JP2006196536A

JP2006196536A - 撮像素子

Info

Publication number: JP2006196536A
Application number: JP2005004163A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Fujimagari; 潤一郎藤曲
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止すること。
【解決手段】光電変換領域により光電変換された受光信号を処理する周辺回路に電源を供給する電源供給領域１０の下端部からＮ型シリコン基板６方向に導電性のブルーミングパス１１を形成し、フォトダイオード９の光電変換時に飽和して、このフォトダイオード９から溢れた電子をこのブルーミングパス１１により捕らえて電源Ｖｄｄ側に流すことにより、溢れた電子を隣接する画素に流れ込まないようにしてブルーミングを抑止する。その際、ブルーミングパス１１を形成したことにより従来のようにフォトダイオード９の領域が小さくなることがないため、受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子に係り、特にＣＭＯＳイメージセンサにおいて、フォトダイオードで光電変換された電子が飽和した場合に周辺の画素へ電子が漏れ込むことにより生じるブルーミングを防止するブルーミングパスに関する。

従来より撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサが用いられている。このＣＭＯＳイメージセンサは図４に示すように、Ｎ型のシリコン基板Ｎｓｕｂ上に形成されたＰ型ウェル領域Ｐｗｅｌｌ内に複数のフォトダイオードＰＤを備えることにより複数の画素ａ，ｂ，ｃが形成されている概略構成を有しているが、例えば画素ｂのフォトダイオードＰＤで光電変換された電子ｅが飽和した場合、このフォトダイオードＰＤから溢れた電子ｅは周辺の画素ａ，ｃ側に矢印２０のように拡散して漏れ込み、撮像画像に対して所謂ブルーミングを引き起こしていた。
特開２００４−１１１５９０号公報

そこで、フォトダイオードＰＤの下側にブルーミングパスを設け、上記した電子ｅをこのブルーミングパスを通してＮ型シリコン基板Ｎｓｕｂ側に流し、それにより周辺の画素に流れ込まないようにして、ブルーミングを抑止することが行われている。しかし、このようなブルーミングパスを設けた場合は画素に占めるフォトダイオード領域の割合が小さくなり、受光感度や飽和出力の低下を招いていた。また、上記した従来のブルーミングパスは飽和した電子を基板Ｎｓｕｂ側に流す構造のため、基板電位を約１５Ｖほどに設定しなければならない。しかし、低電圧駆動のＣＭＯＳイメージセンサでは基板電位を上記のように高く設定することができないため、従来のようなブルーミングパスを低電圧駆動のＣＭＯＳセンサに適用することは不可能であった。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる撮像素子を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、半導体基板上に形成されたウェル層と、前記ウェル層内に形成される光電変換領域と、前記ウェル層内に形成され、前記光電変換領域により光電変換された受光信号を処理する周辺回路と、前記ウェル層内に形成され、前記周辺回路に電源を供給する電源供給領域と、前記電源供給領域の下端部から前記半導体基板方向に形成される導電性のブルーミングパス領域とを具備することを特徴とする。

また、本発明の前記ブルーミングパス領域の一方の端部は前記電源供給領域の下端部に接続され、他方の端部は前記半導体基板に接続していることを特徴とする。

また、本発明の前記ブルーミングパス領域の一方の端部は前記電源供給領域の下端部に接続され、他方の端部は前記半導体基板に接続しておらず、近接していることを特徴とする。

このように本発明では、光電変換領域により光電変換された受光信号を処理する周辺回路に電源を供給する電源供給領域の下端部から半導体基板方向に導電性のブルーミングパス領域を形成し、光電変換領域の光電変換時に飽和してこの光電変換領域から溢れた電子をこのブルーミングパス領域により捕らえて電源側に流すことにより、飽和電子が隣接する画素に流れ込まないようにしてブルーミングを抑止する。その際、ブルーミングパス領域を形成したことにより従来のように光電変換領域が小さくなることがないため、受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる。

本発明によれば、周辺回路に電源を供給する電源供給領域の下端部から半導体基板方向に導電性のブルーミングパス領域を形成し、このブルーミングパス領域により光電変換領域の光電変換時に飽和して溢れた電子を捕らえて電源側に流すことにより、受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる。
また、飽和して溢れた電子をこのブルーミングパスを通して電源側に流すため、従来のように半導体基板に高い電圧をかける必要がなく、低電圧駆動のＣＭＯＳセンサにも本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
また、ブルーミングパス領域は電源供給領域の下端部から半導体基板方向の深い位置まで延びているため、従来のブルーミングパスでは阻止できなかった深い領域での飽和電子の漏れ込みを防止でき、ブルーミング抑制効果を向上させることができる。
電源供給領域の下端部から半導体基板方向に形成された導電性のブルーミングパス領域の下端を半導体基板に接続する構成では、半導体基板からブルーミングパス領域を介して電源供給領域に電源を供給することができ、電源供給領域に電源を印加するために必要であった電源供給用コンタクトを省略することができる。

受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる撮像素子を提供する目的を、光電変換領域により光電変換された受光信号を処理する周辺回路に電源を供給する電源供給領域の下端部から半導体基板方向に導電性のブルーミングパス領域を形成し、このブルーミングパス領域により光電変換領域の光電変換時に飽和して溢れた電子を捕らえて電源側に流すことによって実現した。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の構成を示した平面図及び断面図である。図１（Ａ）の平面図において、本例の撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサで、アクティブ領域１、トランスファーゲートのゲート電極２、ｎ型拡散層３、リセットトランジスタのゲート電極４、アンプトランジスタのゲート電極５を有している。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の要部断面図で、本例の撮像素子は、Ｎ型シリコン基板６上に形成されたＰ型ウェル領域７内に光電変換部であるフォトダイオード（ＰＤ）９、上記したリセットトランジスタやアンプトランジスタを含む周辺回路に電源を供給する電源供給領域１０を有し、これらフォトダイオード９及び電源供給領域１０の間にフィールド酸化膜８が形成され、また、電源供給領域１０の下端部からＮ型シリコン基板６方向にＮ型の導電性を持ったブルーミングパス１１が形成され、その下端はＮ型シリコン基板６に接続されている。

