JP3711678B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3711678B2 JP3711678B2 JP01139297A JP1139297A JP3711678B2 JP 3711678 B2 JP3711678 B2 JP 3711678B2 JP 01139297 A JP01139297 A JP 01139297A JP 1139297 A JP1139297 A JP 1139297A JP 3711678 B2 JP3711678 B2 JP 3711678B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- light receiving
- receiving element
- transfer register
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、特にCCD固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子の概略的構成を示す。このCCD固体撮像素子1は、画素となる複数の受光素子2がマトリックス状に配列され、各受光素子列の一側にCCD構造の垂直転送レジスタ3が設けられ、各垂直転送レジスタ3の終端に接続するCCD構造の水平転送レジスタ4が設けられて成る。
【0003】
図6は、図5のA−A線上の断面、即ち受光素子2及び垂直転送レジスタ3を含む部分の断面構造を示す。
この例では、n型シリコン半導体基板11に第1のp型半導体ウエル領域12が形成され、この第1のp型半導体ウエル領域12内に受光素子2の構成要素となるn型不純物拡散領域13と垂直転送レジスタ3を構成するn型転送チャネル領域14並びにp型のチャネルストップ領域15が形成され、n型不純物拡散領域13上にp型の正電荷蓄積領域16が、n型の転送チャネル領域14の直下に第2のp型半導体ウエル領域17が夫々形成されている。
p型の正電荷蓄積領域16はp型のチャネルストップ領域15に電気的に接して形成される。
【0004】
ここで、第1のp型半導体ウエル領域12と、n型不純物拡散領域13と、p型の正電荷蓄積領域16とによってHAD(ホール・アキュミュレイテッド・ダイオード)センサと呼ばれる受光素子2が構成される。
【0005】
垂直転送レジスタ3を構成する転送チャネル領域14、チャネルストップ領域15及び読み出しゲート部7上にゲート絶縁膜18を介して第1層及び第2層の多結晶シリコンからなる転送電極19が形成され、転送チャネル領域14、ゲート絶縁膜18及び転送電極19により、垂直転送レジスタ3が構成される。さらに、層間絶縁膜20を介して、受光素子2を除く垂直転送レジスタ3等の他部に例えばAl膜による遮光膜21が被着形成される。
【0006】
チャネルストップ領域15はその撮像領域の上端に対応する端部においてコンタクトされてグランド(GND)電位が印加される。
【0007】
このCCD固体撮像素子1では、受光素子2で発生した信号電荷が読み出しゲート部7を通して垂直転送レジスタ3に読み出された後、垂直転送レジスタ3内を垂直方向に転送され、更にその信号電荷が水平転送レジスタ4に転送され、水平転送レジスタ4内を水平方向に転送されて、出力回路5を通して出力されるようになされる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のCCD固体撮像素子1において、光電変換で発生した信号電荷(即ち電子)のうち、受光素子毎の規定量QS 以上の電荷(電子)は、図7のポテンシャル図で示すように、オーバーフローバリアOFBを超えて基板電圧Vsub が印加された基板11に掃き捨てられるが、掃き捨て電荷量の増加に伴いオーバーフローバリアのポテンシャルが浅くなり、即ち、φOFB からφOFBdへと浅くなり、前記規定量QS がQSdに増えてしまう。
【0009】
増加後の受光素子毎の規定量をQSdとすると、QSd−QS がニー(KNEE)成分と言われるものである。
【0010】
受光素子に入射される光量(いわゆる像面照度)と、規定の電荷量QS の増加分、即ちニー成分の関係を図9に示す。
入射光量、即ち像面照度が大になるに従って、ニー成分が増加する。
【0011】
上述では単体の受光素子での問題を考えた場合であり、受光素子が2次元的に配列されている場合は、更に別の要素が働く。
即ち、光電変換されたことによって発生した他方の電荷、即ちホール(正孔)は、正電荷蓄積領域16からチャネルストップ領域15を介して排出される。このホールの排出の際に、チャネルストップ領域16のグランド(GND)電位が印加されたコンタクト端部(即ち、通常、有効画素領域の上端に対応する端部)から垂直方向に離れた場所の受光素子では、図8のポテンシャル図に示すように、電圧降下があるため、受光素子2のミニマムポテンシャルφSENSが深くなってしまうことに起因してQSdが更に上昇し(QSd1 <QSd2 )、ニー成分としても増えることになる。
【0012】
図10は、図5のK−K′線上に関するグランド(GND)からの距離と受光素子の正電荷蓄積領域16の電位との関係を示す。
図10において、R1 は配線等の内部抵抗、R2 は1画素当たりの抵抗を示す。GND電位が与えられる上端からの距離に応じて電圧降下によって漸次電位が増加する。
【0013】
上述のニー成分の増加は、信号電荷の初期規定量QS の抑制を招き、ダイナミックレンジ、リニアリティを阻害し、またブルーミングを発生させる等の不都合を生じる。
【0014】
本発明は、上述の点に鑑み、特に、電圧降下に起因するニー成分を抑制することができる固体撮像素子を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、垂直方向と水平方向にマトリックス状に配列された受光素子を有し、該受光素子はn型不純物拡散領域と正電荷蓄積領域とからなり、該正電荷蓄積領域に接するように垂直方向に設けられたチャネルストップ領域と、前記マトリックス状に配列された受光素子からなる受光素子領域の、垂直方向に配列された各前記受光素子列の一側に設けられた垂直転送レジスタと、各前記垂直転送レジスタの終端に接続されて設けられた水平転送レジスタとを有する固体撮像素子において、前記受光素子領域に、有効画素領域と、遮光膜で覆われたダミービット領域とを設け、該ダミービット領域を前記有効画素領域と前記水平転送レジスタとの間に配置し、前記各受光素子列に対応する前記チャネルストップ領域の両端にグランド電位を印加する構成とする。
