JP2727584B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2727584B2
JP2727584B2 JP63235445A JP23544588A JP2727584B2 JP 2727584 B2 JP2727584 B2 JP 2727584B2 JP 63235445 A JP63235445 A JP 63235445A JP 23544588 A JP23544588 A JP 23544588A JP 2727584 B2 JP2727584 B2 JP 2727584B2
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板に所要のパルス電圧が印加されて電子シ
ャッター動作を行うCCD等の固体撮像装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体基板へ所要のパルス電圧が印加され
電子シャッター動作を行う固体撮像装置において、その
出力部のMISトランジスタが形成される半導体領域の不
純物濃度及び接合深さを、寄生容量及び抵抗より決定さ
れる時定数がパルス電圧の印加後ブランキング期間終了
時までよりも短くなるようにすることにより、出力信号
へ悪影響を防止するものである。
〔従来の技術〕
CCD等の固体撮像装置においては、出力部のソースホ
ロアをMOSトランジスタを用いて構成するものがある。
第5図は、その固体撮像装置の出力部の断面構造を概
略的に示している。その構造について簡単に説明する
と、基板電圧Vsubが供給されるn型のシリコン基板51上
にp型のウェル領域52が設けられている。そのp型のウ
ェル領域52の表面には、チャンネルストッパー領域53,V
ssが供給されるソース・ドレイン領域54,Voutを取り出
すソース・ドレイン領域55及びVddが供給されるソース
・ドレイン領域56がそれぞれ形成され、ソース・ドレイ
ン領域54〜56同士の間のチャンネル形成領域59,60上に
はそれぞれゲート電極57,58が形成されている。すなわ
ち、ソース・ドレイン領域54,55とVGGが供給されるゲー
ト電極57で負荷用MOSトランジスタが形成され、ソース
・ドレイン領域55,56と入力信号Vinが供給されるゲート
電極58で駆動用MOSトランジスタが形成される。ここ
で、p型のウェル領域52の接合深さはおよそ10μm程度
とされ、その表面濃度は1×1015〜1016cm-2とされる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上述の構造の固体撮像装置では、各ソース
・ドレイン領域54〜56とウェル領域52の間やウェル領域
52と基板51の間に寄生容量が存在する。また、第6図に
示すように、p型のウェル領域の深い部分にホールhが
存在し、このホールhの存在する領域は、不純物濃度が
低く且つホールの易動度が小さいことから、抵抗が大き
い。第7図はその固体撮像装置の出力部の等価回路を示
し、上記ホールhの抵抗分からウェル領域52には、抵抗
r11〜r16が形成され、基板とウェルの間には寄生容量C
11〜C15が存在し、ウェル領域と各電極等の間には寄生
容量C21〜C25が存在する。
このように寄生容量C11〜C15,C21〜C25及び抵抗r11
r16が存在するウェル領域に対して、基板にパルス電圧
を与えて電子シャッター動作を行った場合、上記容量及
び抵抗によって、パルスの応答波形が鈍ることになり、
その時定数がH(水平)ブランキング期間を超えた時に
は、特に駆動用MOSトランジスタでレベルの変動やゲイ
ンの変化が生じ、有効画像に悪影響が生ずる。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、出力信
号への悪影響を防止するような固体撮像装置の提供を目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置
は、第1導電型の半導体基板へ所要のパルス電圧が印加
され電子シャッター動作を行うものであって、該固体撮
像装置の出力部のMISトランジスタは、上記半導体基板
上の第2導電型の半導体領域中に第1導電型のチャンネ
ルを形成する構成とされ、その第2導電型の半導体領域
は、該第2の導電型の半導体領域の寄生容量及び抵抗よ
り決定される時定数を、パルス電圧の印加後ブランキン
グ期間終了時までよりも短くする不純物濃度及び接合深
さを有することを特徴とする。
ここで、上記時定数をパルス電圧の印加後ブランキン
グ期間終了時まよりも短くする不純物濃度及び接合深さ
としては、例えば第2導電型の半導体領域の全域或いは
一部を空乏層化するような不純物濃度及び接合深さを選
ぶことができ、基板の不純物濃度,基板電圧,基板に印
加されるパルス電圧,ブランキング期間でのパルスのタ
イミング,上記MISトランジスタの特性等により適宜選
択することができる。第2導電型の半導体領域の不純物
濃度,接合深さを選択し、パルス電圧の印加時に、第2
導電型の半導体領域の全域又は一部が空乏層化する構成
でも良い。また、第2導電型の半導体領域の不純物濃
度,接合深さを選択し、少なくとも駆動用のMISトラン
ジスタで空乏層化が生ずるような構成でも良い。製造
上、上記第2導電型の半導体領域が撮像部のウェル領域
と異なる不純物濃度,接合深さを有するならば、その半
導体領域と撮像部のウェル領域をそれぞれ別工程で形成
することもできる。
〔作用〕
上述のように時定数が短くなるように不純物濃度及び
接合深さを選ぶことで、電子シャッター動作のためにパ
ルス電圧を印加した後では、ブランキング期間終了時ま
でに、出力部のMISトランジスタのレベルの変動やゲイ
ンの変化が防止され、出力信号への悪影響が防止され
る。
〔実施例〕
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
本実施例は、電子シャッター機能を有するCCDの例で
あり、その水平ブランキング期間中に基板にパルス電圧
が印加されて縦方向に不要電荷の排除を行う縦型オーバ
ーフロードレイン構造の装置である。そして、本実施例
のCCDは、その出力部のウェルの構造に特徴を有してい
る。
第1図は、出力部の断面図であって、n型のシリコン
基板1上にp型のウェル領域2を有している。n型のシ
リコン基板1には、所要例えば30V等のパルス電圧が印
加され、図示しない撮像部において不要電荷を排除する
ことができる。p型のウェル領域2は、その主面にnMOS
トランジスタを形成するための領域であり、p型のウェ
ル領域2の寄生容量及び抵抗より決定される時定数を、
パルス電圧の印加後ブランキング期間終了時までよりも
短くする不純物濃度及び接合深さにされている。すなわ
ち、接合深さx1は従来より浅く5μm程度とされ、その
不純物濃度もその表面濃度で〜1015cm-2と低濃度にされ
ている。
このように接合深さx1が浅くされ、不純物濃度が低濃
度とされてなるp型のウェル領域2の表面には、所要の
電位とされるチャンネルストッパー領域3が領域の回り
を囲むように形成される。このチャンネルストッパー領
域3に囲まれた領域には、さらに2V程度の電圧Vssが供
給されるソース・ドレイン領域4と、次段のソースホロ
ワに接続して電圧Voutを出力するソース・ドレイン領域
5と、15V程度の電圧Vddが供給されるソース・ドレイン
領域6とがそれぞれ離間して形成されている。ソース・
ドレイン領域4とソース・ドレイン領域5の間のチャン
ネル形成領域7上には、絶縁膜を介してゲート電極8が
形成され、このゲート電極8には電圧VGGが供給され
る。このチャンネル形成領域7にかかるnMOSトランジス
タは、能動負荷として機能する。ソース・ドレイン領域
5とソース・ドレイン領域6の間のチャンネル形成領域
9上には、絶縁膜を介してゲート電極10が形成され、こ
のゲート電極10には前段の出力信号VINが供給される。
このチャンネル形成領域9にかかるnMOSトランジスタ
は、駆動用のnMOSトランジスタとして機能する。そし
て、駆動用のnMOSトランジスタは、上述の不純物濃度及
び接合深さX1からその直下が完全に空乏化され、その結
果として出力信号への悪影響が防止される。
上記ソース・ドレイン領域4,5,6の下部には、それぞ
れp+型の第2のウェル領域11,12,13が形成される。p+
の第2のウェル領域11は後述する第4図の抵抗r1,r2
抵抗値を下げるためのものであり、p+型の第2のウェル
領域12,13は各ソース・ドレイン領域4〜6と基板1と
のパンチスルーの耐圧を確保するために形成される。こ
れは、本実施例の固体撮像装置では、特にp型のウェル
領域2の不純物濃度が低濃度とされ、且つ接合深さx1
浅くされているからである。耐圧が確保できれば、上記
p+型の第2のウェル領域12,13を設けなくとも良い。
第2図は、このような出力部の配線を示す図であり、
フォトダイオードPDからの信号がゲートPGを介して出力
部に供給される。そして、第1図に示した能動負荷ALと
能動用MOSトランジスタDTを直列接続したソースホロワ
を2段介してCCDの出力信号が出力される。
このような構造からなる本実施例の固体撮像装置の出
力部では、そのポテンシャルが第3図に示すようなもの
となる。これを従来例である第6図に示したポテンシャ
ルとの比較において説明すると、p型のウェル領域2の
不純物濃度が低いため、そのポテンシャルのピークP0
高さが低くなる。また、p型のウェル領域2の接合深さ
x1も浅くなることから、ポテンシャルのピークP0の深さ
も浅くなる。その結果、ポテンシャルのピークで存在し
ていたホールhがなくなり、p型のウェル領域2は空乏
層化する。
第4図はその出力部のソースホロワ1段分の等価回路
図であり、従来例を示す第7図に対応する。この第4図
に示すように、p型のウェル領域2の一部が空乏層化し
ているために、各ソース・ドレイン領域5,6とp型のウ
ェル領域2の間の寄生容量及びp型のウェル領域2とn
型のシリコン基板1の間の寄生容量は、結びついて1つ
の容量C3〜C5を有するようになり、第7図に示した抵抗
r13〜r16に相当する抵抗はなくなる。このため、抵抗と
容量による時定数は小さくなり、電子シャッター動作を
行った際の基板パルスのレスポンスが良好なものとな
り、その時定数をパルス電圧の印加後のブランキング期
間終了時までよりも短くすることで、駆動用のMOSトラ
ンジスタのレベルやゲインの変動を抑えることができ
る。
このように本実施例の固体撮像装置では、出力部の駆
動用MOSトランジスタのソース・ドレイン領域5,6及びチ
ャンネル形成領域9では、p型のウェル領域2が完全に
空乏化する。また、ソース・ドレイン領域4の直下のp
型のウェル領域2では抵抗r1,r2及び容量C1,C2からの時
定数が短くされるために、電子シャッター動作を行って
基板にパルス電圧を印加した場合であっても、駆動用の
MOSトランジスタのレベルやゲインの変動を抑えること
ができる。
なお、上述の実施例では、出力部の構成をソースホロ
ワ型としたが、これに限定されず、他の回路構成でも良
い。また、p型,n型は逆の構成にもできる。
〔発明の効果〕
本発明の固体撮像装置は、上述のように第2導電型の
半導体領域の不純物濃度及び接合深さが、該第2の導電
型の半導体領域の寄生容量及び抵抗より決定される時定
数を、パルス電圧の印加後ブランキング期間終了時まで
よりも短くするように設定されるため、出力部のMISト
ランジスタのレベルやゲインの変動を抑えることがで
き、電子シャッター動作の際の基板へのパルス印加に伴
う出力信号への悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像装置の一例の要部の模式的な
断面図、第2図はその要部の回路図、第3図はその要部
のポテンシャルを示す図、第4図は第1図の断面に対応
した等価回路図である。また、第5図は従来の固体撮像
装置の一例の要部の模式的な断面図、第6図はその従来
の一例のポテンシャルを示す図、第7図は第5図の断面
に対応した等価回路図である。 1……n型のシリコン基板 2……p型のウェル領域 3……チャンネルストッパー領域 4〜6……ソース・ドレイン領域 7,9……チャンネル形成領域 8,10……ゲート電極 X1……接合深さ r1,r2……抵抗 C1〜C5……寄生容量

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板へ所要のパルス電
    圧が印加され電子シャッター動作を行う固体撮像装置に
    おいて、 該固体撮像装置の出力部のMISトランジスタは、上記半
    導体基板上の第2導電型の半導体領域中に第1導電型の
    チャンネルを形成する構成とされ、 その第2導電型の半導体領域は、該第2の導電型の半導
    体領域の寄生容量及び抵抗より決定される時定数を、パ
    ルス電圧の印加後ブランキング期間終了時までよりも短
    くする不純物濃度及び接合深さを有することを特徴とす
    る固体撮像装置。
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