尚、上記したＮ型シリコン基板６上にＰ型ウェル領域７を形成する際に、電源供給領域１０はマスクしてＮ型基板のままにし、その後、フォトダイオード９や周辺回路を従来通り形成することによりブルーミングパス１１を容易に形成することができる。

次に本実施形態の動作について説明する。撮像素子に光が照射されると、フォトダイオード９が光電変換動作を行ってその受光量に応じた電荷を蓄積する。この光電変換により生じた電荷は、周辺回路のリセットトランジスタによりリセットされた図示されない読み出し部を介して読み出され、読み出された信号は周辺回路のアンプトランジスタにより増幅されて出力される。

ここで、フォトダイオード９による光電変換動作時に、光電変換された電子が飽和した場合、フォトダイオード９から溢れた電子が周辺の画素に向かってＰ型ウェル領域７内を拡散するが、電源供給領域１０からＮ型シリコン基板６方向に形成されたブルーミングパス１１に捕らえられる。しかも、このブルーミングパス１１は電源供給領域１０に電気的に接続されているため、捕らえられた電子はこのブルーミングパス１１を通して電源側に流れてしまうため、周辺の画素に流れ込むことが防止され、撮像画像に所謂ブルーミングが生じるのを防止することができる。

本実施形態によれば、ブルーミングパス１１を電源供給領域１０の下端部からＮ型シリコン基板６までの間に形成するので、フォトダイオード９の領域が小さくなることがないため、受光感度や飽和出力を低下させることなく、ブルーミングを抑止することができる。

また、ブルーミングパス１１は電源供給領域１０の下端部からＮ型シリコン基板６までの深い位置まで延びているため、従来のブルーミングパスでは阻止できなかった深い領域での飽和電子の漏れ込みを防止でき、ブルーミング抑制効果を向上させることができる。

また、本実施形態のブルーミングパス１１はフォトダイオード９の光電変換動作時に飽和して溢れた電子を電源側に流すため、Ｎ型シリコン基板６の電位を高く設定する必要がない。それ故、低電圧駆動のＣＭＯＳイメージセンサにも本例と同様の構造のブルーミングパスを形成して上記と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では電源供給領域１０に電源Ｖｄｄを供給するコンタクト１２があるが、ブルーミングパス１１がＮ型シリコン基板６と接続しているので、Ｎ型シリコン基板６と電源供給領域１０はブルーミングパス１１を介して電気的に接続されているため、Ｎ型シリコン基板６側から電源供給領域１０に電源Ｖｄｄを供給してもよく、この場合は図２に示すように、電源供給領域１０に電源Ｖｄｄを供給するコンタクトを省略することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る撮像素子の構成を示した断面図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態の撮像素子のブルーミングパス１１は電源供給領域１０の下端部からＮ型シリコン基板６方向に向けて形成されているが、その下端はＮ型シリコン基板６に接続されず、Ｎ型シリコン基板６に近接する位置にある。他の構成は図１に示した第１の実施形態と同様である。

本実施形態のように、ブルーミングパス１１は必ずしもＮ型シリコン基板６に接続している必要はなく、その下端がＮ型シリコン基板６方向に十分に深い位置にあれば、フォトダイオード９により光電変換された電子が飽和して、この電子が周辺の画素に向かって拡散した場合、この拡散する電子を第１の実施形態と同様に捕らえることができ、このブルーミングパス１１を通して電源側に流してしまい、隣接する画素に漏れ込むことを十分に阻止することができる。それ故、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、この場合は図２に示すように電源供給領域１０に電源Ｖｄｄを供給するコンタクトを省略することはできない。

尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の構成を示した平面図及び断面図である。本発明の第１の実施形態の変形例を示した断面図である。本発明の第２の実施形態に係る撮像素子の構成を示した断面図である。従来のＣＭＯＳイメージセンサの構成例を示した断面図である。

符号の説明

３……ｎ型拡散層、４……リセットトランジスタのゲート電極、５……アンプトランジスタのゲート電極、６……Ｎ型シリコン基板、７……Ｐ型ウェル領域、８……フィールド酸化膜、９……フォトダイオード、１０……電源供給領域、１１……ブルーミングパス、１２……電源供給用コンタクト。

Claims

半導体基板上に形成されたウェル層と、
前記ウェル層内に形成される光電変換領域と、
前記ウェル層内に形成され、前記光電変換領域により光電変換された受光信号を処理する周辺回路と、
前記ウェル層内に形成され、前記周辺回路に電源を供給する電源供給領域と、
前記電源供給領域の下端部から前記半導体基板方向に形成される導電性のブルーミングパス領域と、
を具備することを特徴とする撮像素子。
前記ブルーミングパス領域の一方の端部は前記電源供給領域の下端部に接続され、他方の端部は前記半導体基板に接続していることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
前記半導体基板から前記ブルーミングパス領域を通して前記電源供給領域に電源を供給することを特徴とする請求項２記載の撮像素子。
前記ブルーミングパス領域の一方の端部は前記電源供給領域の下端部に接続され、他方の端部は前記半導体基板に接続せず、近接していることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
前記電源供給領域に接続された電源供給用コンタクトを通して同電源供給領域に電源を供給することを特徴とする請求項４記載の撮像素子。
前記撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。