【0016】
この構成によれば、チャネルストップ領域の垂直方向の両端にグランド電位を印加することにより、ホール電流が2方向に流れ、電圧降下が半分に抑えられる。これによって電圧降下に起因するニー成分が抑制される。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る固体撮像素子は、マトリックス状に配列された受光素子を有し、この受光素子に接するチャネルストップ領域が設けられてなる固体撮像素子において、撮像領域の垂直方向の両端に対応するチャネルストップ領域の両端にグランド電位を印加した構成とする。
【0018】
本発明は、上記固体撮像素子において、チャネルストップ領域の一方の端は遮光膜を介してグランド電位が印加された構成とする。
【0019】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【0020】
図1は、本発明に係るインターライン転送方式のCCD固体撮像素子の概略的構成を示す。
このCCD固体撮像素子31は、画素となる複数の受光素子32がマトリックス状に配列され、各受光素子列の一側にCCD構造の垂直転送レジスタ33が設けられ、各受光素子列の他側及び垂直方向に隣り合う受光素子間に受光素子32に接するようにチャネルストップ領域34が形成され、撮像領域の有効画素領域35を除いて遮光膜36が形成され、さらに各垂直転送レジスタ33の終端に接続するCCD構造の水平転送レジスタ37が設けられてなる。38は水平転送レジスタ37の出力端に接続された出力回路を示す。ここで、チャネルストップ領域34は、少なくとも有効画素領域35、ダミービット領域の受光素子32に対して垂直転送レジスタ33と同様に垂直方向に並設し、前記受光素子32に設けたP型の正電荷蓄積領域56と接続するよう設けられ、垂直方向で水平転送レジスタ37が設けられた端と対極の端部をGNDに接地されたP型領域をいう。
【0021】
図1において、39は絵画素領域を示し、この絵画素領域39は、有効画素領域35と、遮光膜36で覆われた光学的黒を決めるいわゆるオプティカルブラック領域40とを含む。
そして、遮光膜36で覆われるも、絵画素領域39に含まれない領域41が、ダミービット領域と呼ばれる領域である。上述した撮像領域は、有効画素領域35、オプティカルブラック領域40及びダミービット領域41とから成る。ここで、有効画素領域35とは、層間絶縁膜60を介し、受光素子32を除いて遮光膜61で覆われている領域をいう。また、オプティカルブラック領域40とは、全面を遮光膜61で覆われ、有効画素領域35とダミービット領域41との間に位置し、光学的黒を決める領域をいう。さらに、ダミービット領域41とは、正電荷蓄積領域56上に直接Al遮光膜を接続し、絵画素領域39の受光素子32上に層間膜絶縁膜60を有さずに、全面に遮光膜61を有する領域をいう。
【0022】
図2は、図1のB−B線上の断面、即ち受光素子32及び垂直転送レジスタ33を含む部分の断面構造を示す。
本例では、第1導電型、例えばn型のシリコン半導体基板51に第1の第2導電型、例えばp型の半導体ウエル領域52が形成され、この第1のp型半導体ウエル領域52内に受光素子32の構成要素となるn型不純物拡散領域53と垂直転送レジスタ33を構成するn型転送チャネル領域54並びにp型のチャネルストップ領域34が形成され、n型不純物拡散領域53上にp型の正電荷蓄積領域56が、n型の転送チャネル領域54の直下に第2のp型半導体ウエル領域57が夫々に形成されている。p型の正電荷蓄積領域56は、p型のチャネルストップ領域15に電気的に接して形成される。
【0023】
ここで、第1のp型半導体ウエル領域52と、n型不純物拡散領域53とp型の正電荷蓄積領域56とによってHAD(ホール・アキュミュレイテッド・ダイオード)センサと呼ばれる受光素子32が構成される。
【0024】
垂直転送レジスタ33を構成する転送チャネル領域54、チャネルストップ領域34及び読み出しゲート部43上にゲート絶縁膜58を介して第1層及び第2層の多結晶シリコンからなる転送電極59が形成され、転送チャネル領域54、ゲート絶縁膜58及び転送電極59により、垂直転送レジスタ33が構成される。さらに、層間絶縁膜60を介して受光素子32を除く垂直転送レジスタ33等の他部に例えばAl膜による遮光膜61が被着形成されて成る。
【0025】
尚、図示せざるも、更にその上に平坦化膜を介してオンチップカラーフィルター層及びオンチップマイクロレンズが形成される。
【0026】
しかして、本実施例においては、特に、チャネルストップ領域34の上端及び下端、即ち撮像領域の上下両端、従って有効画素領域35の上下両端に対応する上端及び下端に、コンタクトをとってグランド(GND)電位を印加するようになす。
【0027】
この場合、チャネルストップ領域34の下端では、Al遮光膜36を介してグランド(GND)電位を印加することができる。この為、例えば図3(図1のC−C線上の断面)に示すように、ダミービット領域41の画素部(受光部に相当する)において、その正電荷蓄積領域56に直接Al遮光膜36を接続し、このAl遮光膜36にグランド(GND)電位を印加することができる。これによって、Al遮光膜36及びp型の正電荷蓄積領域56を通してp型のチャネルストップ領域34の下端にグランド電位が印加される。
【0028】
この実施例のCCD固体撮像素子31では、受光素子で発生した信号電荷(この例では電子)が読み出しゲート部43を通して垂直転送レジスタ33に読み出され、垂直転送レジスタ33内を垂直方向に転送された後、水平転送レジスタ37に転送され、さらに水平転送レジスタ37内を水平方向に転送されて、出力回路38を通して出力される。
【0029】
