JPH04268764A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は受光部に蓄積された電荷
が転送レジスタによって順次転送されるＣＣＤ（電荷結
合素子）型の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ型の固体撮像装置では、信号電荷
の蓄積時間をシャッタ速度に対応した時間に設定するこ
とで、高速なシャッタが実現される。この高速シャッタ
を設定することで、ゴルフのスイングの如き動きの速い
ものもブレることなく撮影することができ、動解像度が
向上する。また、そのシャッタ機能を用いて、一定の期
間中に複数回のシャッタを切り、いわゆるマルチストロ
ボ画面効果をもった画像を得ることもできる。このよう
なマルチシャッター動作を行うために、例えばフレーム
インタライン転送（ＦＩＴ）型ＣＣＤでは、フィールド
期間中に受光部から信号電荷が複数回垂直レジスタに掃
き出され、その垂直レジスタに複数回分の信号電荷が蓄
積される。また、インターライン転送（ＩＴ）型ＣＣＤ
でも、受光部に隣接した蓄積部を設け、その蓄積部に何
回も信号電荷を読み出す技術があり、このような技術は
特開平２−５６１８２号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に、垂直レジスタや受光部にそれぞれ隣接した蓄積部に
信号電荷を単に蓄積する場合では、垂直レジスタや蓄積
部に流れ込む暗電流によって、白点等の雑音が発生して
画質が劣化する。そこで、本発明はマルチシャッター動
作時にも良好な画質の画像信号を得ることができる固体
撮像装置の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の目的の達成のため
、本発明の固体撮像装置は、受光部と、該受光部に蓄積
した電荷を一時的に蓄えておく蓄積部と、該蓄積部に蓄
えた電荷を読み出して順次転送する転送レジスタとを有
し、上記受光部及び上記蓄積部はそれぞれ表面領域に正
電荷蓄積層を有することを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明の固体撮像装置の蓄積部は受光部と転送
レジスタの間の信号電荷の転送経路中に設けられ、蓄積
部に信号電荷が一時的に蓄積され、高速シャッター動作
が可能となる。そして、受光部の表面領域に正電荷蓄積
層を形成する構造（いわゆるＨＡＤセンサー構造）に加
えて、その蓄積部の表面領域にも正電荷蓄積層を形成す
ることで当該蓄積部における暗電流を抑えることができ
、画質の劣化を防止することが可能となる。

【０００６】

【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。本実施例の固体撮像装置は、インターライン
転送型のＣＣＤイメージセンサーであり、図１に示す概
略的なレイアウトを有する。このＣＣＤイメージセンサ
ー１０は、シリコン基板が使用され、その基板表面に２
次元マトリクス状に複数の受光部１１が形成される。こ
れら受光部１１は後述する正電荷蓄積層を有したフォト
ダイオードの構造を有し、入射光に基づく光電変換によ
って信号電荷を発生させる。各受光部１１にはそれぞれ
１つの蓄積部１２が図中Ｈ方向に並んで隣接する。各蓄
積部１２は受光部１１からの信号電荷を一時的に蓄積す
る機能を有し、後述するように表面領域に正電荷蓄積層
を有する。

【０００７】各蓄積部１２の受光部１１と反対側には垂
直レジスタ１３が形成される。この垂直レジスタ１３は
、マトリクス状に配列された各受光部１１の垂直列毎に
それぞれ設けられ、図中Ｖ方向に並ぶ受光部１１が１つ
の垂直レジスタ１３に対応する。垂直レジスタ１３のＶ
方向の端部には、水平レジスタ１４が設けられており、
垂直レジスタ１３の電荷は水平レジスタ１４に転送され
、この水平レジスタ１４で１ライン毎の電荷の転送が行
われる。水平レジスタ１４の端部には出力部１５が設け
られ、その出力部１５から撮像した画像信号が出力され
る。

【０００８】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面に対応した
素子断面図である。ＣＣＤイメージセンサーはｎ型のシ
リコン基板２１を用いて形成される。このシリコン基板
２１には、２種類のｐ型のウェル領域２２，２３が形成
される。ｐ型のウェル領域２２は、ｐ型の不純物拡散領
域からなり、蓄積部１２と垂直レジスタ１３の領域に対
して形成されるウェル領域である。このウェル領域２２
によって基板からの拡散による電流成分を抑えることが
でき、垂直レジスタ１３の底部には、スミア低減用の第
２のウェル領域を付加することもできる。ｐ型のウェル
領域２３は、ｐ型の不純物拡散領域からなり、受光部１
１の領域に対して形成されるウェル領域である。このｐ
型のウェル領域２３は、基板に不要電荷を掃き出す場合
のオーバーフロードレイン障壁として機能し、所要の高
い基板電圧をシリコン基板２１に印加することで、当該
ウェル領域２３を越えて電子がシリコン基板２１に掃き
出される。

