JP2674524B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

【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およびその
駆動方法に関し、特に電荷転送素子を用いた固体撮像装
置であるＣＣＤ撮像装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＣＤ撮像装置は、インターライ
ン転送型、フレーム転送型、およびフレームインターラ
イン転送型に大別できる。

【０００３】図５は、従来のインターライン転送型ＣＣ
Ｄ撮像装置の模式的平面図である。図５に示した従来例
は、撮像領域２０１と、水平ＣＣＤレジスタ２０３と、
電荷検出器２０４とから構成されており、さらに撮像領
域２０１は、垂直方向および水平方向に２次元的に配列
された光電変換領域２０５と、垂直方向に連なる光電変
換領域列に沿って設けられた垂直ＣＣＤレジスタ２０６
と、光電変換領域２０５と垂直ＣＣＤレジスタ２０６と
の間に設けられた読み出し領域２０７を備えている。

【０００４】図６は、図５に示す従来例の撮像領域２０
１の部分拡大平面図であり、図７は、図６のＡ−Ｂ−Ｃ
線断面図である。以下、信号電荷が電子であるＮチャネ
ル型の場合について説明するが、Ｐチャネル型の場合に
ついても同様の説明が可能であるのでそれは省略する。
撮像領域２０１を構成する光電変換領域２０５と垂直Ｃ
ＣＤレジスタ２０６と読み出し領域２０７とは、Ｎ型シ
リコン基板２１１の表面部に設けられたＰ型ウェル２１
２中に設けられており、Ｐ型素子分離領域２１３により
区画されている。Ｐ型ウェル２１２の接合深さは２ない
し３μｍである。光電変換領域は、Ｐ型ウェル２１２
と、Ｐ型ウェル２１２中に設けられたＮ型拡散層２１４
と、Ｎ型拡散層２１４の表面側に設けられたＰ型表面層
２１５とから構成され、光電変換により発生した信号電
荷を蓄積する。Ｎ型拡散層２１４の接合深さは０．７な
いし１．３μｍであり、Ｐ型表面層２１５の接合深さは
０．１ないし０．３μｍである。垂直ＣＣＤレジスタ２
０６は、Ｐ型ウェル２１２中に設けられたＮ型垂直転送
チャネル層２１６と、Ｎ型垂直転送チャネル層２１６上
に設けられた垂直転送電極２１７、２１８、２１９、２
２０、…と、Ｎ型垂直転送チャネル層２１６下に設けら
れたＰ型埋込層２２１とから構成され、信号電荷を垂直
方向に転送する。Ｎ型垂直転送チャネル層２１６の接合
深さは０．３ないし０．５μｍである。読み出し領域２
０７は、Ｐ型ウェル２１２中に設けられたＰ型読み出し
チャネル層２２２と、Ｐ型読み出しチャネル層２２２上
に設けられた読み出し電極２２３とから構成され、光電
変換領域２０５から垂直ＣＣＤレジスタ２０６への信号
電荷の転送を制御している。

【０００５】さらに、垂直ＣＣＤレジスタ２０６と読み
出し領域２０７の上部には、遮光膜２２４が設けられ
る。

【０００６】図８は、図７のＲ₁ −Ｒ₂ 線位置における
光電変換領域２０５の深さ方向の電位分布と、図７の点
Ｒ₁ の位置より右側に示した領域のチャネル電位を連続
して示した電位図である。点Ｒ₁ は、光電変換領域２０
５において電位が極大となる点である。さらに、図８に
おいては、光電変換により発生した信号電荷をＮ型拡散
層２１４に蓄積する期間（以後蓄積期間と略す）、およ
びＮ型拡散層２１４に蓄積した信号電荷を全てＮ型シリ
コン基板２１１に排出する期間（以後基板シャッター期
間と略す）における電位図を併せて示している。蓄積期
間においては、Ｎ型シリコン基板２１１に電圧Ｖ_1aを印
加することにより、Ｎ型拡散層２１４直下のＰ型ウェル
２１２を空乏化し、かつ読み出し領域２０７のチャネル
電位Ｖ_RをＮ型拡散層２１４直下のＰ型ウェル２１２の
電位Ｖ_paより浅くする。これにより、光電変換により発
生した信号電荷はＮ型拡散層２１４にのみ蓄積され、強
い光が入射した場合に発生する過剰電荷は、Ｎ型シリコ
ン基板２１１に排出され、ブルーミングと呼ばれる偽信
号を防止することができる。また、基板シャッター期間
においては、Ｎ型シリコン基板２１１に電圧Ｖ_2aを印加
することにより、Ｎ型拡散層２１４に形成されていた電
位の井戸を消滅させ、Ｎ型拡散層２１４に蓄積していた
信号電荷を全てＮ型シリコン基板２１１に排出すること
ができる。

【０００７】図９は、従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像
装置の模式的平面図である。図９に示した従来例は、撮
像領域３０１と、蓄積領域３０２と、水平ＣＣＤレジス
タ３０３と、電荷検出器３０４とから構成されている。
さらに、撮像領域３０１は、第１の垂直ＣＣＤレジスタ
３０６と、第１の垂直ＣＣＤレジスタ３０６に隣接して
設けられた窓領域３０５を備えており、蓄積領域３０２
は第２の垂直ＣＣＤレジスタ３０８を備えている。

【０００８】図１０は、図９に示す従来例の撮像領域の
部分拡大平面図であり、図１１は、図１０のＡ−Ａ線断
面図、また図１２は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。
第１の垂直ＣＣＤレジスタ３０６は、Ｎ型シリコン基板
３１１の主面に設けられたＰ型ウェル３１２と、Ｐ型ウ
ェル３１２中に設けられ、Ｐ型素子分離領域３１３によ
り区画形成されているＮ型垂直転送チャネル層３１６
と、Ｎ型垂直転送チャネル層３１６上に設けられた垂直
転送電極３１７、３１８、３１９、３２０、…とから構
成され、光電変換により発生した信号電荷を蓄積し、か
つ信号電荷を垂直方向に転送する。第１の垂直ＣＣＤレ
ジスタ３０６におけるＰ型ウェル３１２の接合深さは２
ないし３μｍであり、Ｐ型素子分離領域３１３直下のＰ
型ウェル３１２の接合深さはこれより深くなっている。
また、Ｎ型垂直転送チャネル層３１６の接合深さは０．
３ないし０．５μｍである。窓領域３０５は、Ｐ型ウェ
ル３１２と、Ｐ型ウェル３１２中に設けられたＮ型垂直
転送チャネル層３１６と、Ｎ型垂直転送チャネル層３１
６の表面側に設けられたＰ型表面層３１５とから構成さ
れる領域であり、図１０において、素子分離領域１１３
以外の領域で、かつ上部に垂直転送電極３１７、３１
８、３１９、３２０、…が存在しない領域である。窓領
域３０５におけるＮ型垂直転送チャネル層３１６の接合
深さは第１の垂直ＣＣＤレジスタ３０６におけるＮ型垂
直転送チャネル層３１６の接合深さと同じであり、Ｐ型
表面層３１５の接合深さは０．１ないし０．３μｍであ
る。窓領域３０５は、光電変換により信号電荷を発生す
る機能をもつが、信号電荷を蓄積する機能は持っていな
い。窓領域３０５の電位は第１の垂直ＣＣＤレジスタ３
０６の電位より浅く（低く）設計されており、窓領域３
０５において発生した信号電荷は、速やかに隣接する第
１の垂直ＣＣＤレジスタ３０６に転送される。フレーム
転送型ＣＣＤ撮像装置においては、光電変換は、第１の
垂直ＣＣＤレジスタ３０６および窓領域３０５における
Ｎ型垂直転送チャネル層３１６で行われるが、第１の垂
直ＣＣＤレジスタ３０６においては、垂直転送電極３１
７、３１８、３１９、３２０における光の吸収があるこ
とから、短波長光に対する感度を向上する効果がある。

【０００９】従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像装置にお
いても、蓄積期間において強い光が入射した場合に発生
する過剰電荷をＮ型シリコン基板３１１に排出すること
によりブルーミングを防止する機構、および信号電荷を
全てＮ型シリコン基板３１１に排出する基板シャッター
の機構が備わっている。蓄積期間における過剰電荷の排
出、および基板シャッター期間における信号電荷の排出
は、Ｎ型垂直転送チャネル層３１６直下のＰ型ウェル３
１２を経由する。

【００１０】図１３は、従来のフレームインターライン
転送型ＣＣＤ撮像装置の模式的平面図である。図１３に
示した従来例は、撮像領域４０１と、蓄積領域４０２
と、水平ＣＣＤレジスタ４０３と、電荷検出器４０４と
から構成されており、さらに撮像領域４０１は、垂直方
向および水平方向に２次元的に配列された光電変換領域
４０５と、垂直方向に連なる光電変換領域列に沿って設
けられた第１の垂直ＣＣＤレジスタ４０６と、光電変換
領域４０５と第１の垂直ＣＣＤレジスタ４０６との間に
設けられた読み出し領域４０７を備えている。フレーム
インターライン転送型ＣＣＤ撮像装置における撮像領域
４０１の構造は、図５、６、７に示したインターライン
転送型ＣＣＤ撮像装置における撮像領域２０１の構造と
同じであり、蓄積期間および基板シャッター期間におけ
る駆動方法もほぼ同じでかつ周知であるため、説明を省
略する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のインターライン
転送型ＣＣＤ撮像装置においては、遮光膜２２４が垂直
ＣＣＤレジスタ２０６上および読み出し領域上２０７に
存在し、光信号は光電変換領域２０５内にのみ入射す
る。このため、撮像領域２０１における単位画素の面積
に対する光電変換に寄与する領域の面積の割合である開
口率が２０ないし３０％になり、これに伴い、感度が低
いという欠点があった。開口率を向上させるために、光
電変換領域２０５の上部にマイクロレンズを設ける技術
も知られているが、開口率は５０ないし６０％に向上さ
せることができるがまだ十分とはいえない。このこと
は、撮像領域の構造が同じであるフレームインターライ
ン転送型ＣＣＤ撮像装置にもあてはまる。

【００１２】従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像装置にお
いては、撮像領域３０１に遮光膜は存在せず、インター
ライン転送型ＣＣＤ撮像装置、およびフレームインター
ライン転送型ＣＣＤ撮像装置と比較して開口率は高い。
ところが、第１の垂直ＣＣＤレジスタ３０６および窓領
域３０５におけるＮ型垂直転送チャネル層３１６の接合
深さは、インターライン転送型ＣＣＤ撮像装置における
Ｎ型垂直転送チャネル層２１６の接合深さと同等であ
り、インターライン転送型ＣＣＤ撮像装置におけるＮ型
拡散層２１４の接合深さと比較して浅い。このため、感
度、特に長波長光に対する感度が低いという欠点があっ
た。

【００１３】インターライン転送型とフレーム転送型の
混成型といえるＣＣＤ撮像装置が、特開昭６２−２７７
８７８号公報に「カラー用固体撮像素子」として、また
１９９１年のアイイーイーイー（ＩＥＥＥ）発行のトラ
ンズアクションズ・オン・エレクトロンデバイセズ（Ｔ
ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅ
ｖｉｃｅｓ）誌、第３８巻、第５号、第１０５２頁から
第１０５８に「カラーデジタル静止画に適した高解像
度、高感度の新しいＣＣＤ構成法（Ａ ＮｅｗＣＣＤ
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏ
ｌｕｔｉｏｎａｎｄ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ
Ｃｏｌｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｐｉｃｔ
ｕｒｅ）」としてそれぞれ紹介されている。これらは基
本的には同じであるので後者について説明する。図５，
図６，図７に示したインターライン転送型ＣＣＤ撮像装
置から遮光膜２２４を除去し、その代りに光電変換領域
列上にＧフィルタとＢフィルタとを交互に設け、垂直Ｃ
ＣＤレジスタ上にＲフィルタを設ける。ただし読み出し
電極は垂直転送電極とは独立にせず、Ｐ型読み出しチャ
ネル層２２２上へ垂直転送電極２１７，２１９，…を張
り出させて兼用させる。機械的シャッタを用いて採光し
たのち、Ｒフィールド、Ｇフィールド、Ｂフィールドと
いうふうに順次に読み出す。撮像領域の面積および画素
数が一定とすると画素当りの開口面積が大きくとれるの
で光感度を向上することができる。しかし、Ｂ画素およ
びＧ画素については垂直ＣＣＤレジスタ部を光電変換に
利用できず、Ｒ画素については光電変換領域２０５を光
電変換に利用できないので開口率はほとんど向上しな
い。また、垂直転送電極が読み出し電極を兼ねているた
め、垂直ＣＣＤレジスタに蓄積した信号電荷を光電変換
領域に転送することができず、結果として、ブルーミン
グ防止、および基板シャッター動作が実現できないとい
う欠点がある。

【００１４】本発明の目的は、光信号の検出感度の向上
を可能にすると共に、ブルーミング防止、および基板シ
ャッター動作を実現できるＣＣＤ撮像装置およびその駆
動方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明の固体撮
像装置は、Ｎ（またはＰ）型半導体基板の表面部に設け
られたＰ（またはＮ）型ウェルを有し、Ｐ（またはＮ）
型表面層を有するＮ（またはＰ）型拡散層でなる窓領域
を複数前記Ｐ（またはＮ）型ウェルの表面部に配列した
窓領域列と、前記各窓領域に近接して前記Ｐ（または
Ｎ）型ウェルの表面部に設けられた窓転送チャネル層お
よびこの上にゲート絶縁膜を介して設けられた窓転送電
極でなる窓転送領域と、前記窓転送チャネル層に近接し
て前記Ｐ（またはＮ）型ウェルの表面部に設けられたＮ
（またはＰ）型垂直転送チャネル層およびこの上にゲー
ト絶縁膜を介して前記各窓領域当りに複数設けられた垂
直転送電極でなる第１の垂直ＣＣＤレジスタとを含む画
素列を複数個水平方向に並列配置してなる撮像領域、前
記撮像領域の各第１の垂直ＣＣＤレジスタから転送され
る信号電荷を受取って一時蓄積するとともに垂直方向に
転送する第２の垂直ＣＣＤを有する蓄積領域、前記蓄積
領域から転送される信号電荷を受取って水平方向に転送
する水平ＣＣＤレジスタならびに前記水平ＣＣＤレジス
タから転送される信号電荷を検出する電荷検出器を備え
る固体撮像装置であって、前記窓領域のＮ（またはＰ）
型拡散層および前記Ｐ（またはＮ）型表面層を除く前記
窓領域のＮ（またはＰ）型拡散層直下部の前記Ｐ（また
はＮ）型ウェルが前記Ｎ（またはＰ）型垂直転送チャネ
ル層直下部の前記Ｐ（またはＮ）型ウェルより薄いかも
しくは低不純物濃度であり、前記垂直転送電極を含む垂
直転送チャネル層上の領域、前記窓転送電極を含む窓転
送チャネル層上の領域および前記Ｐ（またはＮ）型表面
層上の領域が共に透光性であるというものである。

【００１６】本願第２の発明は、第１の発明の固体撮像
装置の駆動方法であって、光信号の入射により光電変換
を行なわせ前記光電変換により発生した信号電荷を蓄積
する期間において、前記Ｐ（またはＮ）型ウェルを逆バ
イアスして前記窓領域のＮ（またはＰ）型拡散層直下の
ウェル領域を空乏化させることにより該ウェル領域の電
位が前記窓転送チャネル層および垂直チャネル層直下の
領域より高（または低）くなる電圧を前記Ｎ（または
Ｐ）型半導体基板に印加し、かつ、前記各窓領域当りに
複数設けられた垂直転送電極のうち前記窓転送チャネル
層に最も近いものにその直下の垂直転送チャネル層の電
位が前記Ｎ（またはＰ）型拡散層直下の前記ウェル領域
の電位より高（または低）くなる電圧を印加し、かつ、
前記窓転送チャネル層に最も近い前記垂直転送電極以外
の少なくとも１つの垂直転送電極にその直下の垂直転送
チャネル層の電位が前記Ｎ（またはＰ）型拡散層直下の
前記ウェル領域の電位より低（または高）くなる電位を
印加し、かつ、前記窓転送電極に前記窓転送チャネル層
の電位が前記Ｎ（またはＰ）型拡散層直下の前記ウェル
領域の電位より高（または低）くなる電圧を印加すると
いうものである。

【００１７】本願第３の発明も第１の発明の固体撮像装
置の駆動方法であって、前記垂直転送チャネル層内に蓄
積した信号電荷を前記窓転送チャネル層を経由して前記
窓領域に転送し、かつ、この信号電荷の転送と同時もし
くは直後に、前記窓領域直下の前記Ｐ（またはＮ）型ウ
ェルの電位が前記窓領域のＮ（またはＰ）型拡散層の電
位より高（または低）くなるような電圧を、前記Ｎ（ま
たはＰ）型半導体基板に印加して信号電荷の排出動作を
行なうというものである。

【００１８】

【作用】第１の発明では窓領域、窓転送領域および垂直
ＣＣＤレジスタの全てで光電変換が行なわれるので従来
のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置またはフレーム
インターライン転送型撮像装置と比較すると開口率が大
きくなる。また従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像装置と
比較すると垂直ＣＣＤレジスタ部より接合深さの深い拡
散層を含む窓領域を有しているので長波長感度に有利な
構造である。

【００１９】第２の発明では、信号電荷を、窓領域と垂
直ＣＣＤと窓転送領域に蓄積することができると同時
に、強い光が入射した場合に発生する過剰電荷をＮ型半
導体基板に排出することができる。

【００２０】第３の発明では、窓領域と垂直ＣＣＤと窓
転送領域に蓄積した信号電荷を全てＮ（またはＰ）型半
導体基板に排出する動作が可能である。

【００２１】

【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。

【００２２】図１は、本願の第１の発明の一実施例を説
明するための模式的平面図、図２は、図１に示す実施例
の撮像領域の部分拡大平面図、図３は、図２のＡ−Ｂ−
Ｃ線断面図である。

【００２３】本実施例はＮ型シリコン基板１１１の表面
部に設けられたＰ型ウェル１１２（接合深さ２〜３μ
ｍ）を有し、Ｐ型表面層１１５（接合深さ０．１〜０．
３μｍ）を有するＮ型拡散層１１４（接合深さ０．７〜
１．３μｍ）でなる窓領域１０５を複数Ｐ型ウェル１１
２の表面部に配列した窓領域列と、各窓領域１０５に近
接してＰ型ウェル１１２の表面部に設けられたＰ型窓転
送チャネル層１２２およびこの上にゲート酸化膜ＧＦを
介して設けられた窓転送電極１２３でなる窓転送領域１
０７と、Ｐ型窓転送チャネル層１２２に近接してＰ型ウ
ェル１１２の表面部に設けられたＮ型垂直転送チャネル
層１１６（接合深さ０．３〜０．５μｍ）およびこの上
にゲート絶縁膜ＧＦを介して各窓領域１０５当りに２つ
設けられた垂直転送電極（１１８，１１９）でなる第１
の垂直ＣＣＤレジスタ１０６とを含む画素列を複数個水
平方向に並列配置してなる撮像領域１０１、撮像領域１
０１の各第１の垂直ＣＣＤ１０６レジスタから転送され
る信号電荷を受取って一時蓄積するとともに垂直方向に
転送する第２の垂直ＣＣＤを有する蓄積領域１０２、蓄
積領域１０２から転送される信号電荷を受取って水平方
向に転送する水平ＣＣＤレジスタ１０３ならびに水平Ｃ
ＣＤレジスタ１０３から転送される信号電荷を検出する
電荷検出器１０４を備える固体撮像装置であって、Ｐ型
ウェル１１２が窓領域１０７のＮ型拡散層１１４直下部
でＰ型窓転送チャネル層１２２およびＮ型垂直転送チャ
ネル層直下部より薄く、垂直転送電極（１１８，１１
９）を含むＮ型垂直転送チャネル層１１６上の領域、窓
転送電極１２３を含むＰ型窓転送チャネル層１２２上の
領域および前記Ｐ型表面層１１５上の領域が共に透光性
であるというものである。ただし、窓転送電極１２３は
厚さ０．２μｍの第１層目の多結晶シリコン膜、垂直転
送電極１１８，１２０，…は厚さ０．２μｍの第２層目
の多結晶シリコン膜、垂直転送電極１１７，１１９，…
は厚さ０．２μｍの第３層目の多結晶シリコン膜で、こ
れらの各層の多結晶シリコン膜とシリコン基板表面との
内にはゲート酸化膜ＧＦが設けられかつ層次の異なる多
結晶シリコン膜がオーバラップする部分には間に酸化シ
リコン膜が設けられる。また、撮像領域１０１を構成す
る窓領域１０５と第１の垂直ＣＣＤ１０６と窓転送領域
１０７とは、Ｐ型素子分離１１３によって区画されてい
る。更に、Ｎ型垂直転送チャネル層１１６底部のＰ型埋
込層１２１は、Ｎ型拡散層１１４−Ｐ型ウェル−Ｎ型シ
リコン基板１１１で構成されるＮＰＮトランジスタによ
る電荷の排出動作を優先させるためＰ型ウェル１１２の
不純物濃度を高くするためのものである。Ｐ型ウェル１
１２の層厚および不純物濃度を議論する場合には、Ｐ型
埋込層１２１はＰ型ウェル１１２に含まれるものと考え
る。更にまた、ここでは窓転送チャネル層の導電型がＰ
でＰ型ウェル１１２より不純物濃度より高くしてある
が、これは窓転送電極１２３をゲート電極とするＭＯＳ
トランジスタのしきい値を制御するためである。

【００２４】窓領域１０５、Ｐ型窓転送チャネル層１２
２およびＮ型転送チャネル層１１６がシリコン基板の表
面を占める割合は、１画素当り、図２では約６４％にな
る。実際に光電変換に寄与する部分としてはＰ型素子分
離領域１１３にできる空乏層（Ｎ型拡散層１１４，１１
６との接合により生じる）分があるので開口率はこれよ
り大きく、約７０％位まで可能である。従って、従来の
インターライン転送型やフレームインタライン転送型よ
り高感度であるし、フレーム転送型に比較すると窓領域
のＮ型拡散層１１４の接合深さをＮ型垂直転送チャネル
層１１６より深くできるので短波長の光に対する感度を
高くできる。

【００２５】図４（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それ
ぞれ第２および第３の発明の一実施例を説明するための
図であり、図３のＲ₁ −Ｒ₂ 線位置における窓領域の深
さ方向の電位分布と、図３のＲ₁ の位置より右側に示し
た領域のチャネル電位を連続して示した電位図である。
図３における点Ｒ₁ は、窓領域１０５において電位が極
大となる点である。

【００２６】蓄積期間においては、図４（Ａ）に示すよ
うに、Ｎ型シリコン基板１１１に電圧Ｖ₁ が印加されて
おり、Ｎ型シリコン基板１１１とＰ型ウェル１１２とが
逆バイアスとなり、かつＰ型ウェル１１２中のＮ型拡散
層１１４直下の領域が空乏化している。このため、Ｐ型
ウェル１１２中のＮ型拡散層１１４直下の領域の電位Ｖ
_P は、Ｐ型ウェル１１２中のＮ型拡散層１１４直下以外
の領域の電位より高くなっている。また、窓領域１０５
に対応して２個設けられた垂直転送電極１１８、１１９
のうち窓転送電極１２３に最も近い垂直転送電極１１９
でない垂直転送電極１１８の直下のＮ型垂直転送チャネ
ル層１１６の電位Ｖ₃ が、Ｎ型拡散層１１４直下のＰ型
ウェル１１２の電位Ｖ_P より低くなっており、残りの垂
直転送電極１１９の直下のＮ型垂直転送チャネル層１１
６の電位とＰ型窓転送チャネル層１２２の電位とがとも
にＶ₄ でＮ型拡散層１１４直下のＰ型ウェル１１２の電
位Ｖ_P より高くなっている。

【００２７】光電変換により発生した信号電荷は、Ｎ型
拡散層１１４、Ｎ型垂直転送チャネル層１１６、および
Ｐ型窓転送チャネル層に蓄積されるが、強い光が入射し
た場合に発生する過剰電荷は、Ｎ型拡散層を経由してＮ
型シリコン基板に排出され、ブルーミングを防止するこ
とができる。

【００２８】基板シャッター期間においては、図４
（Ａ）に示した蓄積期間における電位から、図４
（Ｂ）、（Ｃ）に示す順序で、垂直転送チャネル層１１
６内に蓄積した信号電荷をＰ型窓転送チャネル層１２２
を経由してＮ型拡散層１１４に転送し、かつ、この信号
電荷の転送と同時に、Ｎ型半導体基板１１１に電圧Ｖ₂
を印加して、Ｎ型拡散層１１４直下のＰ型ウェルの電位
をＮ型拡散層の電位より高くしている。これにより、Ｎ
型拡散層１１４、Ｎ型垂直転送チャネル層１１６、およ
びＰ型窓転送チャネル層１２２に蓄積された信号電荷を
全てＮ型シリコン基板１１１に排出することが可能とな
る。

【００２９】信号電荷を垂直ＣＣＤレジスタに読み出す
には、図４（Ａ）の状態から、Ｐ型窓転送チャネル層１
２２および垂直転送電極１１９直下のＮ型垂直転送チャ
ネル層の電位を更に高くする（窓転送電極１２２および
垂直転送電極１１９に印加する電圧を高くする）ことに
よってＮ型拡散層１１４部の信号電荷を窓転送領域１０
７および領域ＩＩＩに移し、次に、窓転送電極１２２に
印加する電圧を低くする。

【００３０】こうして、信号電荷を全て垂直ＣＣＤレジ
スタに転送することができる。垂直ＣＣＤレジスタ内の
信号電荷の転送は従来のインターライン型やフレームイ
ンタライン型と同様である。また、基板シャッター期間
のあとは、蓄積期間に入ることはいうまでもない。

【００３１】以上、窓転送電極１２３および垂直転送電
極を全て多結晶シリコン膜で形成した例について述べた
が、この多結晶シリコン膜の厚さは垂直ＣＣＤレジスタ
の動作速度を確保できる範囲で可能な限り薄くして透光
性を大きくするのが望ましい。また、多結晶シリコン膜
に限らず、ＩＴＯ膜などの透明導電膜を用いることも可
能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｎ（また
はＰ）型垂直転送チャネル層、窓転送チャネル層および
窓領域とが全て光電変換に寄与するため、従来のインタ
ーライン転送型ＣＣＤ撮像装置またはフレームインタラ
イン転送型ＣＣＤ撮像装置より開口率が大きくでき感度
が向上する。また、フレーム転送型ＣＣＤ撮像装置との
比較においても、窓領域を構成するＮ（またはＰ）型拡
散層の接合深さを深くできることから、感度が向上して
いる。

【００３３】また、蓄積期間において、光電変換により
発生した信号電荷は、Ｎ（またはＰ）型拡散層、Ｎ（ま
たはＰ）型垂直転送チャネル、および窓転送チャネル層
に蓄積されるが、強い光が入射した場合に発生する過剰
電荷は、Ｎ（またはＰ）型拡散層を経由してＮ（または
Ｐ）型半導体基板に排出され、隣接する画素に漏れ出す
ことがないため、ブルーミングを防止することができ
る。

【００３４】さらに、Ｎ（またはＰ）型垂直転送チャネ
ル内に蓄積した信号電荷を窓転送チャネルを経由してＮ
（またはＰ）型拡散層に転送し、かつ、この信号電荷の
転送と同時もしくは直後に、Ｎ（またはＰ）型拡散層直
下のＰ（またはＮ）型ウェルの電位をＮ（またはＰ）型
拡散層の電位より高（または低）くすることにより、Ｎ
（またはＰ）型拡散層、Ｎ（またはＰ）型垂直転送チャ
ネル、および窓転送チャネル層に蓄積された信号電荷を
全てＮ（またはＰ）型半導体基板に排出するという、い
わゆる基板シャッターを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の第１の発明の一実施例を示す模式的平面
図である。

【図２】図１に示す実施例の撮像領域の部分拡大平面図
である。

【図３】図２のＡ−Ｂ−Ｃ線断面図である。

【図４】本願の第２および第３の発明の一実施例の説明
のための電位図である。

【図５】従来のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置の
模式的平面図である。

【図６】従来のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置の
撮像領域の部分拡大平面図である。

【図７】図６のＡ−Ｂ−Ｃ線断面図である。

【図８】従来のインターライン転送型ＣＣＤ撮像装置の
駆動方法の説明のための電位図である。

【図９】従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像装置の模式的
平面図である。

【図１０】従来のフレーム転送型ＣＣＤ撮像装置の撮像
装置の撮像領域の部分拡大平面図である。

【図１１】図１０のＡ−Ａ線断面図である。

【図１２】図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１３】従来のフレームインターライン転送型ＣＣＤ
撮像装置の模式的平面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１ 撮像領域 １０２、３０２、４０２ 蓄積領域 １０３、２０３、３０３、４０３ 水平ＣＣＤレジス
タ １０４、２０４、３０４、４０４ 電荷検出器 １０５、３０５ 窓領域 １０６、３０６、４０６ 第１の垂直ＣＣＤレジスタ １０７ 窓転送領域 １０８、３０８、４０８ 第２の垂直ＣＣＤレジスタ １１１、２１１、３１１ Ｎ型シリコン基板 １１２、２１２、３１２ Ｐ型ウェル １１３、２１３、３１３ Ｐ型素子分離領域 １１４、２１４、３１４ Ｎ型拡散層 １１５、２１５、３１５ Ｐ型表面層 １１６、２１６、３１６ Ｎ型垂直転送チャネル層 １１７〜１２０、２１７〜２２０、３１７〜３２０
垂直転送電極 １２１、２２１ Ｐ型埋込層 １２２ Ｐ型窓転送チャネル層 ２０５、４０５ 光電変換領域 ２０６ 垂直ＣＣＤレジスタ ２０７、４０７ 読み出し領域 ２２２ Ｐ型読み出しチャネル層 ２２３ 読み出し電極 ２２４ 遮光膜

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ（またはＰ）型半導体基板の表面部に設
   けられたＰ（またはＮ）型ウェルを有し、Ｐ（または
   Ｎ）型表面層を有するＮ（またはＰ）型拡散層でなる窓
   領域を複数前記Ｐ（またはＮ）型ウェルの表面部に配列
   した窓領域列と、前記各窓領域に近接して前記Ｐ（また
   はＮ）型ウェルの表面部に設けられた窓転送チャネル層
   およびこの上にゲート絶縁膜を介して設けられた窓転送
   電極でなる窓転送領域と、前記窓転送チャネル層に近接
   して前記Ｐ（またはＮ）型ウェルの表面部に設けられた
   Ｎ（またはＰ）型垂直転送チャネル層およびこの上にゲ
   ート絶縁膜を介して前記各窓領域当りに複数設けられた
   垂直転送電極でなる第１の垂直ＣＣＤレジスタとを含む
   画素列を複数個水平方向に並列配置してなる撮像領域、
   前記撮像領域の各第１の垂直ＣＣＤレジスタから転送さ
   れる信号電荷を受取って一時蓄積するとともに垂直方向
   に転送する第２の垂直ＣＣＤを有する蓄積領域、前記蓄
   積領域から転送される信号電荷を受取って水平方向に転
   送する水平ＣＣＤレジスタならびに前記水平ＣＣＤレジ
   スタから転送される信号電荷を検出する電荷検出器を備
   える固体撮像装置であって、前記窓領域のＮ（または
   Ｐ）型拡散層および前記Ｐ（またはＮ）型表面層を除く
   前記窓領域のＮ（またはＰ）型拡散層直下部の前記Ｐ
   （またはＮ）型ウェルが前記Ｎ（またはＰ）型垂直転送
   チャネル層直下部の前記Ｐ（またはＮ）型ウェルより薄
   いかもしくは低不純物濃度であり、前記垂直転送電極を
   含む垂直転送チャネル層上の領域、前記窓転送電極を含
   む窓転送チャネル層上の領域および前記Ｐ（またはＮ）
   型表面層上の領域が共に透光性であることを特徴とする
   固体撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した固体撮像装置の駆動
   方法であって、光信号の入射により光電変換を行なわせ
   前記光電変換により発生した信号電荷を蓄積する期間に
   おいて、 前記Ｐ（またはＮ）型ウェルを逆バイアスして前記窓領
   域のＮ（またはＰ）型拡散層直下のウェル領域を空乏化
   させることにより該ウェル領域の電位が前記窓転送チャ
   ネル層および垂直チャネル層直下の領域より高（または
   低）くなる電圧を前記Ｎ（またはＰ）型半導体基板に印
   加し、 かつ、前記各窓領域当りに複数設けられた垂直転送電極
   のうち前記窓転送チャネル層に最も近いものにその直下
   の垂直転送チャネル層の電位が前記Ｎ（またはＰ）型拡
   散層直下の前記ウェル領域の電位より高（または低）く
   なる電圧を印加し、かつ、前記窓転送チャネル層に最も
   近い前記垂直転送電極以外の少なくとも１つの垂直転送
   電極にその直下の垂直転送チャネル層の電位が前記Ｎ
   （またはＰ）型拡散層直下の前記ウェル領域の電位より
   低（または高）くなる電位を印加し、 かつ、前記窓転送電極に前記窓転送チャネル層の電位が
   前記Ｎ（またはＰ）型拡散層直下の前記ウェル領域の電
   位より高（または低）くなる電圧を印加することを特徴
   とする固体撮像装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載した固体撮像装置の駆動
   方法であって、 前記垂直転送チャネル層内に蓄積した信号電荷を前記窓
   転送チャネル層を経由して前記窓領域に転送し、 かつ、この信号電荷の転送と同時もしくは直後に、前記
   窓領域直下の前記Ｐ（またはＮ）型ウェルの電位が前記
   窓領域のＮ（またはＰ）型拡散層の電位より高（または
   低）くなるような電圧を、前記Ｎ（またはＰ）型半導体
   基板に印加して信号電荷の排出動作を行なうことを特徴
   とする固体撮像装置の駆動方法。