流れ込み防止構造
を有する固体撮像装置（特開昭５６−７８１７９）の断
面図を、図１（ａ）及び（ｂ）に示す。
クと呼ばれる遮光された画素を設け、ここからの信号で
ある黒レベルを基準レベルとして用いて、受光部からの
信号を出力している。これは、温度変化により受光部の
信号レベルが変動することを防止するためである。しか
し受光部内のオプティカルブラック近傍に強い光が入射
すると、ホトダイオードより溢れ出した電荷がオプティ
カルブラック部の画素に流れ込み、黒レベルが高くなっ
てしまう。この場合、高くなった黒レベルを基準レベル
とする画素からの信号レベルは、正常な黒レベルを基準
レベルとする画素からの信号レベルより低くなってしま
うために、再生画像の画質は著しく劣化してしまう。従
来のオプティカルブラック部への電荷流れ込み防止構造
を有する固体撮像装置（特開昭５６−７８１７９）の断
面図を、図１（ａ）及び（ｂ）に示す。
【０００３】図１（ａ）に示す第１の従来例において
は、Ｎ型半導体基板７１上のＰ型半導体層７２内にドレ
インとなるＮ型半導体層７３を形成している。また、図
１（ｂ）に示す第２の従来例においては、Ｐ型半導体基
板７５を用いた場合で、Ｐ型半導体基板７５とＰ型半導
体層７６で逆バイアスしたＮ型半導体層７７を挟み込む
構造となっており、ドレイン７８はＰ型半導体層７６内
に形成されている。
は、Ｎ型半導体基板７１上のＰ型半導体層７２内にドレ
インとなるＮ型半導体層７３を形成している。また、図
１（ｂ）に示す第２の従来例においては、Ｐ型半導体基
板７５を用いた場合で、Ｐ型半導体基板７５とＰ型半導
体層７６で逆バイアスしたＮ型半導体層７７を挟み込む
構造となっており、ドレイン７８はＰ型半導体層７６内
に形成されている。
【０００４】上記第１の従来例及び第２の従来例とも
に、電極によるポテンシャル井戸に光電変換された電荷
を蓄積する構造となっている。
に、電極によるポテンシャル井戸に光電変換された電荷
を蓄積する構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の構成
では、同一半導体層内に電荷蓄積部とドレインとを形成
し、受光部からオプティカルブラックへの電荷の流れ込
みを防止し、黒レベルの安定化を図っていた。しかし、
第１の従来例の構造はＮ型半導体基板を用いた場合にの
み有効であり、一般的にＰ型基板を用いるＣＭＯＳ型固
体撮像装置に適用しても、基板の深い場所で発生した電
荷に対しては効果がない。更にドレインがＮ型半導体基
板と離れているために、電荷捕獲効果が不十分である。
では、同一半導体層内に電荷蓄積部とドレインとを形成
し、受光部からオプティカルブラックへの電荷の流れ込
みを防止し、黒レベルの安定化を図っていた。しかし、
第１の従来例の構造はＮ型半導体基板を用いた場合にの
み有効であり、一般的にＰ型基板を用いるＣＭＯＳ型固
体撮像装置に適用しても、基板の深い場所で発生した電
荷に対しては効果がない。更にドレインがＮ型半導体基
板と離れているために、電荷捕獲効果が不十分である。
【０００６】また、Ｐ型半導体基板を用いた第２の従来
例では逆バイアスしたＮ型半導体層を形成しているが、
ドレインがＮ型半導体層と離れて形成されているため
に、電荷捕獲効果が不十分である。
例では逆バイアスしたＮ型半導体層を形成しているが、
ドレインがＮ型半導体層と離れて形成されているため
に、電荷捕獲効果が不十分である。
【０００７】以上を鑑みて、本発明は、オプティカルブ
ラック部への電荷の流れ込みを防止し、黒レベルの安定
化を実現するＣＭＯＳ型固体撮像装置を提供することを
目的とする。
ラック部への電荷の流れ込みを防止し、黒レベルの安定
化を実現するＣＭＯＳ型固体撮像装置を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、固
体撮像装置は、半導体基板と、該半導体基板表面に設け
られ入射光を光電変換して電荷を蓄積する画素が配列さ
れる受光部と、該半導体基板表面に設けられ遮光された
画素が配列される遮光部と、該受光部と該遮光部との間
に設けられ該受光部と該遮光部より深い位置まで該半導
体基板に形成されるドレインを含むことを特徴とする。
体撮像装置は、半導体基板と、該半導体基板表面に設け
られ入射光を光電変換して電荷を蓄積する画素が配列さ
れる受光部と、該半導体基板表面に設けられ遮光された
画素が配列される遮光部と、該受光部と該遮光部との間
に設けられ該受光部と該遮光部より深い位置まで該半導
体基板に形成されるドレインを含むことを特徴とする。
【０００９】請求項２の発明では、請求項１記載の固体
撮像装置において、該ドレインは該受光部の下部にも形
成され該受光部を包み込むことを特徴とする。
撮像装置において、該ドレインは該受光部の下部にも形
成され該受光部を包み込むことを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明では、請求項１記載の固体
撮像装置において、該ドレインは該遮光部の下部にも形
成され該遮光部を包み込むことを特徴とする。
撮像装置において、該ドレインは該遮光部の下部にも形
成され該遮光部を包み込むことを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明では、請求項１記載の固体
撮像装置において、該ドレインは該受光部と該遮光部の
下部にも形成され該受光部及び該遮光部を包み込むこと
を特徴とする。
撮像装置において、該ドレインは該受光部と該遮光部の
下部にも形成され該受光部及び該遮光部を包み込むこと
を特徴とする。
【００１２】請求項５の発明では、請求項１記載の固体