【０００９】次に、そのウェル領域２３内に形成される
フォトダイオードは、ｐ型のウェル領域２３の表面側に
形成されたｎ＋　型の不純物拡散領域２４と、そのｎ＋
　型の不純物拡散領域２４の表面領域に形成されたｐ＋
＋型の不純物拡散領域からなる正電荷蓄積層２５とを有
する。 ｎ＋　型の不純物拡散領域２４は、入射光が光電変換さ
れて発生する信号電荷を蓄積する領域である。正電荷蓄
積層２５は正孔を蓄積して暗電流を低減させるための領
域である。積層されたｎ＋　型の不純物拡散領域２４及
び正電荷蓄積層２５と、隣接する他の垂直列の垂直レジ
スタ１３との間の基板表面にはチャンネルストップ領域
２６が形成されている。正電荷蓄積層２５の上部は、絶
縁膜２８が形成され、さらにその絶縁膜２８上に積層さ
れた遮光膜であるアルミニューム膜２９は正電荷蓄積層
２５の上部で窓部２９を有する。従って、入射光は窓部
２９，絶縁膜２８及び正電荷蓄積層２５を介してｎ＋　
型の不純物拡散領域２４に到達し、そこで光電変換され
る。

【００１０】ｎ＋　型の不純物拡散領域２４のチャンネ
ルストップ領域２５が配されている側と反対側の基板表
面は、ウェル領域２２の一部が臨む。このウェル領域２
２の一部上には、絶縁膜２８を介してゲート電極２７が
形成される。このゲート電極２７は、受光部１１と蓄積
部１２の間の電荷の転送を制御するものであり、ゲート
電極２７に高電位を与えることで、ｎ＋　型の不純物拡
散領域２４に蓄積されている信号電荷が蓄積部１２に転
送される。

【００１１】このゲート電極２７を挟んでｎ＋　型の不
純物拡散領域２４には蓄積部１２を構成するｎ＋＋型の
不純物拡散領域３０とｐ＋＋型の不純物拡散領域からな
る正電荷蓄積層３１が積層された領域が対向する。ｎ＋
＋型の不純物拡散領域３０はｐ型のウェル領域２２との
間に形成される容量に、受光部１１からの信号電荷を一
時的に蓄積するための領域であり、マルチストロボ動作
させる場合では、１フィールド期間中に何度も受光部１
１からの電荷が転送される。蓄積部１２の正電荷蓄積層
３１は、暗電流を低減させるためにｎ＋＋型の不純物拡
散領域３０の表面側に形成された層であり、このような
正電荷蓄積層３１を形成することで白点を抑えて画質を
向上させることができる。

【００１２】このような蓄積部１２のゲート電極２７の
反対側の基板表面部分のｐ型のウェル領域２２は、読み
出しゲートが臨む読み出しゲート部３２とされる。すな
わち、ｎ＋＋型の不純物拡散領域３０に蓄積されている
電荷は読み出しゲート部３２を介して垂直レジスタ１３
に転送される。読み出しゲート部３２を挟んで蓄積部１
２と反対側には、電荷を垂直方向（図面の面内方向に垂
直な方向）に転送するための垂直レジスタ１３の埋め込
みチャンネル層３４が設けられ、その埋め込みチャンネ
ル層３４上には、絶縁膜２８を介して転送電極３３が形
成される。この埋め込みチャンネル層３４は、ｎ＋　型
の不純物拡散領域からなり、転送電極３３に供給される
駆動信号に従って電荷が転送される。転送電極３３の一
部は上記読み出しゲート部３２上まで延在されており、
例えば転送電極３３に所要の３値レベルのパルス等を駆
動信号として供給することにより、蓄積部１２から垂直
レジスタ１３への電荷の読み出し及び垂直レジスタ１３
内の転送が行われる。

【００１３】図３は図２の断面に沿った受光部１１，蓄
積部１２及び垂直レジスタ１３の各ポテンシャルを示す
図である。蓄積部１２のポテンシャルと受光部のポテン
シャルの間には、ゲート電極２７に対応したポテンシャ
ル障壁があり、このポテンシャル障壁は該ゲート電極２
７のゲート電圧Φｓｔに制御される。蓄積部１２のポテ
ンシャルは受光部１１のポテンシャルよりも深く設定さ
れ、ゲート電極２７のゲート電圧Φｓｔを高レベルとす
ることで、受光部１１の電荷が蓄積部１２に流れ込む。 蓄積部１２のポテンシャルと垂直レジスタ１３のポテン
シャルの間には、読み出しゲート部３２に対応したポテ
ンシャル障壁が形成されており、読み出し時には、転送
電極３３の電位を大きく下げることで、図中破線で示す
ように、蓄積部１２から垂直レジスタ１３に対して信号
電荷が流入する。

【００１４】マルチストロボ動作を行う場合、フィール
ド期間内に何度も電荷が受光部１１から蓄積部１２に対
して転送される。すなわち、ゲート電極２７のゲート電
圧Φｓｔが或るフイールド期間内に複数回高レベルとさ
れる。そして、蓄積部１２は前述のように、ｎ＋＋型の
不純物拡散領域３０の表面側に正電荷蓄積層３１を有す
る構造とされているため、暗電流が抑制され、出力され
る画像信号の画質が改善されることになる。

【００１５】図４はマルチストロボ動作を行う場合の各
信号の波形図であり、信号ＦＬＤ（ａ）の低レベルの期
間が垂直ブランキング期間ＢＬＫである。信号ΦＶ（ｅ
）は、垂直レジスタ１３の垂直方向への電荷の転送を図
るための信号であり、１水平周期で１ビットずつ電荷が
水平レジスタに対して転送される。信号Ｘｓｕｂ（ｂ）
は基板への不要電荷の掃き出し用のパルスを示すもので
あり、水平ブランキング期間中に基板２１に印加される
パルスにより受光部１１のｎ＋　型の不純物拡散領域２
４に蓄積された不要電荷がシリコン基板２１に掃き出さ
れる。信号Φｓｔ（ｃ）は前記ゲート電極２７に供給さ
れるゲート電圧であり、この信号Φｓｔが高レベルとな
ったタイミングで受光部１１から蓄積部１２への電荷の
転送が行われる。また、信号ＲＯＧ（ｄ）は読み出しゲ
ート部３２における電荷の転送を制御するための信号で
あり、その信号ＲＯＧが高レベルとなった時、蓄積部１
２から垂直レジスタ１３への電荷の転送が行われる。こ
の蓄積部１２から垂直レジスタ１３への電荷の転送は、
１フィールドに一回垂直ブランキング期間ＢＬＫ中に行
われる。

【００１６】マルチストロボ動作は、１フィールド期間
中に、信号Φｓｔのパルスが複数回発生することで行わ
れる。まず、高速シャッタ作動時では、信号信号Ｘｓｕ
ｂのパルスが連続的に発生し、そのパルスが一時的に停
止して、受光部１１は信号電荷の蓄積期間すなわちシャ
ッター開放期間となる。この蓄積期間は、１フィールド
期間中に複数回発生し、図示の例では、二回の蓄積期間
ｔ１，ｔ２　を示す。そして、これら蓄積期間ｔ１，ｔ
２　の終端時には、信号ΦｓｔのパルスＳＭ，ＳＭ　が
それぞれ発生して、受光部１１の電荷が蓄積部１２にそ
れぞれ転送される。そして、該フィールド期間の終了時
において、信号ＲＯＧにパルスＴ０　が発生し、このパ
ルスＴ０　のタイミングで複数回分の電荷が転送された
蓄積部１２から垂直レジスタ１３への電荷の転送が行わ
れる。

【００１７】この時に垂直レジスタ１３に転送される電
荷は、蓄積部１２において暗電流が抑えられているため
、ノイズの少ない良質なものであり、従って、本実施例
のＣＣＤイメージセンサーは、優れたマルチストロボ効
果を持った画像を出力することができる。

【００１８】本実施例のＣＣＤイメージセンサーは、垂
直レジスタ１３と蓄積部１２と受光部１１が直線上に配
される構造としたが、この平面レイアウトに限定されず
、例えばＬ字状に配されるような構造でも良い。また、
本実施例では、不要電荷の掃き出しをシリコン基板２１
に行うものとしているが、受光部の側部にオーバーフロ
ードレイン領域を形成しても良く、また蓄積部１２から
基板への掃き出しを行うようにすることもできる。 また、蓄積部１２を有しているため、任意のタイミング
でシャッター動作を作動させるように制御することも可
能であり、インターライン転送のみならずフレームイン
ターライン転送構造とすることも可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、上述のように
、受光部のみならず蓄積部の表面領域にも正電荷蓄積層
を有している。このため蓄積部における暗電流を低減さ
せることができ、マルチストロボ動作させた場合でも、
白点の発生を抑えて良質な画質の画像信号を出力できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の一例の平面レイアウト
を概略的に示すブロック図

【図２】本発明の固体撮像装置の一例の受光部から垂直
レジスタにかけての断面を示す素子断面図

【図３】図２
の断面に対応した受光部から垂直レジスタにかけてのポ
テンシャルエネルギーの状態を示すポテンシャル図

【図４】本発明の固体撮像装置の一例の或るフィールド
期間におけるマルチストロボ動作を説明するための波形
図

【符号の説明】

１１…受光部 １２…蓄積部 １３…垂直レジスタ １４…水平レジスタ ２１…シリコン基板 ２２，２３…ウェル領域 ２４…ｎ＋　型の不純物拡散領域 ２５，３１…正電荷蓄積層 ２７…ゲート電極 ３０…ｎ＋＋型の不純物拡散領域 ３３…転送電極 ３４…埋め込みチャンネル層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受光部と、該受光部に蓄積した電荷を
   一時的に蓄えておく蓄積部と、該蓄積部に蓄えた電荷を
   読み出して順次転送する転送レジスタとを有する固体撮
   像装置において、上記受光部及び上記蓄積部はそれぞれ
   表面領域に正電荷蓄積層を有することを特徴とする固体
   撮像装置。