JPH05291554A - Solid-state image sensing element - Google Patents

Solid-state image sensing element

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Publication number
JPH05291554A
JPH05291554A JP4093023A JP9302392A JPH05291554A JP H05291554 A JPH05291554 A JP H05291554A JP 4093023 A JP4093023 A JP 4093023A JP 9302392 A JP9302392 A JP 9302392A JP H05291554 A JPH05291554 A JP H05291554A
Authority
JP
Japan
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pixel
region
pixel region
sensor
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP4093023A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhide Fujikawa
一秀 藤川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH05291554A publication Critical patent/JPH05291554A/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To promote high density of a pixel by eliminating deviation in each black level between an effective pixel region and an ineffective pixel region and by stabilizing the black level in a dark state and during image sensing of high illuminance subject. CONSTITUTION:Each pixel of an ineffective pixel region for detecting optical black is constituted as follows. A sensor part opening 27 is provided on a sensor part 13. A first P-type well region is not provided for over-flow barrier formation formed in adjacent to the sensor part 13 of each pixel in an effective pixel region for image sensing. That is, the N-type sensor part 13 is formed directly on the N-type silicon substrate 11.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に関し、
特に被写体の光情報を検出する有効画素領域と、光学的
黒を検出する無効画素領域とを有するCCDリニアセン
サやCCDイメージセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image sensor,
In particular, the present invention relates to a CCD linear sensor or a CCD image sensor having an effective pixel area for detecting light information of an object and an invalid pixel area for detecting optical black.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、CCDリニアセンサやCCDイ
メージセンサは、被写体の光情報を検出する有効画素領
域と、光学的黒を検出する無効画素領域とを有する。無
効画素領域は、通常有効画素領域の左右両端及び上下端
に設けられる。
2. Description of the Related Art Generally, a CCD linear sensor or a CCD image sensor has an effective pixel area for detecting optical information of a subject and an invalid pixel area for detecting optical black. The invalid pixel areas are usually provided at the left and right ends and the upper and lower ends of the effective pixel area.

【0003】従来の有効画素領域及び無効画素領域にお
ける各画素の構成をCCDイメージセンサ(縦型オーバ
ーフロータイプ)に基いて説明すると、まず、有効画素
領域における画素の構成は、図9Aに示すように、N型
シリコン基板41上の第1のP型ウェル領域42内にN
型のセンサ部43と垂直レジスタ44並びにP型のチャ
ネルストッパ領域45が形成されている。
The structure of each pixel in the conventional effective pixel area and ineffective pixel area will be described based on a CCD image sensor (vertical overflow type). First, the pixel structure in the effective pixel area is as shown in FIG. 9A. , N in the first P-type well region 42 on the N-type silicon substrate 41.
A mold sensor portion 43, a vertical register 44, and a P-type channel stopper region 45 are formed.

【0004】そして、センサ部43表面にP型の正電荷
蓄積領域46が、垂直レジスタ44直下に第2のP型ウ
ェル領域47が夫々形成され、更に、垂直レジスタ44
上にゲート絶縁膜48を介して多結晶シリコン層による
転送電極49が選択的に形成され、この転送電極49上
に層間絶縁膜50を介してAl遮光膜51が形成され、
このAl遮光膜51を含む全面に例えばプラズマSiN
膜による表面保護層52が形成されて有効画素領域にお
ける1つの画素が構成されている。尚、センサ部43と
垂直レジスタ44間に形成されたP型領域53は、読出
しゲートである。
A P-type positive charge storage region 46 is formed on the surface of the sensor portion 43, and a second P-type well region 47 is formed immediately below the vertical register 44. Further, the vertical register 44 is formed.
A transfer electrode 49 made of a polycrystalline silicon layer is selectively formed on the transfer electrode 49 via a gate insulating film 48, and an Al light shielding film 51 is formed on the transfer electrode 49 via an interlayer insulating film 50.
For example, plasma SiN is formed on the entire surface including the Al light shielding film 51.
The surface protective layer 52 made of a film is formed to form one pixel in the effective pixel area. The P-type region 53 formed between the sensor unit 43 and the vertical register 44 is a read gate.

【0005】また、上記Al遮光層51は、センサ部4
3上において選択的にエッチング除去されており、光L
は、このエッチング除去によって形成されたセンサ部開
口54を通じてセンサ部43内に入射されるようになっ
ている。
Further, the Al light shielding layer 51 is provided in the sensor portion 4
3 has been selectively removed by etching, and the light L
Is incident on the sensor section 43 through the sensor section opening 54 formed by this etching removal.

【0006】一方、無効画素領域における各画素の構成
は、図10Aに示すように、センサ部43上に光入射の
ためのセンサ部開口54を設けない点を除けば、図9A
で示す有効画素領域における画素の構成と同じである。
この図10Aにおいて、図9Aと対応するものについて
同符号を記す。
On the other hand, the configuration of each pixel in the invalid pixel region is as shown in FIG. 10A, except that the sensor section opening 54 for light incidence is not provided on the sensor section 43, as shown in FIG. 9A.
This is the same as the pixel configuration in the effective pixel area indicated by.
In FIG. 10A, the same symbols are given to those corresponding to FIG. 9A.

