JP3153934B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 7
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 5
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に、センサ部に隣接してオーバーフロードレインを形
成したいわゆる横型オーバーフロードレイン構造を有す
る固体撮像装置に関する。
特に、センサ部に隣接してオーバーフロードレインを形
成したいわゆる横型オーバーフロードレイン構造を有す
る固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の固体撮像装置の一例として、Ｃ
ＣＤ(Charge Coupled Device) リニアセンサを図２に示
す。図２において、センサ列１の各センサ部２で発生し
た信号電荷は、読出しゲート（ＲＯＧ）３とオーバーフ
ローコントロールゲート（ＯＦＣＧ）４及びセンサ部２
間に形成されたチャネルストップ部１４（図１（ｂ）を
参照）によって囲まれた領域に蓄積される。
ＣＤ(Charge Coupled Device) リニアセンサを図２に示
す。図２において、センサ列１の各センサ部２で発生し
た信号電荷は、読出しゲート（ＲＯＧ）３とオーバーフ
ローコントロールゲート（ＯＦＣＧ）４及びセンサ部２
間に形成されたチャネルストップ部１４（図１（ｂ）を
参照）によって囲まれた領域に蓄積される。
【０００３】各センサ部２に蓄積された電荷は、読出し
ゲート３によって電荷転送路５に読み出されて出力部６
側に転送される一方、オーバーフローコントロールゲー
ト４を介してオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）８に掃
き捨てられる。かかるＣＣＤリニアセンサの場合のよう
に、オーバーフロードレイン構造を有する固体撮像装置
では、その出力電圧‐入射光量の特性を示す図６から明
らかなように、オーバーフロー点を越えると対数特性を
示すことが知られている。
ゲート３によって電荷転送路５に読み出されて出力部６
側に転送される一方、オーバーフローコントロールゲー
ト４を介してオーバーフロードレイン（ＯＦＤ）８に掃
き捨てられる。かかるＣＣＤリニアセンサの場合のよう
に、オーバーフロードレイン構造を有する固体撮像装置
では、その出力電圧‐入射光量の特性を示す図６から明
らかなように、オーバーフロー点を越えると対数特性を
示すことが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、オーバーフ
ロードレイン構造を有する従来の固体撮像装置では、出
力電圧として、対数特性を示すオーバーフロー領域を避
けてリニアな特性を示す領域のみを使用していた。した
がって、センサ部のダイナミックレンジは、オーバーフ
ロー点までの入射光量で決まってしまい、ダイナミック
レンジの拡大に限界があった。
ロードレイン構造を有する従来の固体撮像装置では、出
力電圧として、対数特性を示すオーバーフロー領域を避
けてリニアな特性を示す領域のみを使用していた。した
がって、センサ部のダイナミックレンジは、オーバーフ
ロー点までの入射光量で決まってしまい、ダイナミック
レンジの拡大に限界があった。
【０００５】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
のであり、対数特性を示すオーバーフロー領域を積極的
に活用することにより、センサ部の入射光量に対するダ
イナミックレンジの拡大を可能とした固体撮像装置を提
供することを目的とする。
のであり、対数特性を示すオーバーフロー領域を積極的
に活用することにより、センサ部の入射光量に対するダ
イナミックレンジの拡大を可能とした固体撮像装置を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積するセンサ部
と、このセンサ部に隣接して形成されたオーバーフロー
ドレインと、センサ部に蓄積された電荷をオーバーフロ
ードレインに掃き出すオーバーフローコントロールゲー
トとを具備し、センサ部とオーバーフローコントロール
ゲートとの間に存在するポテンシャルバリアのポテンシ
ャルを、オーバーフローコントロールゲートのポテンシ
ャルの設定により制御することによって出力電圧−入射
光量の特性として任意の対数特性を得る構成を採ってい
る。
置は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積するセンサ部
と、このセンサ部に隣接して形成されたオーバーフロー