撮像装置において、該半導体基板はＰ型半導体基板であ
り、該ドレイン部は逆バイアスされたＮ型半導体層であ
ることを特徴とする。
撮像装置において、該半導体基板はＰ型半導体基板であ
り、該ドレイン部は逆バイアスされたＮ型半導体層であ
ることを特徴とする。
【００１３】請求項６の発明では、請求項５記載の固体
撮像装置において、該受光部及び該遮光部はそれぞれＰ
型の半導体層内に形成されることを特徴とする。
撮像装置において、該受光部及び該遮光部はそれぞれＰ
型の半導体層内に形成されることを特徴とする。
【００１４】請求項７の発明では、請求項６記載の固体
撮像装置において、該画素は、電荷を蓄積する電荷蓄積
部と、複数のＮＭＯＳトランジスタを含むことを特徴と
する。
撮像装置において、該画素は、電荷を蓄積する電荷蓄積
部と、複数のＮＭＯＳトランジスタを含むことを特徴と
する。
【００１５】請求項８の発明では、固体撮像装置は、半
導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該
半導体層表面に設けられ入射光を光電変換して電荷を蓄
積する画素が配列される受光部と、該半導体層表面に設
けられ遮光された画素が配列される遮光部と、該受光部
と該遮光部との間に設けられ該半導体層表面から該受光
部と該遮光部より深い位置まで形成されるドレインを含
むことを特徴とする。
導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該
半導体層表面に設けられ入射光を光電変換して電荷を蓄
積する画素が配列される受光部と、該半導体層表面に設
けられ遮光された画素が配列される遮光部と、該受光部
と該遮光部との間に設けられ該半導体層表面から該受光
部と該遮光部より深い位置まで形成されるドレインを含
むことを特徴とする。
【００１６】上記発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置で
は、受光部とオプティカルブラック部（遮光部）とを別
々に形成し、更に受光部とオプティカルブラック部より
深い基板位置まで達するドレインを、受光部とオプティ
カルブラック部との間に設ける。このドレインの働きに
よって、受光部に強い光が入射した場合に、受光部から
漏れ出す電荷がオプティカルブラック部へ流れ込むこと
を防止することができる。
は、受光部とオプティカルブラック部（遮光部）とを別
々に形成し、更に受光部とオプティカルブラック部より
深い基板位置まで達するドレインを、受光部とオプティ
カルブラック部との間に設ける。このドレインの働きに
よって、受光部に強い光が入射した場合に、受光部から
漏れ出す電荷がオプティカルブラック部へ流れ込むこと
を防止することができる。
【００１７】即ち、受光部のＰ型ウエル内で生成された
電荷はホトダイオードに蓄積されるが、強い光が入射し
てホトダイオードが飽和した場合に漏れ出す電荷は、ド
レインにより捕獲される。また、Ｐ型ウエルより深いと
ころで生成される電荷についても、ドレインのＮ型半導
体層がＰ型ウエルより深いところまで形成されているた
め、オプティカルブラック部に流れ込むことなくドレイ
ンに捕獲される。この電荷流れ込み防止効果は、Ｐ型ウ
エル内で生成される電荷及びＰ型ウエルより深いところ
で生成される電荷の両方に対して有効であり、受光部に
強い光が入射する場合でも安定した黒レベルを得ること
ができる。
電荷はホトダイオードに蓄積されるが、強い光が入射し
てホトダイオードが飽和した場合に漏れ出す電荷は、ド
レインにより捕獲される。また、Ｐ型ウエルより深いと
ころで生成される電荷についても、ドレインのＮ型半導
体層がＰ型ウエルより深いところまで形成されているた
め、オプティカルブラック部に流れ込むことなくドレイ
ンに捕獲される。この電荷流れ込み防止効果は、Ｐ型ウ
エル内で生成される電荷及びＰ型ウエルより深いところ
で生成される電荷の両方に対して有効であり、受光部に
強い光が入射する場合でも安定した黒レベルを得ること
ができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図２は、本発明によるＣＭＯＳ型
固体撮像装置の第１実施例の構成を示す図である。
固体撮像装置の第１実施例の構成を示す図である。
【００１９】図２のＣＭＯＳ型固体撮像装置において
は、Ｐ型半導体基板１１上に受光部１２、オプティカル
ブラック部１３、及びドレイン１４が設けてある。また
２８は、表面保護層である。
は、Ｐ型半導体基板１１上に受光部１２、オプティカル
ブラック部１３、及びドレイン１４が設けてある。また
２８は、表面保護層である。
【００２０】受光部１２は、基板内部に不純物濃度のピ
ークをもつＰ型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホト
ダイオード１６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジ
スタで構成される。オプティカルブラック部１３は受光
部１２と同じ構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体
層から成るホトダイオード１８、及び図示しない複数の
ＭＯＳトランジスタで構成される。これら受光部１２と
オプティカルブラック部１３とにおいて、Ｎ＋型のホト
ダイオード１６又は１８と複数のＮチャンネルＭＯＳト
ランジスタが、撮像装置の各画素を構成する。この画素
単位で入射光が光電変換され、光電変換された電荷が電
荷蓄積部分に蓄積される。
ークをもつＰ型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホト
ダイオード１６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジ
スタで構成される。オプティカルブラック部１３は受光
部１２と同じ構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体
層から成るホトダイオード１８、及び図示しない複数の
ＭＯＳトランジスタで構成される。これら受光部１２と
オプティカルブラック部１３とにおいて、Ｎ＋型のホト
ダイオード１６又は１８と複数のＮチャンネルＭＯＳト
ランジスタが、撮像装置の各画素を構成する。この画素
単位で入射光が光電変換され、光電変換された電荷が電
荷蓄積部分に蓄積される。
【００２１】オプティカルブラック部１３と受光部１２
の唯一の違いは、オプティカルブラック部１３はＡｌか
らなる遮光層１９により遮光してあることである。この
ように遮光することによって、受光部１２のホトダイオ
ード１６だけに光が入射するようにしてある。
の唯一の違いは、オプティカルブラック部１３はＡｌか
らなる遮光層１９により遮光してあることである。この
ように遮光することによって、受光部１２のホトダイオ
ード１６だけに光が入射するようにしてある。
【００２２】ドレイン１４は、逆バイアスした（正電位
を印加された）Ｎ型半導体層２０から成り、Ｎ型半導体
層２０はＰ型ウエル１５及び１７より深い位置まで形成
されている。
を印加された）Ｎ型半導体層２０から成り、Ｎ型半導体
層２０はＰ型ウエル１５及び１７より深い位置まで形成
されている。
【００２３】図３は、図２のＣＭＯＳ型固体撮像装置に
おいて線２１−２１’に沿ったホトダイオード部の不純
物濃度を示す図である。また図４は、図２のＣＭＯＳ型
固体撮像装置において線２２−２２’に沿ったドレイン
部の不純物濃度を示す図である。
おいて線２１−２１’に沿ったホトダイオード部の不純
物濃度を示す図である。また図４は、図２のＣＭＯＳ型
固体撮像装置において線２２−２２’に沿ったドレイン
部の不純物濃度を示す図である。
【００２４】図３に示されるホトダイオード部において
は、Ｎ型層であるホトダイオード１６が基板表面に設け
られており、更に、そこから基板内部に向かうにつれて
不純物濃度が緩やかに増加するＰ型ウエル１５が形成さ
れている。Ｐ型ウエル１５は、基板表面から１〜１.５
μｍ程度の深さで、その濃度がピークに達する。
は、Ｎ型層であるホトダイオード１６が基板表面に設け
られており、更に、そこから基板内部に向かうにつれて
不純物濃度が緩やかに増加するＰ型ウエル１５が形成さ
れている。Ｐ型ウエル１５は、基板表面から１〜１.５
μｍ程度の深さで、その濃度がピークに達する。
【００２５】また図４に示されるドレイン部において
は、基板表面から形成されるＮ型半導体層２０が、図３
に示されるＰ型ウエル１５よりも深い基板内位置まで到
達している。即ち、Ｎ型半導体層２０の基板表面からの
深さｂは、Ｐ型ウエル１５の基板表面からの深さａより
も、より深い基板内位置となっている。
は、基板表面から形成されるＮ型半導体層２０が、図３
に示されるＰ型ウエル１５よりも深い基板内位置まで到
達している。即ち、Ｎ型半導体層２０の基板表面からの
深さｂは、Ｐ型ウエル１５の基板表面からの深さａより
も、より深い基板内位置となっている。
【００２６】上記の本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装
置の第１実施例では、受光部１２とオプティカルブラッ
ク部１３とを別々のウエル内に形成し、更に受光部１２
とオプティカルブラック部１３との間にドレイン１４を
設ける。このドレイン１４の働きによって、受光部１２
に強い光が入射した場合に、受光部１２から漏れ出す電
荷がオプティカルブラック部１３へ流れ込むことを防止
することができる。
置の第１実施例では、受光部１２とオプティカルブラッ
ク部１３とを別々のウエル内に形成し、更に受光部１２
とオプティカルブラック部１３との間にドレイン１４を
設ける。このドレイン１４の働きによって、受光部１２
に強い光が入射した場合に、受光部１２から漏れ出す電
荷がオプティカルブラック部１３へ流れ込むことを防止
することができる。
【００２７】即ち、Ｐ型ウエル１５内で生成された電荷
はホトダイオード１６に蓄積されるが、強い光が入射し
てホトダイオード１６が飽和した場合に漏れ出す電荷
は、ドレイン１４により捕獲される。また、Ｐ型ウエル
１５より深いところで生成される電荷についても、ドレ
イン１４のＮ型半導体層２０がＰ型ウエル１５より深い
ところまで形成しているため、オプティカルブラック部
１３に流れ込むことなくドレイン１４に捕獲される。こ
の電荷流れ込み防止効果は、Ｐ型ウエル１５内で生成さ
れる電荷及びＰ型ウエル１５より深いところで生成され
る電荷の両方に対して有効であり、受光部１２に強い光
が入射する場合でも安定した黒レベルを得ることができ
る。
はホトダイオード１６に蓄積されるが、強い光が入射し
てホトダイオード１６が飽和した場合に漏れ出す電荷
は、ドレイン１４により捕獲される。また、Ｐ型ウエル
１５より深いところで生成される電荷についても、ドレ
イン１４のＮ型半導体層２０がＰ型ウエル１５より深い
ところまで形成しているため、オプティカルブラック部
１３に流れ込むことなくドレイン１４に捕獲される。こ
の電荷流れ込み防止効果は、Ｐ型ウエル１５内で生成さ
れる電荷及びＰ型ウエル１５より深いところで生成され
る電荷の両方に対して有効であり、受光部１２に強い光
が入射する場合でも安定した黒レベルを得ることができ
る。
【００２８】固体撮像装置の各画素の構成要素として、
例えば図２には、ホトダイオード１６のみを示してあ
る。しかし実際には、受光部１２およびオプティカルブ
ラック１３に配置される各画素は、Ｎ＋型のホトダイオ
ード１６と複数のＮチャンネルＭＯＳトランジスタによ
り構成される。
例えば図２には、ホトダイオード１６のみを示してあ
る。しかし実際には、受光部１２およびオプティカルブ
ラック１３に配置される各画素は、Ｎ＋型のホトダイオ
ード１６と複数のＮチャンネルＭＯＳトランジスタによ
り構成される。
【００２９】図５は、固体撮像装置の各画素の回路構成
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【００３０】固体撮像装置においては、画素が例えば２
次元マトリックス状に配置される。図５においては、例
えば２×２の画素配列として、画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ
２１、及びＰ２２が配置されている。各画素は同一の構
成を有しており、ホトダイオード３０とＮＭＯＳトラン
ジスタ３１乃至３３を含む。ホトダイオード３０は、図
２のホトダイオード１６或いは１８に相当する。ＮＭＯ
Ｓトランジスタ３１は、ＲＥＳＥＴ信号によりホトダイ
オード３０をリセットするリセットトランジスタであ
り、ＮＭＯＳトランジスタ３２は、ホトダイオード３０
に蓄積した信号を増幅するソースフォロア型増幅トラン
ジスタである。またＮＭＯＳトランジスタ３３は、ＳＥ
ＬＥＣＴ信号により増幅トランジスタ３２をアクティブ
にするセレクトトランジスタである。このセレクトトラ
ンジスタの一端から、ホトダイオード３０に蓄積した信
号が読み出される。
次元マトリックス状に配置される。図５においては、例
えば２×２の画素配列として、画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ
２１、及びＰ２２が配置されている。各画素は同一の構
成を有しており、ホトダイオード３０とＮＭＯＳトラン
ジスタ３１乃至３３を含む。ホトダイオード３０は、図
２のホトダイオード１６或いは１８に相当する。ＮＭＯ
Ｓトランジスタ３１は、ＲＥＳＥＴ信号によりホトダイ
オード３０をリセットするリセットトランジスタであ
り、ＮＭＯＳトランジスタ３２は、ホトダイオード３０
に蓄積した信号を増幅するソースフォロア型増幅トラン
ジスタである。またＮＭＯＳトランジスタ３３は、ＳＥ
ＬＥＣＴ信号により増幅トランジスタ３２をアクティブ
にするセレクトトランジスタである。このセレクトトラ
ンジスタの一端から、ホトダイオード３０に蓄積した信
号が読み出される。
【００３１】図６は、固体撮像装置の画素の平面図であ
る。
る。
【００３２】図６に示される固体撮像装置の画素におい
て、ホトダイオード４０は図５のホトダイオード３０に
相当し、ゲート４１は図５のリセットトランジスタ３１
のゲートに相当し、ゲート４２は図５の増幅トランジス
タ３２のゲートに相当し、ゲート４３は図５のセレクト
トランジスタ３３のゲートに相当する。ゲート４１にＲ
ＥＳＥＴ信号が供給されると、端子４４に供給される電
源電位ＶＤＤによって、ホトダイオード４０がリセット
される。ホトダイオード４０に蓄積される信号は、ゲー
ト４２に供給され増幅される。この増幅された信号は、
ゲート４３にＳＥＬＥＣＴ信号が供給されると、出力端
子４５から出力される。
て、ホトダイオード４０は図５のホトダイオード３０に
相当し、ゲート４１は図５のリセットトランジスタ３１
のゲートに相当し、ゲート４２は図５の増幅トランジス
タ３２のゲートに相当し、ゲート４３は図５のセレクト
トランジスタ３３のゲートに相当する。ゲート４１にＲ
ＥＳＥＴ信号が供給されると、端子４４に供給される電
源電位ＶＤＤによって、ホトダイオード４０がリセット
される。ホトダイオード４０に蓄積される信号は、ゲー
ト４２に供給され増幅される。この増幅された信号は、
ゲート４３にＳＥＬＥＣＴ信号が供給されると、出力端
子４５から出力される。
【００３３】図７は、図２に示されるＣＭＯＳ型固体撮
像装置の受光部、オプティカルブラック部、及びドレイ
ンの部分の平面図である。図７の構成では、受光部１２
の両側にオプティカルブラック部１３を配している。こ
れは鏡面駆動を行う場合に、通常駆動と同一のタイミン
グで黒レベルを読み出し可能にするためである。
像装置の受光部、オプティカルブラック部、及びドレイ
ンの部分の平面図である。図７の構成では、受光部１２
の両側にオプティカルブラック部１３を配している。こ
れは鏡面駆動を行う場合に、通常駆動と同一のタイミン
グで黒レベルを読み出し可能にするためである。
【００３４】図８は、固体撮像装置の全体構成を示す構
成図である。
成図である。
【００３５】図８の固体撮像装置５０は、画素領域５
１、垂直シフトレジスタ５２、読み出し回路５３、水平
シフトレジスタ５４、タイミングジェネレータ５５、ア
ンプ５６、及びＡＤコンバータ５７を含む。
１、垂直シフトレジスタ５２、読み出し回路５３、水平
シフトレジスタ５４、タイミングジェネレータ５５、ア
ンプ５６、及びＡＤコンバータ５７を含む。
【００３６】画素領域５１は、図２及び図７に示される
ように受光部１２、オプティカルブラック部１３、及び
ドレイン１４を含み、図５に示されるように画素がマト
リクス状に配置される領域である。垂直シフトレジスタ
５２は、タイミングジェネレータ５５が生成するタイミ
ング信号に応じて、図５に示されるＳＥＬＥＣＴ信号を