【0007】従って、有効画素領域及び無効画素領域に
おける縦方向のポテンシャル分布は、図9B及び図10
Bに示すように、センサ部43に隣接して第1のP型ウ
ェル領域42によるオーバーフローバリアOFBが形成
された形となっている。
Therefore, the potential distributions in the vertical direction in the effective pixel region and the invalid pixel region are shown in FIGS. 9B and 10.
As shown in B, the overflow barrier OFB by the first P-type well region 42 is formed adjacent to the sensor portion 43.

【0008】次に、横型オーバーフロータイプのCCD
イメージセンサにおける有効画素領域及び無効画素領域
の各画素の構成は、図11A及び図12Aに示すよう
に、P型のシリコン基板61上に形成されたN型のセン
サ部43の横方向に、オーバーフローコントロール用の
P型のゲート領域62を介してN型のオーバーフロード
レイン領域63が形成され、有効画素領域の各画素には
センサ部43上に光入射のためのセンサ部開口54が形
成され、無効画素領域の各画素にはセンサ部43上にA
l遮光膜51が形成されて光Lのセンサ部43への入射
が遮蔽されている。尚、図11A及び図12Aにおい
て、図9Aと対応するものについては同符号を記す。
Next, a horizontal overflow type CCD
As shown in FIGS. 11A and 12A, the configuration of each pixel in the effective pixel region and the invalid pixel region in the image sensor overflows in the lateral direction of the N-type sensor unit 43 formed on the P-type silicon substrate 61. An N-type overflow drain region 63 is formed via a control P-type gate region 62, and a sensor section opening 54 for light incidence on the sensor section 43 is formed in each pixel of the effective pixel area. Each pixel in the pixel area has an A on the sensor unit 43.
The 1 light-shielding film 51 is formed to block the light L from entering the sensor unit 43. Note that, in FIGS. 11A and 12A, the same symbols are given to those corresponding to FIG. 9A.

【0009】従って、有効画素領域及び無効画素領域に
おける横方向の静電ポテンシャル分布は、図11B及び
図12Bに示すように、センサ部43に隣接してP型の
ゲート領域62によるオーバーフローバリアOFBが形
成された形となっている。
Therefore, as shown in FIGS. 11B and 12B, the electrostatic potential distribution in the horizontal direction in the effective pixel region and the invalid pixel region is such that the overflow barrier OFB due to the P-type gate region 62 is adjacent to the sensor unit 43. It has a formed shape.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記CCD
イメージセンサの製造過程において、水素アニールが行
われる。この水素アニールは、垂直レジスタ44及びセ
ンサ部43の界面準位を低減させて、暗電流を実用レベ
ルまで低減させるために行う。この水素アニール処理に
よる界面準位の低減等の効果を一般に水素アニール効果
と称している。
By the way, the above-mentioned CCD
Hydrogen annealing is performed in the process of manufacturing the image sensor. This hydrogen anneal is performed in order to reduce the interface state between the vertical register 44 and the sensor unit 43 and reduce the dark current to a practical level. The effect of reducing the interface state by this hydrogen annealing treatment is generally called the hydrogen annealing effect.

【0011】特に、有効画素領域においては、表面保護
層(プラズマSiN膜)52からシリコン基板41(又
は61)側に多量の水素イオンが容易に拡散するため、
暗電流レベルが十分に低減される。しかし、無効画素領
域においては、センサ部43上にAl遮光膜51が積層
されているため、表面保護層52からの水素拡散が容易
に行われなくなり、暗電流レベルは、有効画素領域ほど
低減されない。
Particularly, in the effective pixel region, a large amount of hydrogen ions easily diffuse from the surface protective layer (plasma SiN film) 52 to the silicon substrate 41 (or 61) side.
The dark current level is sufficiently reduced. However, in the invalid pixel area, the Al light shielding film 51 is laminated on the sensor portion 43, so that hydrogen diffusion from the surface protection layer 52 is not easily performed, and the dark current level is not reduced as much as the effective pixel area. ..

【0012】このようなことから、有効画素領域と無効
画素領域とで黒レベルにずれが生じる。後段での信号処
理においては、無効画素領域における黒レベルを基準に
信号処理を行うため、実際の再生画像において黒が白側
に浮き、階調精度が粗くなるという問題があった。
As a result, a black level shift occurs between the effective pixel area and the invalid pixel area. In the signal processing in the subsequent stage, since the signal processing is performed with the black level in the invalid pixel region as a reference, there is a problem in that black floats on the white side in the actual reproduced image and the gradation accuracy becomes rough.

【0013】また、無効画素領域に強い光Lが当たった
場合、光LがAl遮光膜51を透過して、下層のセンサ
部43に到達し、その結果、センサ部43にて電荷eが
発生してしまい、しかもセンサ部43に隣接してオーバ
ーフローバリアOFBが存在するため、その発生した電
荷eがセンサ部43に蓄積されるという不都合がある。
なぜなら、読出し期間において、その蓄積された電荷e
がそのまま垂直レジスタ44に読み出されてしまい、結
果的に黒レベルがずれてしまうという問題があるからで
ある。この対策としては、Al遮光膜51の膜厚を厚く
する方法が考えられるが、最近の画素の高密度化に対応
できないという不都合がある。
When the strong light L hits the invalid pixel area, the light L passes through the Al light-shielding film 51 and reaches the lower sensor section 43, and as a result, the electric charge e is generated in the sensor section 43. In addition, since the overflow barrier OFB exists adjacent to the sensor unit 43, the generated electric charge e is accumulated in the sensor unit 43.
Because, during the read period, the accumulated charge e
Is read out to the vertical register 44 as it is, and as a result, the black level is deviated. As a countermeasure against this, a method of increasing the film thickness of the Al light shielding film 51 can be considered, but there is a disadvantage that it cannot cope with the recent high density of pixels.

【0014】即ち、画素の高密度化によってセンサ部開
口54の幅が狭くなってきており、このような状況にお
いて、Al遮光膜51を厚くすると、センサ部開口54
のアスペクト比が大きくなり、それに伴って、センサ部
43の実効開口率が小さくなり、低照度時における信号
電荷のゆらぎによる雑音(ショット雑音)と暗時雑音の
影響が大きくなるという不都合がある。
That is, the width of the sensor section opening 54 is becoming narrower due to the higher density of pixels. In such a situation, if the Al light shielding film 51 is made thick, the sensor section opening 54 is made thicker.
Has a disadvantage that the effective aperture ratio of the sensor unit 43 becomes smaller and the noise (shot noise) due to the fluctuation of the signal charge at the time of low illuminance and the dark noise become larger.

【0015】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、有効画素領域と無効
画素領域間において各黒レベルにずれがなく、暗状態及
び高輝度被写体撮像時の黒レベルの安定化を図ることが
でき、しかも画素の高密度化を促進させることができる
固体撮像素子を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to capture a dark state and a high-luminance object without any deviation in black level between the effective pixel area and the invalid pixel area. An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor which can stabilize the black level at the time and can promote high density of pixels.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、光電変換領域13と該光電変換領域13上に光入射
のための開口27が形成され、上記光電変換領域13に
隣接してポテンシャル上の障壁OFBを有する撮像用の
画素が多数配列された有効画素領域1と、光電変換領域
13と該光電変換領域13上に光入射のための開口27
が形成され、上記光電変換領域13の隣にポテンシャル
上の障壁OFBがない光学的黒検出用の画素が多数配列
された無効画素領域2とを設けて構成する。
In the solid-state imaging device of the present invention, a photoelectric conversion region 13 and an opening 27 for light incidence are formed on the photoelectric conversion region 13 and the potential is adjacent to the photoelectric conversion region 13. An effective pixel region 1 in which a large number of imaging pixels having the upper barrier OFB are arranged, a photoelectric conversion region 13, and an opening 27 for light incidence on the photoelectric conversion region 13.
And the ineffective pixel region 2 in which a large number of pixels for optical black detection without the barrier OFB on the potential are arranged next to the photoelectric conversion region 13.

【0017】[0017]

【作用】上述の本発明の構成によれば、無効画素領域2
を構成する各画素に光入射のための開口27を設けるよ
うにしたので、製造過程における水素アニール処理時、
無効画素領域2の各画素への水素拡散が有効画素領域1
と同様に行われ、暗電流レベルを有効画素領域1と同程
度に低減させることができる。また、光電変換領域13
の隣にポテンシャル上の障壁OFBを設けないようにし
たので、入射光Lによって発生した電荷eを全て掃き捨
てることができる。
According to the above-described configuration of the present invention, the invalid pixel region 2
Since the opening 27 for light incidence is provided in each pixel constituting the above, during the hydrogen annealing treatment in the manufacturing process,
Hydrogen diffusion to each pixel in the invalid pixel area 2 is effective pixel area 1
The dark current level can be reduced to the same level as that of the effective pixel region 1. In addition, the photoelectric conversion region 13
Since the barrier OFB on the potential is not provided adjacent to, the electric charge e generated by the incident light L can be completely swept away.

【0018】このようなことから、有効画素領域1と無
効画素領域2間において各黒レベルにずれを生じさせる
ことがなく、暗状態及び高輝度被写体撮像時の黒レベル
の安定化を図ることができる。
From the above, it is possible to stabilize the black level in the dark state and at the time of photographing a high-luminance object without causing a deviation in each black level between the effective pixel area 1 and the invalid pixel area 2. it can.

【0019】また、入射光Lによって発生した電荷eを
全て掃き捨てることができるため、各画素に形成される
遮光膜25の膜厚を薄くすることができ、画素の微細化
設計に伴う実効開口率の低下を防ぐことができる。この
ことは、画素の高密度化を促進できることにつながり、
再生画像の高解像度を実現させることができる。
Further, since all the electric charges e generated by the incident light L can be swept away, the film thickness of the light shielding film 25 formed in each pixel can be made thin, and the effective aperture according to the miniaturization design of the pixel can be achieved. It is possible to prevent the rate from decreasing. This leads to promotion of higher pixel density,
High resolution of the reproduced image can be realized.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図1〜図8を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図1は、本実施例に係るCCDイメー
ジセンサの総画素イメージエリアを示す平面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a total pixel image area of a CCD image sensor according to this embodiment.

【0021】このCCDイメージセンサは、図示するよ
うに、被写体の光情報を検出する有効画素領域1と、光
学的黒を検出する無効画素領域2とを有する。図示の例
では、無効画素領域2が有効画素領域1の左右両端及び
上下端に設けられた例を示している。
As shown in the figure, this CCD image sensor has an effective pixel area 1 for detecting light information of an object and an ineffective pixel area 2 for detecting optical black. The illustrated example shows an example in which the invalid pixel regions 2 are provided at the left and right ends and the upper and lower ends of the effective pixel region 1.

【0022】次に、上記有効画素領域1及び無効画素領
域2における各画素の構成を縦型オーバーフロータイプ
(第1実施例)と横型オーバーフロータイプ(第2実施
例)に分けて夫々説明する。
Next, the structure of each pixel in the effective pixel region 1 and the invalid pixel region 2 will be described separately for the vertical overflow type (first embodiment) and the horizontal overflow type (second embodiment).

【0023】第1実施例に係るCCDイメージセンサの
有効画素領域1における各画素の構成は、図2Aに示す
ように、N型シリコン基板11上の第1のP型ウェル領
域12内にN型のセンサ部13と垂直レジスタ14並び
にP型のチャンネル・ストッパ領域15が形成されてい
る。また、センサ部13表面にP型の正電荷蓄積領域1
6が形成され、垂直レジスタ14直下には第2のP型ウ
ェル領域17が形成されている。尚、センサ部13と垂
直レジスタ14間に形成されたP型領域18は読出しゲ
ートである。
As shown in FIG. 2A, the configuration of each pixel in the effective pixel region 1 of the CCD image sensor according to the first embodiment is such that the N-type is formed in the first P-type well region 12 on the N-type silicon substrate 11. The sensor section 13, the vertical register 14 and the P-type channel stopper region 15 are formed. Further, the P-type positive charge accumulation region 1 is formed on the surface of the sensor unit 13.
6 is formed, and the second P-type well region 17 is formed immediately below the vertical register 14. The P-type region 18 formed between the sensor unit 13 and the vertical register 14 is a read gate.

【0024】そして、全面にSiO2 による酸化膜19
が形成され、更に垂直レジスタ14、チャネルストッパ
領域15及び読出しゲート18上には、上記酸化膜19
を介してSi3 4 膜20及びSiO2 膜21が順次積
層される。この垂直レジスタ14、チャネルストッパ領
域15及び読出しゲート18上の酸化膜19、Si3
4 膜20及びSiO2 膜21は3層構造のゲート絶縁膜
22を構成する。
Then, an oxide film 19 of SiO 2 is formed on the entire surface.
And the oxide film 19 is formed on the vertical register 14, the channel stopper region 15 and the read gate 18.
The Si 3 N 4 film 20 and the SiO 2 film 21 are sequentially laminated via the. The vertical register 14, the channel stopper region 15, and the oxide film 19 on the read gate 18, Si 3 N
The four film 20 and the SiO 2 film 21 form a gate insulating film 22 having a three-layer structure.

【0025】そして、このゲート絶縁膜22上に、多結
晶シリコン層による転送電極23が選択的に形成され、
この転送電極23上に層間絶縁膜24を介してAl遮光
膜25が形成され、このAl遮光膜25を含む全面に例
えばプラズマSiN膜による表面保護層26が形成され
て有効画素領域1における画素が構成されている。
Then, a transfer electrode 23 of a polycrystalline silicon layer is selectively formed on the gate insulating film 22,
An Al light-shielding film 25 is formed on the transfer electrode 23 via an interlayer insulating film 24, and a surface protection layer 26 made of, for example, a plasma SiN film is formed on the entire surface including the Al light-shielding film 25, so that pixels in the effective pixel region 1 are It is configured.

【0026】上記Al遮光膜25は、センサ部13上に
おいて選択的にエッチング除去されており、光Lは、こ
のエッチング除去によって形成されたセンサ部開口27
を通じてセンサ部13内に入射されるようになってい
る。
The Al light-shielding film 25 is selectively etched and removed on the sensor portion 13, and the light L is opened by the sensor portion opening 27 formed by this etching and removal.
The light is incident on the inside of the sensor unit 13 through.

【0027】この有効画素領域1における各画素の縦方
向のポテンシャル分布は、図2Bに示すように、センサ
部13に隣接して第1のP型ウェル領域12によるオー
バーフローバリアOFBが形成された形となっている。
The vertical potential distribution of each pixel in the effective pixel region 1 is such that an overflow barrier OFB formed by the first P-type well region 12 is formed adjacent to the sensor portion 13 as shown in FIG. 2B. Has become.

【0028】従って、センサ部開口27を通して入射さ
れた光Lが、センサ部13と正電荷蓄積領域16とのp
n接合面及びセンサ部13と第1のP型ウェル領域12
とのpn接合面にて光電変換されて光量に応じた電子−
正孔対が発生し、発生した電子−正孔対のうち、正孔
は、正電荷蓄積領域16及び第1のP型ウェル領域12
を介してシリコン基板11側に抜け、電子eは、センサ
部13に形成されたポテンシャル井戸Pに蓄積されるこ
とになる。電子eの蓄積量が垂直レジスタ14の最大取
扱い電荷量を越えた場合、その越えた分の電子eは、第
1のP型ウェル領域12によるオーバーフローバリアO
FBを越えてシリコン基板11側に掃き捨てられる。
Therefore, the light L that has entered through the sensor opening 27 is p between the sensor 13 and the positive charge accumulation region 16.
n-junction surface and sensor portion 13 and first P-type well region 12
Electrons that are photoelectrically converted at the pn junction surface with
Hole pairs are generated, and among the generated electron-hole pairs, holes are positive charge accumulation region 16 and first P-type well region 12.
The electrons e pass through to the silicon substrate 11 side and are accumulated in the potential well P formed in the sensor unit 13. When the accumulated amount of electrons e exceeds the maximum handled charge amount of the vertical register 14, the excess electrons e are overflow barrier O due to the first P-type well region 12.
It is swept to the silicon substrate 11 side beyond the FB.

【0029】一方、無効画素領域2における各画素の構
成は、図3Aに示すように、第1のP型ウェル領域12
を設けない点を除けば、図2Aで示す有効画素領域1に
おける画素の構成と同じである。この図3Aにおいて、
図2Aと対応するものについて同符号を記す。このこと
から、無効画素領域2における各画素にも有効画素領域
1の場合と同様に光入射のためのセンサ部開口27が設
けられる。
On the other hand, the configuration of each pixel in the invalid pixel region 2 is as shown in FIG.
The configuration is the same as that of the pixel in the effective pixel region 1 shown in FIG. 2A, except that is not provided. In this FIG. 3A,
The same reference numerals are given to those corresponding to FIG. 2A. Therefore, each pixel in the invalid pixel area 2 is also provided with the sensor opening 27 for light incidence as in the case of the effective pixel area 1.

【0030】この無効画素領域2における各画素の縦方
向のポテンシャル分布は、図3Bに示すように、センサ
部13の隣にオーバーフローバリアOFB(図2B参
照)は形成されず、シリコン基板11に向かって下り傾
斜の分布となる。従って、センサ部開口27を通して入
射された光Lによって、センサ部13に電荷eが発生し
たとしても、その発生した電荷eはそのままシリコン基
板11側に抜けることになる。
As shown in FIG. 3B, the vertical potential distribution of each pixel in the invalid pixel region 2 does not have the overflow barrier OFB (see FIG. 2B) formed next to the sensor portion 13 and faces the silicon substrate 11. And the distribution becomes a downward slope. Therefore, even if the electric charge e is generated in the sensor unit 13 by the light L incident through the sensor unit opening 27, the generated electric charge e is directly discharged to the silicon substrate 11 side.

【0031】このことから、この無効画素領域2におけ
る各画素に光Lが入射しても、その光Lに応じた信号電
荷eは蓄積されず、安定した黒レベルを得ることができ
る。このことは、入射光量の大小に関係なく黒レベルの
安定化が図れることにつながる。
Therefore, even if the light L is incident on each pixel in the invalid pixel region 2, the signal charge e corresponding to the light L is not accumulated and a stable black level can be obtained. This leads to stabilization of the black level regardless of the amount of incident light.

【0032】上述のように、上記第1実施例によれば、
無効画素領域2を構成する各画素に光入射のためのセン
サ部開口27を設けるようにしたので、製造過程におけ
る水素アニール処理時、無効画素領域2の各画素への水
素拡散が有効画素領域1と同様に行われ、暗電流レベル
を有効画素領域1と同程度に低減させることができる。
As described above, according to the first embodiment,
Since the sensor portion opening 27 for light incidence is provided in each pixel forming the invalid pixel region 2, hydrogen diffusion to each pixel of the invalid pixel region 2 is effective pixel region 1 during hydrogen annealing in the manufacturing process. The dark current level can be reduced to the same level as that of the effective pixel region 1.

【0033】また、無効画素領域2の各画素に第1のP
型ウェル領域12を設けないようにして、センサ部13
の隣にオーバーフローバリアOFBを設けないようにし
たので、入射光Lによって発生した電荷eを全て基板1
1側に掃き捨てることができる。このようなことから、
有効画素領域1と無効画素領域2間において各黒レベル
にずれを生じさせることがなく、暗状態及び高輝度被写
体撮像時の黒レベルの安定化を図ることができる。
In addition, each pixel in the invalid pixel area 2 has a first P
The sensor portion 13 is formed without providing the mold well region 12.
Since the overflow barrier OFB is not provided next to the substrate 1, all the charges e generated by the incident light L are transferred to the substrate 1.
Can be swept to the 1 side. From such a thing,
It is possible to stabilize the black level between the effective pixel area 1 and the ineffective pixel area 2 without causing a deviation in each black level, and in a dark state and when capturing a high-luminance object.

【0034】また、上述のように、入射光Lによって発
生した電荷eを全て基板11側に掃き捨てることができ
るため、各画素に形成されるAl遮光膜25の膜厚を薄
くすることができ、画素の微細化設計に伴う実効開口率
の低下を防ぐことができる。このことは、画素の高密度
化を促進できることにつながり、再生画像の高解像度を
実現させることができる。
Further, as described above, since all the electric charges e generated by the incident light L can be swept away to the substrate 11 side, the Al light shielding film 25 formed in each pixel can be thinned. It is possible to prevent a reduction in the effective aperture ratio due to the pixel miniaturization design. This leads to promotion of high density of pixels, and high resolution of reproduced image can be realized.

【0035】次に、上記第1実施例のいくつかの変形例
を図4〜図6に基いて説明する。これらの変形例におい
ては、有効画素領域1における各画素の構成は、上記第
1実施例と変わるところがないため、その説明を省略
し、もっぱら無効画素領域2における各画素の構成につ
いて説明する。
Next, some modifications of the first embodiment will be described with reference to FIGS. In these modified examples, the configuration of each pixel in the effective pixel region 1 is the same as that in the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted, and the configuration of each pixel in the invalid pixel region 2 will be described exclusively.

【0036】図4A及びBは、第1の変形例を示すもの
で、上記第1実施例の構成とほぼ同じ構成を有するが、
垂直レジスタ14下に第1のP型ウェル領域12を形成
することで異なる。この第1の変形例によれば、上記第
1実施例による効果が得られるほか、スミアの低減をも
図ることができる。
FIGS. 4A and 4B show a first modification, which has substantially the same structure as that of the first embodiment,
The difference is that the first P-type well region 12 is formed under the vertical register 14. According to the first modification, the effect of the first embodiment can be obtained, and the smear can be reduced.

【0037】図5A及びBは、第2の変形例を示すもの
で、上記第1実施例の構成とほぼ同じ構成を有するが、
N型のセンサ部13を形成しない点で異なる。この第2
の変形例によれば、上記第1実施例による効果が得られ
るほか、センサ部13を形成しないことから縦方向の電
界が弱くなり、結果的にブレイクダウンを抑制すること
ができる。
5A and 5B show a second modification, which has substantially the same structure as that of the first embodiment,
The difference is that the N-type sensor unit 13 is not formed. This second
According to this modified example, in addition to the effect of the first embodiment, the electric field in the vertical direction becomes weak because the sensor unit 13 is not formed, and as a result, breakdown can be suppressed.

【0038】図6A及びBは、第3の変形例を示すもの
で、上記第1の変形例と第2の変形例の組合せによる構
造を有する。即ち、垂直レジスタ14下に第1のP型ウ
ェル領域12が形成され、N型のセンサ部13を有しな
い構造となっている。この第3の変形例によれば、上記
第1実施例による効果が得られるほか、上記第1の変形
例の効果(スミアの低減)と第2の変形例の効果(ブレ
イクダウン抑制)を得ることができる。
FIGS. 6A and 6B show a third modified example, which has a structure obtained by combining the first modified example and the second modified example. That is, the first P-type well region 12 is formed under the vertical register 14, and the N-type sensor portion 13 is not provided. According to the third modified example, in addition to the effect of the first example, the effect of the first modified example (reduction of smear) and the effect of the second modified example (suppression of breakdown) are obtained. be able to.

【0039】次に、横型オーバーフロータイプに適用し
た第2実施例の特に無効画素領域2における各画素の構
成について図7及び図8を参照しながら説明する。尚、
図1と対応するものについては同符号を記す。
Next, the configuration of each pixel, particularly in the invalid pixel area 2 of the second embodiment applied to the horizontal overflow type will be described with reference to FIGS. 7 and 8. still,
Components corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0040】この第2実施例に係る無効画素領域2にお
ける各画素の構成は、図7Aに示すように、P型のシリ
コン基板31上に形成されたN型のセンサ部13の横方
向に、オーバーフローコントロール用のP型のゲート領
域(図12の符号62参照)を形成せずに直接N型のオ
ーバーフロードレイン領域32が形成されて構成されて
いる。また、センサ部13上には、光入射のためのセン
サ部開口27が形成されている。
As shown in FIG. 7A, the configuration of each pixel in the invalid pixel region 2 according to the second embodiment is as shown in FIG. 7A, in the lateral direction of the N type sensor portion 13 formed on the P type silicon substrate 31. An N-type overflow drain region 32 is directly formed without forming a P-type gate region (see reference numeral 62 in FIG. 12) for overflow control. Further, a sensor portion opening 27 for light incidence is formed on the sensor portion 13.

【0041】この無効画素領域2における各画素の横方
向のポテンシャル分布は、図7Bに示すように、センサ
部13の隣にオーバーフローバリアOFB(二点鎖線で
示す)は形成されず、直接オーバーフロードレイン領域
32によるポテンシャル井戸DPが形成された形となっ
ている。従って、センサ部開口27を通して入射された
光Lによって、センサ部13に電荷eが発生したとして
も、その発生した電荷eはそのままポテンシャル井戸D
Pに抜けることになる。
As shown in FIG. 7B, the horizontal potential distribution of each pixel in the invalid pixel region 2 is such that the overflow barrier OFB (shown by a chain double-dashed line) is not formed next to the sensor portion 13 and the direct overflow drain is formed. The potential well DP is formed by the region 32. Therefore, even if the electric charge e is generated in the sensor unit 13 by the light L incident through the sensor unit opening 27, the generated electric charge e remains as it is in the potential well D.
You will get to P.

【0042】この第2実施例においても、上記第1実施
例と同様に、無効画素領域2を構成する各画素に光入射
のためのセンサ部開口27を設けるようにしたので、製
造過程における水素アニール処理時、無効画素領域2の
各画素への水素拡散が有効画素領域1と同様に行われ、
暗電流レベルを有効画素領域1と同程度に低減させるこ
とができる。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, each pixel forming the invalid pixel region 2 is provided with the sensor opening 27 for light incidence, so that hydrogen in the manufacturing process is used. During the annealing process, hydrogen diffusion to each pixel in the invalid pixel region 2 is performed similarly to the effective pixel region 1,
The dark current level can be reduced to the same level as the effective pixel region 1.

【0043】また、無効画素領域2の各画素にオーバー
フローコントロール用のP型のゲート領域を設けないよ
うにして、センサ部13の隣にオーバーフローバリアO
FBを設けないようにしたので、入射光Lによって発生
した電荷eを全てドレイン領域32によるポテンシャル
井戸DPに掃き捨てることができる。このようなことか
ら、有効画素領域1と無効画素領域2間において各黒レ
ベルにずれを生じさせることがなく、暗状態及び高輝度
被写体撮像時の黒レベルの安定化を図ることができる。
In addition, the P-type gate region for overflow control is not provided in each pixel of the invalid pixel region 2, and the overflow barrier O is provided next to the sensor unit 13.
Since the FB is not provided, all the charges e generated by the incident light L can be swept to the potential well DP formed by the drain region 32. For this reason, it is possible to stabilize the black level between the effective pixel area 1 and the invalid pixel area 2 without causing a deviation in each black level, and in the dark state and when capturing a high-luminance object.

【0044】また、上述のように、入射光Lによって発
生した電荷eを全てポテンシャル井戸DPに掃き捨てる
ことができるため、各画素に形成されるAl遮光膜25
の膜厚を薄くすることができ、画素の微細化設計に伴う
実効開口率の低下を防ぐことができる。このことは、画
素の高密度化を促進できることにつながり、再生画像の
高解像度を実現させることができる。
Further, as described above, since all the charges e generated by the incident light L can be swept to the potential well DP, the Al light shielding film 25 formed in each pixel.
It is possible to reduce the film thickness, and it is possible to prevent a reduction in the effective aperture ratio due to the pixel miniaturization design. This leads to promotion of high density of pixels, and high resolution of reproduced image can be realized.

【0045】次に、第2実施例の変形例を図8に基いて
説明する。この変形例は、上記第2実施例とほぼ同じ構
成を有するが、センサ部13におけるドナー不純物の濃
度を更に高くして構成する。この構成により、図8Bに
示すように、センサ部13のポテンシャルがより深くな
り、光Lの入射によってセンサ部13で発生した電荷e
をオーバーフロードレイン領域32によるポテンシャル
井戸DPに抜き易くすることができる。
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. This modification has almost the same configuration as the second embodiment, but is configured by further increasing the concentration of donor impurities in the sensor section 13. With this configuration, as shown in FIG. 8B, the potential of the sensor unit 13 becomes deeper, and the charge e generated in the sensor unit 13 by the incidence of the light L is increased.
Can be easily extracted into the potential well DP by the overflow drain region 32.

【0046】上記例では、CCDイメージセンサに適用
した例を示したが、その他、CCDリニアセンサにも適
用させることができる。
In the above example, the example applied to the CCD image sensor is shown, but the present invention can also be applied to a CCD linear sensor.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明に係る固体撮像素子によれば、有
効画素領域と無効画素領域間において各黒レベルにずれ
がなく、暗状態及び高輝度被写体撮像時の黒レベルの安
定化を図ることができ、しかも画素の高密度化を促進さ
せることができる。
According to the solid-state image pickup device of the present invention, there is no deviation in each black level between the effective pixel region and the invalid pixel region, and the black level is stabilized in the dark state and when capturing a high-luminance object. It is possible to promote high density of pixels.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例に係るCCDイメージセンサの総画素
イメージエリアを示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a total pixel image area of a CCD image sensor according to this embodiment.

【図2】Aは、第1実施例に係るCCDイメージセンサ
の有効画素領域における1つの画素の構成を示す断面
図。Bは、画素縦方向(図2AのA−A線上)のポテン
シャル図。
FIG. 2A is a sectional view showing a configuration of one pixel in an effective pixel region of the CCD image sensor according to the first embodiment. B is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line AA in FIG. 2A).

【図3】Aは、第1実施例に係るCCDイメージセンサ
の無効画素領域における1つの画素の構成を示す断面
図。Bは、画素縦方向(図3AのB−B線上)のポテン
シャル図。
FIG. 3A is a sectional view showing a configuration of one pixel in an invalid pixel region of the CCD image sensor according to the first embodiment. B is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line BB of FIG. 3A).

【図4】Aは、第1実施例の第1の変形例に係るCCD
イメージセンサの無効画素領域における1つの画素の構
成を示す断面図。Bは、画素縦方向(図4AのC−C線
上)のポテンシャル図。
FIG. 4A is a CCD according to a first modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of one pixel in the invalid pixel region of the image sensor. B is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line CC of FIG. 4A).

【図5】Aは、第1実施例の第2の変形例に係るCCD
イメージセンサの無効画素領域における1つの画素の構
成を示す断面図。Bは、画素縦方向(図5AのD−D線
上)のポテンシャル図。
FIG. 5A is a CCD according to a second modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of one pixel in the invalid pixel region of the image sensor. B is a potential diagram in the pixel vertical direction (on the line D-D in FIG. 5A).

【図6】Aは、第1実施例の第3の変形例に係るCCD
イメージセンサの無効画素領域における1つの画素の構
成を示す断面図。Bは、画素縦方向(図6AのE−E線
上)のポテンシャル図。
FIG. 6A is a CCD according to a third modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of one pixel in the invalid pixel region of the image sensor. B is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line EE in FIG. 6A).

【図7】Aは、第2実施例に係るCCDイメージセンサ
の無効画素領域における1つの画素の構成を示す断面
図。Bは、画素横方向(図7AのF−F線上)のポテン
シャル図。
FIG. 7A is a sectional view showing a configuration of one pixel in an invalid pixel region of the CCD image sensor according to the second embodiment. B is a potential diagram in the lateral direction of the pixel (on the line FF in FIG. 7A).

【図8】Aは、第2実施例の変形例に係るCCDイメー
ジセンサの無効画素領域における1つの画素の構成を示
す断面図。Bは、画素横方向(図8AのG−G線上)の
ポテンシャル図。
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a configuration of one pixel in an invalid pixel region of a CCD image sensor according to a modification of the second embodiment. B is a potential diagram in the lateral direction of the pixel (on the line GG in FIG. 8A).

【図9】Aは、従来例に係るCCDイメージセンサの有
効画素領域における1つの画素の構成を示す断面図。B
は、画素縦方向(図9AのH−H線上)のポテンシャル
図。
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a configuration of one pixel in an effective pixel region of a CCD image sensor according to a conventional example. B
Is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line HH in FIG. 9A).

【図10】Aは、従来例に係るCCDイメージセンサの
無効画素領域における1つの画素の構成を示す断面図。
Bは、画素縦方向(図10AのI−I線上)のポテンシ
ャル図。
FIG. 10A is a cross-sectional view showing a configuration of one pixel in an invalid pixel region of a CCD image sensor according to a conventional example.
B is a potential diagram in the vertical direction of the pixel (on the line I-I in FIG. 10A).

【図11】Aは、他の従来例に係るCCDイメージセン
サの有効画素領域における1つの画素の構成を示す断面
図。Bは、画素横方向(図11AのJ−J線上)のポテ
ンシャル図。
FIG. 11A is a sectional view showing a configuration of one pixel in an effective pixel region of a CCD image sensor according to another conventional example. B is a potential diagram in the horizontal direction of the pixel (on the line JJ of FIG. 11A).

【図12】Aは、他の従来例に係るCCDイメージセン
サの無効画素領域における1つの画素の構成を示す断面
図。Bは、画素横方向(図12AのK−K線上)のポテ
ンシャル図。
FIG. 12A is a cross-sectional view showing a configuration of one pixel in an invalid pixel region of a CCD image sensor according to another conventional example. B is a potential diagram in the horizontal direction of the pixel (on the line KK in FIG. 12A).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 有効画素領域 2 無効画素領域 11 N型シリコン基板 12 第1のP型ウェル領域 13 センサ部 14 垂直レジスタ 15 チャネルストッパ領域 16 正電荷蓄積領域 17 第2のP型ウェル領域 18 読出しゲート 22 ゲート絶縁膜 23 転送電極 24 層間絶縁膜 25 Al遮光膜 26 表面保護層 27 センサ部開口 OFB オーバーフローバリア 31 P型シリコン基板 32 オーバーフロードレイン領域 DP ポテンシャル井戸 1 Effective Pixel Region 2 Invalid Pixel Region 11 N-type Silicon Substrate 12 First P-type Well Region 13 Sensor Part 14 Vertical Register 15 Channel Stopper Region 16 Positive Charge Storage Region 17 Second P-type Well Region 18 Read Gate 22 Gate Insulation Film 23 Transfer Electrode 24 Interlayer Insulating Film 25 Al Light Shielding Film 26 Surface Protective Layer 27 Sensor Opening OFB Overflow Barrier 31 P-type Silicon Substrate 32 Overflow Drain Region DP Potential Well

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電変換領域と、該光電変換領域上に光
入射のための開口が形成され、上記光電変換領域に隣接
してポテンシャル上の障壁を有する撮像用の画素が多数
配列された有効画素領域と、 光電変換領域と、該光電変換領域上に光入射のための開
口が形成され、上記光電変換領域の隣にポテンシャル上
の障壁がない光学的黒検出用の画素が多数配列された無
効画素領域とを有する固体撮像素子。
1. An effective arrangement in which a photoelectric conversion region and an opening for light incidence are formed on the photoelectric conversion region, and a large number of imaging pixels having a potential barrier are arranged adjacent to the photoelectric conversion region. A pixel area, a photoelectric conversion area, and an opening for light incidence are formed on the photoelectric conversion area, and a large number of pixels for optical black detection having no potential barrier are arranged next to the photoelectric conversion area. A solid-state image sensor having an invalid pixel region.
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