ドレインと、センサ部に蓄積された電荷をオーバーフロ
ードレインに掃き出すオーバーフローコントロールゲー
トとを具備し、センサ部とオーバーフローコントロール
ゲートとの間に存在するポテンシャルバリアのポテンシ
ャルを、オーバーフローコントロールゲートのポテンシ
ャルの設定により制御することによって出力電圧−入射
光量の特性として任意の対数特性を得る構成を採ってい
る。
【０００７】
【作用】センサ部とオーバーフローコントロールゲート
との間に存在するポテンシャルバリアのポテンシャルを
制御することによって少ない入射光量で出力電圧−入射
光量の特性として対数特性を得、この対数特性を示すオ
ーバーフロー領域の出力を使用することで、入射光量に
対するダイナミックレンジを拡大する。特に、センサ部
がＨＡＤ(Hole Accumulated Diode) センサ構造のもの
では、オーバーフローコントロールゲートのゲート電極
をマスクとして不純物を打ち込むことから、その後の熱
工程等において不純物がオーバーフローコントロールゲ
ートへ拡散することによってセンサ部とオーバーフロー
コントロールゲートとの間にディップができ、ポテンシ
ャルバリアとなる。したがって、オーバーフローコント
ロールゲートのポテンシャルをセンサ部のポテンシャル
よりも深く設定することで、少ない入射光量で出力電圧
−入射光量の特性として対数特性を得ることができるよ
うに、ディップのポテンシャルを設定する。
との間に存在するポテンシャルバリアのポテンシャルを
制御することによって少ない入射光量で出力電圧−入射
光量の特性として対数特性を得、この対数特性を示すオ
ーバーフロー領域の出力を使用することで、入射光量に
対するダイナミックレンジを拡大する。特に、センサ部
がＨＡＤ(Hole Accumulated Diode) センサ構造のもの
では、オーバーフローコントロールゲートのゲート電極
をマスクとして不純物を打ち込むことから、その後の熱
工程等において不純物がオーバーフローコントロールゲ
ートへ拡散することによってセンサ部とオーバーフロー
コントロールゲートとの間にディップができ、ポテンシ
ャルバリアとなる。したがって、オーバーフローコント
ロールゲートのポテンシャルをセンサ部のポテンシャル
よりも深く設定することで、少ない入射光量で出力電圧
−入射光量の特性として対数特性を得ることができるよ
うに、ディップのポテンシャルを設定する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図２は、本発明が適用される横型オーバー
フロードレイン構造を持つリニアセンサの一例の構成図
である。このリニアセンサでは、センサ列１の各センサ
部２で光電変換によって発生した信号電荷が、読出しゲ
ート３とオーバーフローコントロールゲート４及び各セ
ンサ部２を分離しているチャネルストップ部１４によっ
て囲まれた領域に蓄積される構造を採っている。
に説明する。図２は、本発明が適用される横型オーバー
フロードレイン構造を持つリニアセンサの一例の構成図
である。このリニアセンサでは、センサ列１の各センサ
部２で光電変換によって発生した信号電荷が、読出しゲ
ート３とオーバーフローコントロールゲート４及び各セ
ンサ部２を分離しているチャネルストップ部１４によっ
て囲まれた領域に蓄積される構造を採っている。
【０００９】センサ列１の各センサ部２に蓄積された電
荷は、ゲート端子１１から入力される読出しパルスφro
g によって読出しゲート３を介して電荷転送路５に読み
出される。電荷転送路５は、シフトレジスタによって構
成され、２相のクロックパルスφ１，φ２による２相駆
動によって電荷を順次転送する。電荷転送路５の出力端
には、例えばフローティング・ディフュージョン・アン
プ構成の出力部６が設けられている。そして、転送され
た電荷は、出力部６で電圧に変換されて出力端子７から
導出される。
荷は、ゲート端子１１から入力される読出しパルスφro
g によって読出しゲート３を介して電荷転送路５に読み
出される。電荷転送路５は、シフトレジスタによって構
成され、２相のクロックパルスφ１，φ２による２相駆
動によって電荷を順次転送する。電荷転送路５の出力端
には、例えばフローティング・ディフュージョン・アン
プ構成の出力部６が設けられている。そして、転送され
た電荷は、出力部６で電圧に変換されて出力端子７から
導出される。
【００１０】センサ列１に対して電荷転送路５の反対側
にはオーバーフロードレイン８が配置されて横型オーバ
ーフロードレインを構成している。このオーバーフロー
ドレイン８は電気的に抵抗が低くなっており、ドレイン
端子９に与えられた電位（ポテンシャル）ＶD に固定さ