一方、光電変換で発生した他方の電荷、即ちホール(正孔)は、正電荷蓄積領域56からグランド電位のチャネルストップ領域34を通して排出される。このとき、チャネルストップ領域34の垂直方向の両端にコンタクトをとってグランド電位が印加されているので、いわゆるホール電流はチャネルストップ領域34の両端に向かって流れる。これによって、チャネルストップ領域34での電圧降下、従ってグランド電位の端部から離れた受光素子のp型の正電荷蓄積領域56での電圧降下が抑制され、ニー特性が抑制される。
【0030】
即ち、今、撮像領域の垂直方向の中央の受光素子に着目する。ホール電流がチャネルストップ領域34の両端に向かって同じだけ流れる様な理想的なモデルを想定した場合には、簡単なオームの法則から数1、数2が導き出せる。
【0031】
【数1】
但し、Vは電圧、Iは電流、Rは抵抗、ρは比抵抗、Lは長さ、Sは断面積を示す。
【0032】
【数2】
従って、
V/4=(0.5×I)×〔ρ×(0.5×L)/S〕
【0033】
数2で明らかなように、電圧降下は1/4に抑えることができる。
【0034】
図4は、図1のK−K′線上の各受光素子の正電荷蓄積領域での電位関係を示す。この図4から明らかなように電圧降下が抑制されるのが理解できる。
【0035】
上述したように、本実施例によれば、ホール電流を2方向に流すことで電圧降下を抑えることができ、ホール電流の増加によるニー特性を抑制することができる。
これによって、信号電荷の初期規定量であるQS を多く取ることが出来、ダイナミックレンジ、リニアリティの高いCCD固体撮像素子を設計できる。
【0036】
また、大きな光量が撮像領域に当たった際、基板側にオーバーフローせずに垂直転送レジスタ側にオーバーフローする、いわゆるブルーミングに対するマージンを大きく取ることができる。
【0037】
チャネルストップ領域34の下端にAl遮光膜36を介してグランド電位を与えるときは、配線等を不要として簡潔にチャネルストップ領域34の下端へのグランド電位の印加を容易にする。
【0038】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像素子によれば、ニー成分を抑制することができる。これによって、受光素子における信号電荷の初期規定量を多く取ることができ、ダイナミックレンジ、リニアリティの高い固体撮像素子を得ることができる。
【0039】
また、ブルーミングに対するマージンを大きく取ることができ、大きな光量が撮像領域に入射された際にも、ブルーミングの発生を阻止することができる。
【0040】
チャネルストップ領域の一方の端に遮光膜を介してグランド電位を印加するときは、配線等を不要にして簡潔にチャネルストップ領域の一方端にグランド電位を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像素子の実施例を示す構成図である。
【図2】図1のB−B線上の断面図である。
【図3】図1のC−C線上の断面図である。
【図4】本発明に係るグランド(GND)からの距離と受光素子内のグランド(GND)電位の変化の関係を示すグラフである。
【図5】従来のインターライン転送方式の固体撮像素子の構成図である。
【図6】図5のA−A線上の断面図である。
【図7】オーバーフローバリアの変化によるQS 変化を示すポテンシャル図である。
【図8】受光素子内のグランド電位の変化によるQSd変化を示すポテンシャル図である。
【図9】ニー(KNEE)特性の説明に供するグラフである。
【図10】従来例に係るグランド(GND)からの距離と受光素子内のグランド(GND)電位変化の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
31 インターライン転送方式のCCD固体撮像素子、32 受光素子、33垂直転送レジスタ、34 チャネルストップ領域、36 遮光膜、39 画素領域、41 ダミービット領域、56 正電荷蓄積領域
Claims (2)
- 垂直方向と水平方向にマトリックス状に配列された受光素子を有し、該受光素子はn型不純物拡散領域と正電荷蓄積領域とからなり、該正電荷蓄積領域に接するように垂直方向に設けられたチャネルストップ領域と、前記マトリックス状に配列された受光素子からなる受光素子領域の、垂直方向に配列された各前記受光素子列の一側に設けられた垂直転送レジスタと、各前記垂直転送レジスタの終端に接続されて設けられた水平転送レジスタとを有する固体撮像素子において、前記受光素子領域に、有効画素領域と、遮光膜で覆われたダミービット領域とを設け、該ダミービット領域を前記有効画素領域と前記水平転送レジスタとの間に配置し、前記各受光素子列に対応する前記チャネルストップ領域の両端にグランド電位を印加してなることを特徴とする固体撮像素子。
- グランド電位が印加される前記チャネルストップ領域の両端のうち、前記水平転送レジスタ側に位置する端部には、前記ダミービット領域の遮光膜及び前記正電荷蓄積領域を介して前記グランド電位が印加されてなることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01139297A JP3711678B2 (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01139297A JP3711678B2 (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10209425A JPH10209425A (ja) | 1998-08-07 |
JP3711678B2 true JP3711678B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=11776747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01139297A Expired - Fee Related JP3711678B2 (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3711678B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007189022A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Fujifilm Corp | Ccd型固体撮像素子及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-01-24 JP JP01139297A patent/JP3711678B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10209425A (ja) | 1998-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3702854B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
KR101159032B1 (ko) | 고체 촬상 소자 | |
JP4050906B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
US8440954B2 (en) | Solid-state image pickup device with a wiring becoming a light receiving surface, method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
US20110031573A1 (en) | Solid-state imaging device, imaging apparatus, and manufacturing method of solid-state imaging device | |
JP4284752B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
US8198121B2 (en) | Method of manufacturing solid-state imaging device | |
JP3684169B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
KR19980018911A (ko) | 고정된 패턴 잡음 감소 및 스미어 방지 가능한 고체 이미지 픽업 장치 (Solid-State Image Pickup Device Capable of Reducing Fixed Pattern Noise and Preventing Smer) | |
JP3355781B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JP3711678B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
JP2917361B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
EP0594559B1 (en) | Solid state image pick-up device | |
JP5030323B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
US5286988A (en) | Charge coupled device image sensor | |
JP4479436B2 (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
WO1996026546A2 (en) | Charge-coupled imaging device having anti-blooming protection and two sets of readout registers | |
JP2002151673A (ja) | 固体撮像素子 | |
US7755091B2 (en) | Solid state image pickup device | |
JP4824241B2 (ja) | 半導体エネルギー検出器 | |
US20230223411A1 (en) | Imaging apparatus | |
JP2897689B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JPH0294567A (ja) | 固体撮像装置 | |
JP5002941B2 (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラ | |
JPS60244063A (ja) | 固体撮像素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041028 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050106 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050418 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050607 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050628 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050726 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050808 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080826 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090826 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100826 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110826 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120826 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |