JP3715353B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換をなす受光部を有した固体撮像素子に係り、詳しくはスミア特性を改善した固体撮像素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD(Charge-Coupled Device )型の固体撮像素子として、従来、図3(a)、(b)に示す構造のものが知られている。図3(a)、(b)において符号1は固体撮像素子であり、この固体撮像素子1は、図3(a)に示すようにシリコン基板2の表層部にオーバーフローバリア(図示略)を形成し、これの上に受光部3…を配列形成し、さらにこれら受光部3の上にホール蓄積部4を形成したものである。受光部3の一方の側方には読み出しゲート5、Pウェル6がこの順に配設され、さらにPウェル6の上には垂直転送レジスタ7が配設されている。また、受光部3の他方の側方にはチャネルストップ8が配設され、該チャネルストップ8の側方には別のPウェル6、垂直転送レジスタ7が配設され、さらにこれらPウェル6、垂直転送レジスタ7の側方には読み出しゲート(図示略)、受光部(図示略)が順次配設されている。
【0003】
シリコン基板2の表面にはSiO2 からなる絶縁膜9が形成され、この絶縁膜9の上には、前記垂直転送レジスタ6、およびその両側に配設された読み出しゲート5、チャネルストップ8の直上位置をほぼ覆って転送電極10が形成されている。前記絶縁膜9上には、転送電極10を覆った状態で絶縁膜11が形成されている。この絶縁膜11上には、前記転送電極10を覆いかつ前記受光部3の直上位置の一部を開口した状態で遮光膜12が形成されている。この遮光膜12は、転送電極10の上面および側面を覆う絶縁膜11の直上部分12aと、絶縁膜11の段差面11aから受光部3上に延びる張り出し部12bとからなっており、図3(b)に示すように隣合う遮光膜12の張り出し部12b、12b間に受光のための開口部13を形成している。また、シリコン基板2上には、図3(a)に示すように該遮光膜12等を覆って透明材料からなるパッシベーション層14が形成されている。
【0004】
そして、このような構成により固体撮像素子1は、パッシベーション層14を透過してきた入射光を受光部3で受け、光電変換を行って電荷とする。すると、得られた電荷は読み出しゲート5を経て垂直転送レジスタ7に送られ、さらに転送電極10の駆動によって垂直転送レジスタ7中を移動し、水平転送部(図示略)を経て信号として出力される。
【0005】
ところで、このような固体撮像素子1では、搭載される光学カメラのレンズの絞り値などによって該固体撮像素子1に光が斜めに入射し、この入射光が図3(a)中矢印で示すようにシリコン基板2表面と遮光膜12との間に入る場合がある。このような場合、この入射光のうちシリコン基板2と絶縁膜9との界面で反射して遮光膜12の張り出し部12b下面に当たる成分が、遮光膜12下面とシリコン基板2表面との間で多重反射を繰り返して垂直転送レジスタ7に直接入り込み、光電変換によって電子を発生し、これによりスミアを発生させる。なお、図3(a)中では矢印を読み出しゲート5側についてのみ示したが、チャネルストップ8側についても同様の機構によってスミアが発生する。
【0006】
このようにして発生したスミアは、特に高輝度被写体を撮像したい場合、モニター画面上で上下に尾を引くように見えるので好ましくなく、したがってその低減化が望まれている。スミアの低減方法としては、従来、例えば図3(a)、(b)に示した遮光膜12の張り出し部12bの張り出し幅W1 、W2 を広くしたり、読み出しゲート5の幅W3 やチャネルストップ8の幅W4 を広くすることにより、遮光膜12の開口部13周縁から垂直転送レジスタ7までの距離を長くするといった方法が知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図3に示したもののごとく従来の固体撮像素子では、通常、読み出しゲート5側の張り出し部12bの張り出し幅W1 とチャネルストップ8側の張り出し部12bの張り出し幅W2 とを同一にし、一方で読み出しゲート5の幅W3 とチャネルストップ8の幅W4 とを読み出しゲートの幅W3 がチャネルストップ8の幅W4 より広くなるよう異ならせている。これは、高画素化に伴う画素サイズの縮小により、それぞれの幅を最小限に抑えた結果であり、読み出しゲート5およびチャネルストップ8の幅を決める要素が異なるからである。
【0008】
すなわち、固体撮像素子においてそのユニットセルは、高画素化に伴う画素サイズの縮小の際にセンサの開口率を向上させるため、読み出しゲート5、垂直転送レジスタ7、チャネルストップ8の幅(面積)をできる限り縮小する必要がある。垂直転送レジスタ7の面積については、必要とされる取扱い電荷量により決定され、またチャネルストップ8については、ホトリソグラフィ限界程度にまでその幅を狭くすることが可能である。しかし、読み出しゲート5については、ブルーミング(過大な光に対して、受光部の信号電荷が過剰となり、周辺の画素に溢れだす現象)が生じない程度の幅が必要なため、チャネルストップ8の幅よりも広くしなければならないのである。
【0009】
また、遮光膜12の張り出し部12bの張り出し幅については、チャネルストップ側と読み出しゲート側とで同じにするのが普通である。これは、読み出しゲート5側とチャネルストップ8側とのスミア成分のバランスを取るためには、遮光膜12の張り出し部12bの張り出し幅を同じにする必要があると考えられているからである。なぜなら、張り出し部12bの張り出し幅が不十分であると、該張り出し幅そのものでスミアが律速されることが多いからである。
【0010】
しかしながら、画素サイズによっても異なるものの、スミアは張り出し部12bの張り出し幅だけでなく、開口部13の周縁から垂直転送レジスタ7までの距離(読み出しゲート5の幅、およびチャネルストップ8の幅)にも影響され、距離が長い程レベルが小さくなる。この結果、開口部13周縁から垂直転送レジスタ7までの距離が短いチャネルストップ8側では、スミアが律速されることとなってしまうのである。
【0011】
しかして、感度を優先するデバイスの場合には、前記のような設計もやむを得ないものの、スミアの低減化を優先するデバイスの場合には、当然好ましくないものとなってしまうのである。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、スミア特性を改善した固体撮像素子を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明における請求項1記載の固体撮像素子では、基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなり、前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より広く形成され、前記遮光膜における、前記受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成されてなり、さらに前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であることを前記課題の解決手段とした。
【0013】
請求項2記載の固体撮像素子では、基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなり、前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より狭く形成され、前記遮光膜における、前記受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成されてなり、さらに前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であることを前記課題の解決手段とした。
【0014】
本発明における請求項1記載の固体撮像素子によれば、読み出しゲートの幅がチャネルストップの幅より広く形成され、遮光膜における、受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成され、かつ読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、遮光膜の開口縁部から垂直転送レジスタまでの幅が、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であるため、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスが取れ、これにより固体撮像素子全体でのスミア特性が向上する。
【0015】
請求項2記載の固体撮像素子によれば、読み出しゲートの幅がチャネルストップの幅より狭く形成され、遮光膜における、受光部の直上位置にまで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成され、かつ請求項1記載の固体撮像素子の場合と同様に、読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、遮光膜の開口縁部から垂直転送レジスタまでの幅が、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一であるため、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスが取れ、これにより固体撮像素子全体でのスミア特性が向上する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施形態例によって詳しく説明する。
図1(a)、(b)は本発明における請求項1記載の固体撮像素子の一実施形態例を示す図であり、図1(a)、(b)において符号20は固体撮像素子である。なお、図1に示した撮像素子20において図3(a)、(b)に示した固体撮像素子1と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図1に示した撮像素子20が図3(a)、(b)に示した固体撮像素子1と異なるところは、遮光膜の張り出し部の張り出し幅についてである。
【0017】
すなわち、本実施形態例の固体撮像素子20では、図1(a)、(b)に示すように、Al等からなる遮光膜21における読み出しゲート5側の張り出し部21bの張り出し幅W5 を、チャネルストップ8側の張り出し部21bの張り出し幅W6 より狭く形成している。また、読み出しゲート5およびチャネルストップ8については、いずれもその幅W3 、W4 を従来と同一に、すなわち読み出しゲート5の幅W3 がチャネルストップ8の幅W4 より広く形成されている。
【0018】
したがって、このような構成により固体撮像素子20は、遮光膜21の張り出し部21b、21b間に形成された開口部22(図1(b)参照)の周縁から垂直転送レジスタ7までの距離が、読み出しゲート5側とチャネルストップ8側とで大きく異なることなくほぼ同一になる。すなわち、W3 >W4 、W5 <W6 としたことにより、W3 +W5 ≒W4 +W6 となるのである。ここで、読み出しゲート5側における転送電極10の側面と遮光膜21の内側面との間の距離、およびチャネルストップ8側における転送電極10の側面と遮光膜21の内側面との間の距離については、図1(a)に示すようにいずれも絶縁膜11の厚さに相当していることから、これらは同一とみなしている。
よって、本実施形態例の固体撮像素子20にあっては、開口部22周縁から垂直転送レジスタ7までの距離が、読み出しゲート5側とチャネルストップ8側とでほぼ同一になることから、読み出しゲート5側とチャネルストップ8側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体のスミア特性を向上させることができる。
【0019】
図2(a)、(b)は本発明における請求項2記載の固体撮像素子の一実施形態例を示す図であり、図2(a)、(b)において符号30は固体撮像素子である。この固体撮像素子30が図3(a)、(b)に示した固体撮像素子1と異なるところは、読み出しゲートおよびチャネルストップの幅と、遮光膜の張り出し部の張り出し幅についてである。
【0020】
すなわち、本実施形態例の固体撮像素子30では、図2(a)、(b)に示すように読み出しゲート31およびチャネルストップ32については、その幅W7 、W8 が、従来と異なり読み出しゲート31の幅W7 がチャネルストップ32の幅W8 より狭く形成されている。また、Al等からなる遮光膜33における読み出しゲート31側の張り出し部33bの張り出し幅W9 は、チャネルストップ32側の張り出し部33bの張り出し幅W10より広く形成されている。
【0021】
したがって、このような構成により固体撮像素子30は、遮光膜33の張り出し部33b、33b間に形成された開口部34(図2(b)参照)の周縁から垂直転送レジスタ7までの距離が、読み出しゲート31側とチャネルストップ32側とで大きく異なることなくほぼ同一になる。すなわち、W7 <W8 、W9 >W10としたことにより、W7 +W9 ≒W8 +W10となるのである。なお、読み出しゲート31側における転送電極10の側面と遮光膜33の内側面との間の距離、およびチャネルストップ32における転送電極10の側面と遮光膜33の内側面との間の距離については、図2(a)に示すようにいずれも絶縁膜11の厚さに相当していることから、図1(a)に示した例と同様にこれらは同一とみなしている。
よって、本実施形態例の固体撮像素子30にあっても、開口部34周縁から垂直転送レジスタ7までの距離が、読み出しゲート31側とチャネルストップ32側とでほぼ同一になることから、読み出しゲート31側とチャネルストップ32側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体のスミア特性を向上させることができる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子は、読み出しゲート側とチャネルストップ側とで、その遮光膜の張り出し部間に形成された開口部の周縁から、それぞれの側の垂直転送レジスタまでの幅を、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一としたものであるから、読み出しゲート側とチャネルストップ側とでスミア特性のバランスを取ることができ、これにより素子全体でのスミア特性を改善して従来に比べスミア特性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の一実施形態例の概略構成を示す図であり、(a)は要部側断面図、(b)は(a)のB−B線矢視したときの平断面の部分図である。
【図2】本発明の固体撮像素子の他の実施形態例の概略構成を示す図であり、(a)は要部側断面図、(b)は(a)のB−B線矢視したときの平断面の部分図である。
【図3】従来の固体撮像素子の一例の概略構成を示す図であり、(a)は要部側断面図、(b)は(a)のB−B線矢視したときの平断面の部分図である。
【符号の説明】
2 シリコン基板(基体)
3 受光部
5、31 読み出しゲート
7 垂直転送レジスタ
8、32 チャネルストップ
10 転送電極
20、30 固体撮像素子
21、33 遮光膜
21b、33b 張り出し部
22、34 開口部
Claims (2)
- 基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、
該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、
該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、
前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、
前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、
該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなる固体撮像素子において、
前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より広く形成され、
前記遮光膜における、前記受光部の直上位置まで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より狭く形成されてなり、
前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一である
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 基体の表層部に配列された光電変換を行う受光部と、
該受光部の列方向に沿ってその一方の側に設けられた読み出しゲートと、
該受光部の列方向に沿ってその他方の側に設けられたチャネルストップと、
前記読み出しゲートおよびチャネルストップの、前記受光部と反対の側にそれぞれ設けられた垂直転送レジスタと、
前記基体上の、前記垂直転送レジスタおよびその側方に配設された前記読み出しゲートの略直上位置に設けられた転送電極と、
該転送電極の上にこれを覆い、かつ前記受光部の直上位置の少なくとも一部を開口した状態で設けられた遮光膜とを備えてなる固体撮像素子において、
前記読み出しゲートの幅が前記チャネルストップの幅より狭く形成され、
前記遮光膜における、前記受光部の直上位置まで延びて形成された張り出し部の読み出しゲート側の張り出し幅が、該張り出し部のチャネルストップ側の張り出し幅より広く形成されてなり、
前記読み出しゲート側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅と、前記チャネルストップ側における前記遮光膜の開口縁部から前記垂直転送レジスタまでの当該遮光膜の幅とが、スミア特性のバランスが取れる程度にほぼ同一である
ことを特徴とする固体撮像素子。
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