れる。そのポテンシャルをセンサ部２よりも深くしてお
く一方、ゲート端子１０に所定の直流電圧ＶG を印加し
てオーバーフローコントロールゲート４にポテンシャル
バリアを形成しておく。すると、各センサ部２に蓄積さ
れている電荷は、オーバーフローコントロールゲート４
のポテンシャルバリアを越えた分だけオーバーフロード
レイン８の方に流れ出していく。この流れ出した電荷
は、オーバーフロードレイン８を通じて排出される。
にはオーバーフロードレイン８が配置されて横型オーバ
ーフロードレインを構成している。このオーバーフロー
ドレイン８は電気的に抵抗が低くなっており、ドレイン
端子９に与えられた電位（ポテンシャル）ＶD に固定さ
れる。そのポテンシャルをセンサ部２よりも深くしてお
く一方、ゲート端子１０に所定の直流電圧ＶG を印加し
てオーバーフローコントロールゲート４にポテンシャル
バリアを形成しておく。すると、各センサ部２に蓄積さ
れている電荷は、オーバーフローコントロールゲート４
のポテンシャルバリアを越えた分だけオーバーフロード
レイン８の方に流れ出していく。この流れ出した電荷
は、オーバーフロードレイン８を通じて排出される。
【００１１】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
り、図（ａ）に図２のＡ‐Ａ′矢視断面構造を、図
（ｂ）にその要部の平面パターンを示す。図１におい
て、センサ部２は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積
するＮ+ 型不純物層からなる電荷蓄積層１３上に、感度
の向上と表面暗電流を抑える目的で積層されたＰ+ 型不
純物層からなる正孔蓄積層１２を有するＨＡＤセンサ構
造を採っている。このＨＡＤセンサ構造のセンサ部２に
おいて、正孔蓄積層１２の下に存在するＮ型半導体層
（電荷蓄積層１３）とＰ型半導体層が、光電変換を行う
フォトダイオードの役割をなしている。
り、図（ａ）に図２のＡ‐Ａ′矢視断面構造を、図
（ｂ）にその要部の平面パターンを示す。図１におい
て、センサ部２は、入射光に応じて発生した電荷を蓄積
するＮ+ 型不純物層からなる電荷蓄積層１３上に、感度
の向上と表面暗電流を抑える目的で積層されたＰ+ 型不
純物層からなる正孔蓄積層１２を有するＨＡＤセンサ構
造を採っている。このＨＡＤセンサ構造のセンサ部２に
おいて、正孔蓄積層１２の下に存在するＮ型半導体層
（電荷蓄積層１３）とＰ型半導体層が、光電変換を行う
フォトダイオードの役割をなしている。
【００１２】正孔蓄積層１２の形成に際しては、図３に
示すように、オーバーフローコントロールゲート４のゲ
ート電極１５をマスクとして用い、オーバーフローコン
トロールゲート４に対してセルフアラインで正孔蓄積層
１２を形成するようにイオン注入が行われる。
示すように、オーバーフローコントロールゲート４のゲ
ート電極１５をマスクとして用い、オーバーフローコン
トロールゲート４に対してセルフアラインで正孔蓄積層
１２を形成するようにイオン注入が行われる。
【００１３】ところで、上述したようにしてイオン注入
されたＰ+ 型不純物（一般には、ホウ素）は、イオン注
入工程以降の熱工程等において拡散し、図３から明らか
なように、ゲート電極１５の下に入り込んでしまう。こ
れにより、正孔蓄積層１２が接地レベルに固定され、仮
想電極の役割を果たすことから、図４のポテンシャル図
に見られるように、オーバーフローコントロールゲート
４のＰ+ 型不純物が拡散したエッジ部分にディップ１６
ができ、ポテンシャルバリアとなる。
されたＰ+ 型不純物（一般には、ホウ素）は、イオン注
入工程以降の熱工程等において拡散し、図３から明らか
なように、ゲート電極１５の下に入り込んでしまう。こ
れにより、正孔蓄積層１２が接地レベルに固定され、仮
想電極の役割を果たすことから、図４のポテンシャル図
に見られるように、オーバーフローコントロールゲート
４のＰ+ 型不純物が拡散したエッジ部分にディップ１６
ができ、ポテンシャルバリアとなる。
【００１４】このディップ１６を考慮して、本発明にお
いては、センサ部２とディップ１６との間に適当なポテ
ンシャル差φBOが生ずるように、好ましくはオーバーフ
ローコントロールゲート４のポテンシャルφG がセンサ
部２のポテンシャルφS よりも深くなるように、オーバ
ーフローコントロールゲート４のポテンシャルφG を設
定する。このときのポテンシャルを図４に示す。オーバ
ーフローコントロールゲート４のポテンシャルφG の設
定は、オーバーフローコントロールゲート４のイオン注
入のドーズ量又はゲート電極１５に印加するゲートパル
スφcgの直流電圧の調整によって行える。
いては、センサ部２とディップ１６との間に適当なポテ
ンシャル差φBOが生ずるように、好ましくはオーバーフ
ローコントロールゲート４のポテンシャルφG がセンサ
部２のポテンシャルφS よりも深くなるように、オーバ
ーフローコントロールゲート４のポテンシャルφG を設
定する。このときのポテンシャルを図４に示す。オーバ
ーフローコントロールゲート４のポテンシャルφG の設
定は、オーバーフローコントロールゲート４のイオン注
入のドーズ量又はゲート電極１５に印加するゲートパル
スφcgの直流電圧の調整によって行える。
【００１５】上述した構成のリニアセンサにおいて、セ
ンサ部２に光が入射すると、その光の強さに応じた電荷
がセンサ部２に溜まる。このセンサ部２に溜まった電荷
は、読出しゲート３に読出しパルスφrog が印加される
ことによって電荷転送路５に転送される一方、センサ部
２が一杯にならなくても拡散によってオーバーフローコ
ントロールゲート４へ流れる。この拡散電流が流れるこ
とによって先述した対数特性が得られ、拡散電流を制御
することによって任意の対数特性が得られる。
ンサ部２に光が入射すると、その光の強さに応じた電荷
がセンサ部２に溜まる。このセンサ部２に溜まった電荷
は、読出しゲート３に読出しパルスφrog が印加される
ことによって電荷転送路５に転送される一方、センサ部
２が一杯にならなくても拡散によってオーバーフローコ
ントロールゲート４へ流れる。この拡散電流が流れるこ
とによって先述した対数特性が得られ、拡散電流を制御
することによって任意の対数特性が得られる。
【００１６】すなわち、オーバーフローコントロールゲ
ート４のポテンシャルφG を、センサ部２のポテンシャ
ルφS よりも深くなるように設定することにより、図６
に示す従来の出力電圧‐入射光量特性よりも、少ない入
射光量で対数特性を得ることができるように、センサ部
２とオーバーフローコントロールゲート４との間にでき
るディップ１６のポテンシャルを設定できる。本発明に
係る出力電圧‐入射光量の特性を図５に示す。
ート４のポテンシャルφG を、センサ部２のポテンシャ
ルφS よりも深くなるように設定することにより、図６
に示す従来の出力電圧‐入射光量特性よりも、少ない入
射光量で対数特性を得ることができるように、センサ部
２とオーバーフローコントロールゲート４との間にでき
るディップ１６のポテンシャルを設定できる。本発明に
係る出力電圧‐入射光量の特性を図５に示す。
【００１７】このように、ディップ１６のポテンシャル
を適当に設定することにより、少ない入射光量で対数特
性を得ることができるため、同じ出力電圧Ｖ1 でより多
い入射光量を扱えることになる。換言すれば、より少な
い入射光量で対数特性を得て、この対数特性を示すオー
バーフロー領域を積極的に活用することにより、入射光
量に対するダイナミックレンジを拡大できることにな
る。
を適当に設定することにより、少ない入射光量で対数特
性を得ることができるため、同じ出力電圧Ｖ1 でより多
い入射光量を扱えることになる。換言すれば、より少な
い入射光量で対数特性を得て、この対数特性を示すオー
バーフロー領域を積極的に活用することにより、入射光
量に対するダイナミックレンジを拡大できることにな
る。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、特にセンサ部がＨＡＤセンサ構造の固体撮像装置
において、センサ部とオーバーフローコントロールゲー
トとの間にできるディップによるポテンシャルバリアの
ポテンシャルを制御することによって少ない入射光量で
出力電圧−入射光量の特性として対数特性を得て、この
対数特性を示すオーバーフロー領域を積極的に活用する
ようにしたので、入射光量に対するダイナミックレンジ
を拡大できる効果がある。
れば、特にセンサ部がＨＡＤセンサ構造の固体撮像装置
において、センサ部とオーバーフローコントロールゲー
トとの間にできるディップによるポテンシャルバリアの
ポテンシャルを制御することによって少ない入射光量で
出力電圧−入射光量の特性として対数特性を得て、この
対数特性を示すオーバーフロー領域を積極的に活用する
ようにしたので、入射光量に対するダイナミックレンジ
を拡大できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図であり、図
（ａ）に図２のＡ‐Ａ′矢視断面構造を、図（ｂ）にそ
の要部の平面パターンを示す。
（ａ）に図２のＡ‐Ａ′矢視断面構造を、図（ｂ）にそ
の要部の平面パターンを示す。
【図２】横型オーバーフロードレイン構造を有するリニ
アセンサの構成図である。
アセンサの構成図である。
【図３】ＨＡＤセンサ構造の場合のイオン注入工程を示
す構成図である。
す構成図である。
【図４】本発明に係るポテンシャル図である。
【図５】本発明に係る出力電圧‐入射光量の特性図であ
る。
る。
【図６】従来の出力電圧‐入射光量の特性図である。
１ センサ列 ２ センサ部 ３ 読出しゲート ４ オーバーフローコントロールゲート ５ 電荷転送路 ８ オーバーフロードレイン １２ 正孔蓄積層 １３ 電荷蓄積層 １４ チャネルストップ部 １６ ディップ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 5/335 H01L 27/14
Claims (4)
- 【請求項１】 入射光に応じて発生した電荷を蓄積する
センサ部と、 前記センサ部に隣接して形成されたオーバーフロードレ
インと、 前記センサ部に蓄積された電荷を前記オーバーフロード
レインに掃き出すオーバーフローコントロールゲートと
を具備し、前記センサ部と 前記オーバーフローコントロールゲート
との間に存在するポテンシャルバリアのポテンシャル
を、前記オーバーフローコントロールゲートのポテンシ
ャルの設定により制御することによって出力電圧−入射
光量の特性として任意の対数特性を得るようにしたこと
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記オーバーフローコントロールゲート
のポテンシャルを前記センサ部のポテンシャルよりも深
くなるように設定した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】 前記オーバーフローコントロールゲート
のイオン注入のドーズ量又はそのゲート電極に印加する
直流電圧によって前記オーバーフローコントロールゲー
トのポテンシャルを設定することを特徴とする請求項２
記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記センサ部は、入射光に応じて発生し
た電荷を蓄積する領域上に積層された正孔蓄積層を有す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16539292A JP3153934B2 (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16539292A JP3153934B2 (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05336453A JPH05336453A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3153934B2 true JP3153934B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=15811533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16539292A Expired - Fee Related JP3153934B2 (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3153934B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3062010B2 (ja) * | 1994-07-28 | 2000-07-10 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置 |
| TW425563B (en) | 1998-06-03 | 2001-03-11 | Nippon Electric Co | Solid state image pickup device and driving method therefore |
| JP4581792B2 (ja) | 2004-07-05 | 2010-11-17 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 固体撮像装置及びこれを備えたカメラ |
| JP6987562B2 (ja) | 2017-07-28 | 2022-01-05 | キヤノン株式会社 | 固体撮像素子 |
-
1992
- 1992-06-01 JP JP16539292A patent/JP3153934B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05336453A (ja) | 1993-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |