JP3020785B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】高速に動作している絵柄を固体撮像装置
を用いて撮るとき、固体撮像装置に電子シャッタ動作を
行わせる場合がある。電子シャッタ動作時には、画素部
に蓄積された信号電荷を半導体基板側に引き抜くため
に、半導体基板にパルスを印加する。ところが、微細化
が進み画素寸法が小さくなると、半導体基板の電位変化
に対する画素部のオーバフローチャネル電位の変化が小
さくなり、信号電荷の引き抜きが困難になる。このよう
な事態を改善するためには、半導体基板の不純物濃度を
高める必要がある。
【0003】しかし、半導体基板の不純物濃度が高くな
るとウエルの不純物濃度との差が小さくなる。この結
果、半導体基板にパルスを印加すると出力部のソースフ
ォロワ回路においてパンチスルーが発生する。この現象
を図面を用いて説明する。
【0004】図3に、従来の固体撮像装置における出力
部の構造を示す。n型半導体基板11の表面部分にp型
ウエル12が形成され、このp型ウエル12内に出力部
が形成されている。p型ウエル12は接地されている。
【0005】信号電荷出力用に、ドレイン及びソース領
域であるn型拡散層15及び16を有するNチャネルト
ランジスタN2が設けられている。このNチャネルトラ
ンジスタN2の出力ゲートOGには、n型拡散層14
と、リセット用のNチャネルトランジスタN1のソース
が接続されている。
【0006】出力用のNチャネルトランジスタN2のソ
ース領域であるn型拡散層16と接地電位端子の間に
は、負荷用のNチャネルトランジスタN3が接続されて
いる。このNチャネルトランジスタN3は、n型拡散層
16をドレイン領域とし、n型拡散層17をソース領域
としており、チャネル領域にはn型不純物が注入されて
ディプレッション型となっている。また、ソース領域で
あるn型拡散層17は接地電位端子とp+ 型拡散層18
とが接続されている。
【0007】このような構造を持つ出力部において、上
述のようにn型半導体基板11の不純物濃度が高くなる
と、p型ウエル12との間の濃度差が小さくなる。これ
により、n型半導体基板11に電子シャッタ動作時にパ
ルスを印加した場合、p型ウエル12が空乏化してしま
い、負荷用NチャネルトランジスタN3の接地されたn
型拡散層17からn型半導体基板11に向かってパンチ
スルー電流Iが流れる。この結果、n型拡散層17の電
位が接地電位よりも上昇し、出力用Nチャネルトランジ
スタN2から出力される信号のS/N比が劣化してい
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の固体撮像装置では微細化が進むと電子シャッタ動作時
に出力信号のS/N比が劣化するという問題があった。
【0009】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、微細化が進み画素寸法が縮小された場合にも電子シ
ャッタ動作時におけるパンチスルーの発生が防止され出
力信号のS/N比が向上する固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】また、本発明の固体撮像
装置は、一導電型半導体基板と、前記半導体基板の表面
部分に形成された逆導電型ウエルと、前記ウエル内に形
成されたソースフォロワ回路の負荷トランジスタの一導
電型拡散層と、前記ウエル内において、前記一導電型拡
散層の下方に間隔を空けて局在するように形成され、前
記ウエルよりも高い不純物濃度を有する逆導電型不純物
拡散層とを備えたことを特徴としている。ここで、一導
電型半導体基板の表面部分に逆導電型ウエルが形成さ
れ、この逆導電型ウエルの表面部分に出力部が形成され
ており、前記出力部は、一導電型の第1の不純物拡散層
と第2の不純物拡散層とを有し、信号電荷を出力する出
力トランジスタとして形成された第1のMOSトランジ
スタと、前記第2の不純物拡散層と一導電型の第3の不
純物拡散層とを有し、前記出力トランジスタの一方の端
子と接地端子との間に負荷トランジスタとして形成され
た第2のMOSトランジスタと、前記ウエル内におい
て、前記第3の不純物拡散層の下方に間隔を空けて局在
するように形成され、前記ウエルよりも高い不純物濃度
を有する逆導電型の第4の不純物拡散層とを備えていて
もよい。また、前記ウエルの表面部分において、前記第
3及び第4の不純物拡散層及び接地端子に接続された状
態で、逆導電型の第5の不純物拡散層がさらに形成され
ていてもよい。ここで、前記第2のMOSトランジスタ
は、一導電型不純物が導入されたチャネル領域を有する
デプレッション型であってもよい。さらに、前記第1の
MOSトランジスタのゲート電極が、前記ウエルの表面
部分に形成された一導電型の不純物拡散層に接続されて
おり、リセット用トランジスタの両端子が、前記不純物
拡散層とリセット端子との間に接続されているものであ
ってもよい。前記ウエルの不純物濃度が1×1015cm-3
に設定され、前記第2の不純物拡散層の不純物濃度が1
×1016cm-3に設定されていてもよい。さらに、前記第
4の不純物拡散層は、前記ウエル内において、前記第
1、第2及び第3の不純物拡散層の下方に間隔を空けて
局在するように形成されていてもよい。
【0011】
【作用】ソースフォロワ回路の負荷トランジスタの一導
電型拡散層の下方に間隔を空けて局在するように、ウエ
ルよりも不純物濃度の高い逆導電型拡散層が形成されて
いるため、電子シャッタ動作時に半導体基板にパルスを
印加しても逆導電型拡散層が空乏化されず、一導電型拡
散層と半導体基板との間にパンチスルーが発生するのが
防止される。
【0012】
【実施例】以下、本発明と関連する参考例及び本発明の
実施例について図面を参照して説明する。
【0013】図1に、本発明と関連する参考例の固体撮
像装置における出力部の縦断面構造を示す。この参考例
は、出力部のソースフォロワ回路における負荷用Nチャ
ネルトランジスタN3のn型拡散層17の周囲を囲むよ
うに、p+ 型拡散層13が形成されている点に特徴があ
る。このp+ 型拡散層13の不純物濃度は、例えば1×
1016cm-3に設定される。また、p型ウエル12の不純
物濃度は1×1015cm-3に設定され、p+ 型拡散層18
は1×1017cm-3に設定されているとする。他の構成
は、図1に示された固体撮像装置と同一であり同一番号
を付して説明を省略する。
【0014】上述したように、電子シャッタ動作に対応
するためn型半導体基板11の不純物濃度が高く設定さ
れたことにより、従来は負荷トランジスタN3の接地さ
れたn型拡散層17と型半導体基板11との間でパンチ
スルーが発生していた。これに対し、本実施例ではp型
ウエル12よりも不純物濃度の高いp+ 型拡散層13
が、n型拡散層16の周囲を覆うように形成されてい
る。このため、n型半導体基板11に高いパルスを印加
しても、p+ 型拡散層13は空乏化しない。この結果、
n型拡散層17からn型半導体基板11へ向かってパン
チスルー電流が流れるのが防止され、出力信号のS/N
比が向上する。
【0015】次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、上記参考例と比較してp+ 型拡散層21の
形成位置が異なっている。上記参考例におけるp+ 型拡
散層13は、負荷用NチャネルトランジスタN3の接地
されたn型拡散層17の周囲を囲むように形成されてい
る。これに対し、本実施例のp+ 型拡散層21はn型拡
散層17の周囲は覆わずに、n型拡散層17とn型半導
体基板11との間に局在にするように形成されている。
このような形成は、高い加速電圧を用いて不純物イオン
を注入することにより可能である。ここで、p+ 型拡散
層21の不純物濃度は、参考例と同様に例えば1×10
16cm-3に設定されているとする。
【0016】本実施例によれば、参考例と同様に、p+
型拡散層21の存在によりn型拡散層17からn型半導
体基板11へパンチスルー電流が発生するのが防止され
る。さらに、参考例ではn型拡散層17及びNチャネル
トランジスタN3のチャネル領域の周囲を不純物濃度の
高いp+ 型拡散層13が覆っている。このため、Nチャ
ネルトランジスタN3の閾値電圧に変動を与えないよう
に、n型拡散層17の濃度を従来の場合よりも高く設定
する必要がある。これに対し、本実施例ではn型拡散層
17及びチャネル領域の周囲は、従来の場合と同様にp
型ウエル12で覆われている。従って、p+ 型拡散層2
1を設けてもNチャネルトランジスタN3の閾値電圧に
は影響が及ばない。
【0017】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではない。例えば、実施例で示された導電型
を全て反転した装置にも本発明を同様に適用することが
できる。また、実施例ではp+ 型拡散層13,21を、
出力部におけるソースフォロワ回路部が有する接地され
たn型拡散層17の下方に設けている。しかし、この拡
散層17は接地されている必要は必ずしもなく、電源電
圧よりも低い電圧が印加されるものであればよい。ま
た、保護回路用に設けられたダイオードの拡散層の下方
に、同様にウエルと同導電型であって高濃度の拡散層を
形成してもよい。
【0018】
【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、ソースフォロ
ワ回路の負荷トランジスタの一導電型拡散層の下方に間
隔を空けて局在するようにウエルよりも不純物濃度の高
い逆導電型拡散層が形成されているため、電子シャッタ
動作時に半導体基板にパルスを印加した場合、この逆導
電型拡散層が空乏化されず、負荷トランジスタの一導電
型拡散層と半導体基板との間でパンチスルーが発生せ
ず、出力信号のS/N比が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と関連する参考例による固体撮像装置の
構成を示した縦断面図。
【図2】本発明の実施例による固体撮像装置の構成を示
した縦断面図。
【図3】従来の固体撮像装置の構成を示した縦断面図。
【符号の説明】
11 n型半導体基板 12 p型ウエル 13,18,21 p+ 型拡散層 14〜17 n型拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/146 H04N 5/335

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型半導体基板と、 前記半導体基板の表面部分に形成された逆導電型ウエル
    と、 前記ウエル内に形成されたソースフォロワ回路の負荷ト
    ランジスタの一導電型拡散層と、 前記ウエル内において、前記一導電型拡散層の下方に間
    隔を空けて局在するように形成され、前記ウエルよりも
    高い不純物濃度を有する逆導電型不純物拡散層と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】一導電型半導体基板の表面部分に逆導電型
    ウエルが形成され、この逆導電型ウエルの表面部分に出
    力部が形成されており、 前記出力部は、 一導電型の第1の不純物拡散層と第2の不純物拡散層と
    を有し、信号電荷を出力する出力トランジスタとして形
    成された第1のMOSトランジスタと、 前記第2の不純物拡散層と一導電型の第3の不純物拡散
    層とを有し、前記出力トランジスタの一方の端子と接地
    端子との間に負荷トランジスタとして形成された第2の
    MOSトランジスタと、 前記ウエル内において、前記第3の不純物拡散層の下方
    に間隔を空けて局在するように形成され、前記ウエルよ
    りも高い不純物濃度を有する逆導電型の第4の不純物拡
    散層と、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  3. 【請求項3】前記ウエルの表面部分において、前記第3
    及び第4の不純物拡散層及び接地端子に接続された状態
    で、逆導電型の第5の不純物拡散層がさらに形成されて
    いることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】前記第2のMOSトランジスタは、一導電
    型不純物が導入されたチャネル領域を有するデプレッシ
    ョン型であることを特徴とする請求項2又は3記載の固
    体撮像装置。
  5. 【請求項5】前記第1のMOSトランジスタのゲート電
    極が、前記ウエルの表面部分に形成された一導電型の不
    純物拡散層に接続されており、 リセット用トランジスタの両端子が、前記不純物拡散層
    とリセット端子との間に接続されていることを特徴とす
    る請求項2乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。
  6. 【請求項6】前記ウエルの不純物濃度は1×1015cm-3
    に設定され、前記第2の不純物拡散層の不純物濃度は1
    ×1016cm-3に設定されていることを特徴とする請求項
    2乃至5のいずれかに記載の固体撮像装置。
  7. 【請求項7】前記第4の不純物拡散層は、前記ウエル内
    において、前記第1、第2及び第3の不純物拡散層の下
    方に間隔を空けて局在するように形成されていることを
    特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の固体撮像
    装置。
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