順次駆動して、画素領域５１の画素マトリクスの水平ラ
インを１つずつ順番に選択する。選択された水平ライン
の画素信号は、読み出し回路５３を介して、水平シフト
レジスタ５４に読み出される。水平シフトレジスタ５４
に格納された画素信号は、タイミングジェネレータ５５
が生成するタイミング信号のタイミングに応じて、時系
列信号として順次送り出される。順次送り出された信号
は、アンプ５６により増幅され、更にＡＤコンバータ５
７によりデジタル信号に変換される。
ように受光部１２、オプティカルブラック部１３、及び
ドレイン１４を含み、図５に示されるように画素がマト
リクス状に配置される領域である。垂直シフトレジスタ
５２は、タイミングジェネレータ５５が生成するタイミ
ング信号に応じて、図５に示されるＳＥＬＥＣＴ信号を
順次駆動して、画素領域５１の画素マトリクスの水平ラ
インを１つずつ順番に選択する。選択された水平ライン
の画素信号は、読み出し回路５３を介して、水平シフト
レジスタ５４に読み出される。水平シフトレジスタ５４
に格納された画素信号は、タイミングジェネレータ５５
が生成するタイミング信号のタイミングに応じて、時系
列信号として順次送り出される。順次送り出された信号
は、アンプ５６により増幅され、更にＡＤコンバータ５
７によりデジタル信号に変換される。
【００３７】図９は、本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像
装置の第２実施例の構成を示す図である。図９におい
て、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照される。
装置の第２実施例の構成を示す図である。図９におい
て、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照される。
【００３８】図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ａが設けてある。
受光部１２は、基板内部に不純物濃度のピークをもつＰ
型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホトダイオード１
６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジスタで構成さ
れる。オプティカルブラック部１３は受光部１２と同じ
構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体層から成るホ
トダイオード１８、及び図示しない複数のＭＯＳトラン
ジスタで構成される。ドレイン１４Ａは、逆バイアスし
た（正電位を印加された）Ｎ型半導体層２０Ａから成
り、このＮ型半導体層２０Ａは、Ｐ型ウエル１５及び１
７より深い基板位置まで達しＰ型ウエル１５を包み込む
ように形成されている。
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ａが設けてある。
受光部１２は、基板内部に不純物濃度のピークをもつＰ
型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホトダイオード１
６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジスタで構成さ
れる。オプティカルブラック部１３は受光部１２と同じ
構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体層から成るホ
トダイオード１８、及び図示しない複数のＭＯＳトラン
ジスタで構成される。ドレイン１４Ａは、逆バイアスし
た（正電位を印加された）Ｎ型半導体層２０Ａから成
り、このＮ型半導体層２０Ａは、Ｐ型ウエル１５及び１
７より深い基板位置まで達しＰ型ウエル１５を包み込む
ように形成されている。
【００３９】図１０は、図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置
において線２５−２５’に沿った受光部のホトダイオー
ド部の不純物濃度を示す図である。また図１１は、図９
のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２６−２６’に沿
ったドレイン部の不純物濃度を示す図である。更に図１
２は、図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２７−
２７’に沿ったオプティカルブラックのホトダイオード
部の不純物濃度を示す図である。
において線２５−２５’に沿った受光部のホトダイオー
ド部の不純物濃度を示す図である。また図１１は、図９
のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２６−２６’に沿
ったドレイン部の不純物濃度を示す図である。更に図１
２は、図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２７−
２７’に沿ったオプティカルブラックのホトダイオード
部の不純物濃度を示す図である。
【００４０】図１０に示される受光部のホトダイオード
部においては、Ｎ型層であるホトダイオード１６が基板
表面に設けられており、更に、そこから基板内部に向か
うにつれて不純物濃度が緩やかに増加するＰ型ウエル１
５が形成されている。Ｐ型ウエル１５は、基板表面から
１〜１.５μｍ程度の深さで、その濃度がピークに達す
る。更に基板表面から深く入った地点には、ドレイン１
４ＡのＮ型半導体層２０が存在し、Ｐ型ウエル１５をＰ
型半導体基板１１から隔離する形となっている。
部においては、Ｎ型層であるホトダイオード１６が基板
表面に設けられており、更に、そこから基板内部に向か
うにつれて不純物濃度が緩やかに増加するＰ型ウエル１
５が形成されている。Ｐ型ウエル１５は、基板表面から
１〜１.５μｍ程度の深さで、その濃度がピークに達す
る。更に基板表面から深く入った地点には、ドレイン１
４ＡのＮ型半導体層２０が存在し、Ｐ型ウエル１５をＰ
型半導体基板１１から隔離する形となっている。
【００４１】図１１に示されるドレイン部においては、
基板表面から形成されるＮ型半導体層２０が、図１０に
示されるＰ型ウエル１５よりも深い基板内位置まで到達
している。
基板表面から形成されるＮ型半導体層２０が、図１０に
示されるＰ型ウエル１５よりも深い基板内位置まで到達
している。
【００４２】また図１２に示されるオプティカルブラッ
クのホトダイオード部においては、Ｎ型層であるホトダ
イオード１８が基板表面に設けられており、更に、そこ
から基板内部に向かうにつれて不純物濃度が緩やかに増
加するＰ型ウエル１７が形成されている。Ｐ型ウエル１
７は、基板表面から１〜１.５μｍ程度の深さで、その
濃度がピークに達する。
クのホトダイオード部においては、Ｎ型層であるホトダ
イオード１８が基板表面に設けられており、更に、そこ
から基板内部に向かうにつれて不純物濃度が緩やかに増
加するＰ型ウエル１７が形成されている。Ｐ型ウエル１
７は、基板表面から１〜１.５μｍ程度の深さで、その
濃度がピークに達する。
【００４３】上記のように、本発明によるＣＭＯＳ型固
体撮像装置の第２実施例では、受光部１２とオプティカ
ルブラック部１３とを別々のウエル内に形成し、更に受
光部１２とオプティカルブラック部１３との間にドレイ
ン１４Ａを設け、このドレイン１４Ａが受光部１２の下
部に回り込み受光部１２を包み込む。従って、第１実施
例の構成ではドレイン１４の下部を回りこんで受光部１
２からオプティカルブラック部１３に漏れ出す可能性の
あった電荷を、このドレイン１４Ａの働きによって完全
に封じ込めることができる。従って、受光部１２に強い
光が入射する場合でも安定した黒レベルを得ることがで
きる。
体撮像装置の第２実施例では、受光部１２とオプティカ
ルブラック部１３とを別々のウエル内に形成し、更に受
光部１２とオプティカルブラック部１３との間にドレイ
ン１４Ａを設け、このドレイン１４Ａが受光部１２の下
部に回り込み受光部１２を包み込む。従って、第１実施
例の構成ではドレイン１４の下部を回りこんで受光部１
２からオプティカルブラック部１３に漏れ出す可能性の
あった電荷を、このドレイン１４Ａの働きによって完全
に封じ込めることができる。従って、受光部１２に強い
光が入射する場合でも安定した黒レベルを得ることがで
きる。
【００４４】図１３は、本発明によるＣＭＯＳ型固体撮
像装置の第３実施例の構成を示す図である。図１３にお
いて、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照され
る。
像装置の第３実施例の構成を示す図である。図１３にお
いて、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照され
る。
【００４５】図１３のＣＭＯＳ型固体撮像装置において
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ｂが設けてある。
受光部１２は、基板内部に不純物濃度のピークをもつＰ
型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホトダイオード１
６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジスタで構成さ
れる。オプティカルブラック部１３は受光部１２と同じ
構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体層から成るホ
トダイオード１８、及び図示しない複数のＭＯＳトラン
ジスタで構成される。ドレイン１４Ｂは、逆バイアスし
たＮ型半導体層２０Ｂから成り、このＮ型半導体層２０
Ｂは、Ｐ型ウエル１５及び１７より深い基板位置まで達
しＰ型ウエル１７を包み込むように形成されている。
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ｂが設けてある。
受光部１２は、基板内部に不純物濃度のピークをもつＰ
型ウエル１５、Ｎ型半導体層から成るホトダイオード１
６、及び図示しない複数のＭＯＳトランジスタで構成さ
れる。オプティカルブラック部１３は受光部１２と同じ
構造であり、Ｐ型ウエル１７、Ｎ型半導体層から成るホ
トダイオード１８、及び図示しない複数のＭＯＳトラン
ジスタで構成される。ドレイン１４Ｂは、逆バイアスし
たＮ型半導体層２０Ｂから成り、このＮ型半導体層２０
Ｂは、Ｐ型ウエル１５及び１７より深い基板位置まで達
しＰ型ウエル１７を包み込むように形成されている。
【００４６】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第
３実施例では、第１実施例の構成ではドレイン１４の下
部を回りこんで受光部１２からオプティカルブラック部
１３に漏れ入る可能性のあった電荷を、ドレイン１４Ｂ
の働きによって完全に排除することができる。従って、
受光部１２に強い光が入射する場合でも安定した黒レベ
ルを得ることができる。
３実施例では、第１実施例の構成ではドレイン１４の下
部を回りこんで受光部１２からオプティカルブラック部
１３に漏れ入る可能性のあった電荷を、ドレイン１４Ｂ
の働きによって完全に排除することができる。従って、
受光部１２に強い光が入射する場合でも安定した黒レベ
ルを得ることができる。
【００４７】図１４は、本発明によるＣＭＯＳ型固体撮
像装置の第４実施例の構成を示す図である。図１４にお
いて、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照され
る。
像装置の第４実施例の構成を示す図である。図１４にお
いて、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照され
る。
【００４８】図１４のＣＭＯＳ型固体撮像装置において
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ｃが設けてある。
ドレイン１４Ｃは、逆バイアスしたＮ型半導体層２０Ｃ
から成り、このＮ型半導体層２０Ｃは、Ｐ型ウエル１５
及び１７より深い基板位置まで達しＰ型ウエル１５及び
１７を包み込むように形成されている。
は、Ｐ型半導体基板１１上に、受光部１２、オプティカ
ルブラック部１３、及びドレイン１４Ｃが設けてある。
ドレイン１４Ｃは、逆バイアスしたＮ型半導体層２０Ｃ
から成り、このＮ型半導体層２０Ｃは、Ｐ型ウエル１５
及び１７より深い基板位置まで達しＰ型ウエル１５及び
１７を包み込むように形成されている。
【００４９】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第
４実施例では、第１実施例の構成ではドレイン１４の下
部を回りこんで受光部１２から漏れ出してオプティカル
ブラック部１３に漏れ入る可能性のあった電荷を、ドレ
イン１４Ｃの働きによって完全に阻止することができ
る。従って、受光部１２に強い光が入射する場合でも安
定した黒レベルを得ることができる。上記実施例におい
ては、ホトダイオード型のＣＭＯＳ固体撮像装置につい
て説明したが、電極によるポテンシャル井戸に電荷を蓄
積するホトゲート型ＣＭＯＳ固体撮像装置に対しても、
本発明を適用できることは明らかである。また上記実施
例の説明においては、画素は２次元状に配列されている
構成を示したが、画素配列は１次元状であっても構わな
い。
４実施例では、第１実施例の構成ではドレイン１４の下
部を回りこんで受光部１２から漏れ出してオプティカル
ブラック部１３に漏れ入る可能性のあった電荷を、ドレ
イン１４Ｃの働きによって完全に阻止することができ
る。従って、受光部１２に強い光が入射する場合でも安
定した黒レベルを得ることができる。上記実施例におい
ては、ホトダイオード型のＣＭＯＳ固体撮像装置につい
て説明したが、電極によるポテンシャル井戸に電荷を蓄
積するホトゲート型ＣＭＯＳ固体撮像装置に対しても、
本発明を適用できることは明らかである。また上記実施
例の説明においては、画素は２次元状に配列されている
構成を示したが、画素配列は１次元状であっても構わな
い。
【００５０】また半導体基板上にエピタキシャル成長等
により更に半導体層を形成し、この半導体層表面に上記
受光部、遮光部、及びドレインを形成するように構成す
ることも可能である。
により更に半導体層を形成し、この半導体層表面に上記
受光部、遮光部、及びドレインを形成するように構成す
ることも可能である。
【００５１】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能であ
る。
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能であ
る。
【００５２】
【発明の効果】上記発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置
では、受光部とオプティカルブラック部（遮光部）とを
別々のウェル内に形成し、更に受光部とオプティカルブ
ラック部より深い基板位置まで達するドレインを、受光
部とオプティカルブラック部との間に設ける。このドレ
インの働きによって、受光部に強い光が入射した場合
に、受光部から漏れ出す電荷がオプティカルブラック部
へ流れ込むことを防止することができる。即ち、強い光
が入射してホトダイオードが飽和した場合に漏れ出す電
荷は、ドレインにより捕獲され、またＰ型ウエルより深
いところで生成される電荷は、ドレインのＮ型半導体層
がＰ型ウエルより深いところまで形成されているため、
オプティカルブラック部に流れ込むことなくドレインに
捕獲される。
では、受光部とオプティカルブラック部（遮光部）とを
別々のウェル内に形成し、更に受光部とオプティカルブ
ラック部より深い基板位置まで達するドレインを、受光
部とオプティカルブラック部との間に設ける。このドレ
インの働きによって、受光部に強い光が入射した場合
に、受光部から漏れ出す電荷がオプティカルブラック部
へ流れ込むことを防止することができる。即ち、強い光
が入射してホトダイオードが飽和した場合に漏れ出す電
荷は、ドレインにより捕獲され、またＰ型ウエルより深
いところで生成される電荷は、ドレインのＮ型半導体層
がＰ型ウエルより深いところまで形成されているため、
オプティカルブラック部に流れ込むことなくドレインに
捕獲される。
【００５３】このように電荷流れ込み防止効果は、Ｐ型
ウエル内で生成される電荷及びＰ型ウエルより深いとこ
ろで生成される電荷の両方に対して有効であり、受光部
に強い光が入射する場合でも安定した黒レベルを得るこ
とが可能となり、黒レベル変動による画像の劣化を防ぐ
ことができる。
ウエル内で生成される電荷及びＰ型ウエルより深いとこ
ろで生成される電荷の両方に対して有効であり、受光部
に強い光が入射する場合でも安定した黒レベルを得るこ
とが可能となり、黒レベル変動による画像の劣化を防ぐ
ことができる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、オプティカルブラック部
への電荷流れ込み防止構造を有する従来の固体撮像装置
の断面図である。
への電荷流れ込み防止構造を有する従来の固体撮像装置
の断面図である。
【図２】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第１実
施例の構成を示す図である。
施例の構成を示す図である。
【図３】図２のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２１
−２１’に沿ったホトダイオード部の不純物濃度を示す
図である。
−２１’に沿ったホトダイオード部の不純物濃度を示す
図である。
【図４】図２のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２２
−２２’に沿ったドレイン部の不純物濃度を示す図であ
る。
−２２’に沿ったドレイン部の不純物濃度を示す図であ
る。
【図５】固体撮像装置の各画素の回路構成を示す回路図
である。
である。
【図６】固体撮像装置の画素の平面図である。
【図７】図２に示されるＣＭＯＳ型固体撮像装置の受光
部、オプティカルブラック部、及びドレインの部分の平
面図である。
部、オプティカルブラック部、及びドレインの部分の平
面図である。
【図８】固体撮像装置の全体構成を示す構成図である。
【図９】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第２実
施例の構成を示す図である。
施例の構成を示す図である。
【図１０】図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２
５−２５’に沿った受光部のホトダイオード部の不純物
濃度を示す図である。
５−２５’に沿った受光部のホトダイオード部の不純物
濃度を示す図である。
【図１１】図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２
６−２６’に沿ったドレイン部の不純物濃度を示す図で
ある。
６−２６’に沿ったドレイン部の不純物濃度を示す図で
ある。
【図１２】図９のＣＭＯＳ型固体撮像装置において線２
７−２７’に沿ったオプティカルブラックのホトダイオ
ード部の不純物濃度を示す図である。
７−２７’に沿ったオプティカルブラックのホトダイオ
ード部の不純物濃度を示す図である。
【図１３】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第３
実施例の構成を示す図である。
実施例の構成を示す図である。
【図１４】本発明によるＣＭＯＳ型固体撮像装置の第４
実施例の構成を示す図である。
実施例の構成を示す図である。
１１ Ｐ型半導体基板 １２ 受光部 １３ オプティカルブラック部 １４ ドレイン １５ Ｐ型ウエル １６ ホトダイオード １７ Ｐ型ウエル １８ ホトダイオード １９ 遮光層 ２０ Ｎ型半導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 寿孝 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA02 AA10 AB01 BA14 CA03 CA19 FA06 FA12 FA19 FA33 5C024 CX31 GY31 GZ36
Claims (8)
- 【請求項１】半導体基板と、 該半導体基板表面に設けられ入射光を光電変換して電荷
を蓄積する画素が配列される受光部と、 該半導体基板表面に設けられ遮光された画素が配列され
る遮光部と、 該受光部と該遮光部との間に設けられ該半導体基板表面
から該受光部と該遮光部より深い位置まで該半導体基板
に形成されるドレインを含むことを特徴とする固体撮像
装置。 - 【請求項２】該ドレインは該受光部の下部にも形成され
該受光部を包み込むことを特徴とする請求項１記載の固
体撮像装置。 - 【請求項３】該ドレインは該遮光部の下部にも形成され
該遮光部を包み込むことを特徴とする請求項１記載の固
体撮像装置。 - 【請求項４】該ドレインは該受光部と該遮光部の下部に
も形成され該受光部及び該遮光部を包み込むことを特徴
とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項５】該半導体基板はＰ型半導体基板であり、該
ドレイン部は逆バイアスされたＮ型半導体層であること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】該受光部及び該遮光部はそれぞれＰ型の半
導体層内に形成されることを特徴とする請求項５記載の
固体撮像装置。 - 【請求項７】該画素は、 電荷を蓄積する電荷蓄積部と、 複数のＮＭＯＳトランジスタを含むことを特徴とする請
求項６記載の固体撮像装置。 - 【請求項８】半導体基板と、 該半導体基板上に形成した半導体層と、 該半導体層表面に設けられ入射光を光電変換して電荷を
蓄積する画素が配列される受光部と、 該半導体層表面に設けられ遮光された画素が配列される
遮光部と、 該受光部と該遮光部との間に設けられ該半導体層表面か
ら該受光部と該遮光部より深い位置まで形成されるドレ
インを含むことを特徴とする固体撮像装置。
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