JPH08139301A

JPH08139301A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH08139301A
Application number: JP6271354A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Uchimura; 浩一郎内村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｑ_knee特性、スーパーリニア特性の改善、シ
ェーディングの改善をはかる。【構成】受光部１の表面にｐ型高濃度領域８によるホ
ール蓄積領域が形成されてなる固体撮像装置において、
そのホール蓄積領域を構成するｐ型高濃度領域８を、垂
直方向に隣り合う受光部間上にも延在させて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置、特に受
光部表面にｐ型高濃度領域によるホール蓄積領域が形成
されてなる固体撮像装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（電荷結合素子）型固体撮像装置
は、図３にその撮像部の模式的平面図を示すように、そ
れぞれ画素となる複数の受光部１が、垂直および水平方
向に配列され、垂直方向に配列された受光部１に対しそ
れぞれ共通の垂直シフトレジスタ２が形成されていて、
受光部１において撮像光学像の受光量に応じて発生した
信号電荷をトランスファゲート３を通じてシフトレジス
タ２に読み出して例えば水平シフトレジスタ（図示せ
ず）へと転送するようになされている。

【０００３】受光部１は、図４にその厚さ方向の断面図
を示すように、ｎ型の半導体基板例えばシリコン基板４
に、ｐ型のウエル領域５が形成され、このウエル領域５
にｎ型領域６が形成されてフォトダイオード７が形成さ
れてなる。また、フォトダイオード７のｎ型領域６上に
は、ｐ型高濃度領域８によるチャンネルストップ領域と
もなるホール蓄積領域が形成される。このｐ型高濃度領
域８は、図３に斜線を付して示すように、各受光部１上
のみならず、これら受光部１からの信号電荷を読みだす
側とは反対側で隣り合うシフトレジスタ２との間上に形
成されるストライプ部８ｓと撮像部の外周に設けられ電
気的に接地される外周部８ｐとが連続して形成されて成
る。

【０００４】そして、各受光部１間には、上述の高濃度
領域８と同導電型のｐ型を有するものの、これより低不
純物濃度のチャネルストップ領域９が形成される。

【０００５】この構成において半導体基板４に所要の直
流電圧Ｖが印加される。図５は、受光部１における厚さ
方向に関する電子に対するポテンシャル図を示すもの
で、この場合受光部１に光が照射されることによってフ
ォトダイオード７に電荷（ホール・電子対）が発生し、
電子は信号電荷としてｎ型領域６に蓄積され、ホールは
表面の高濃度領域８によるホール蓄積領域に移行し、図
３で説明したストライプ部８ｓ→外周部８ｐを経て接地
側に吸収排除される。図５において実線図示の状態は、
ホールの排除が充分行われている状態を示す。

【０００６】このようにして各画素の受光部１に蓄積さ
れた信号電荷は、例えば垂直ブランキング期間毎に、ト
ランスファゲート３を通じて垂直シフトレジスタ２に読
みだされ、水平ブランキング期間毎に水平シフトレジス
タ（図示せず）によって出力回路へと転送されて撮像出
力として取り出される。

【０００７】ところが、この構成による場合、図６にそ
の出力特性を示すように、Ｑ_knee特性の問題すなわちリ
ニア領域を超えたＱ_Sより高い領域で受光量に対する出
力の良好な飽和が示されず、受光量の増加に伴い出力も
増加してしまうという現象があり、これによりいわゆる
ダイナミック・レンジが大きくなるために、これに見合
って信号電荷を転送する垂直シフトレジスタや、水平シ
フトレジスタのダイナミックレンジを大きくする必要が
生じ、このことが垂直および水平各シフトレジスタの面
積の縮小化、したがって固体撮像装置の半導体チップの
小面積化の隘路となる。

【０００８】更に、固体撮像装置においては、Ｑ_knee領
域の幅を、標準光量の１０００倍光保証することが要求
されるが、図６に示されるように、その出力特性にスー
パーリニア特性が生じることによって、Ｑ_knee領域を１
０００倍光保証することが固体撮像装置の設計におい
て、難しくなって来る場合がある。また、撮像光がこの
スーパーリニア特性を示す領域に入り込んでくると、こ
の撮像画像の再生画像が白色化して画質の低下を来す。

【０００９】更に、従来のこの種固体撮像装置において
は、ときにその再生画像にいわゆるシェーディングが発
生するなどの問題もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、上
述した特に受光部表面にｐ型高濃度領域によるホール蓄
積領域が形成されてなる固体撮像装置におけるＱ_knee特
性、スーパーリニア特性の改善、シェーディングの改善
をはかる。

【００１１】すなわち、本発明者は、上述した図３の構
成による場合のホールの排除の通路が、ストライプ部８
ｓを通ずるものであることから、この部分におけるホー
ルに対する抵抗が大きく、これによって受光量が大とな
るとき多量に発生するホールを充分排除できなくなるこ
とから、上述したＱ_knee特性の問題、スーパーリニア特
性の問題が生じ、また受光部１の配置位置によってこの
ホールの通路の抵抗が一様でないことによってシェーデ
ィングの問題が生じてくることを究明し、この究明に基
いて上述したホールの排除通路の抵抗の低減化をはかる
ものである。

【００１２】これについて、図５を参照して説明する。
前述したように、受光部１に光が入射すると、この光量
に応じたホール・電子対が発生し、電子はフォトダイオ
ードを構成するｎ型領域６に蓄積され、ホールは高濃度
領域８へと移行し、ストライプ部８ｓ→外周部８ｐを経
て接地側に吸収排除される。ところが、ストライプ部８
ｓでの抵抗が比較的大きいことから、また接地側の外周
部８ｐまでの距離が比較的遠い位置にある受光部１に関
しては、更にこのホールの排除通路における抵抗が大と
なることから、受光量が大となって多量に発生したホー
ルを充分排除できなくなると、図５のａで示す高濃度領
域８のポテンシャルが深い位置ａ₁へと移行し、これに
伴って電子の蓄積領域のｎ型領域６のポテンシャルの谷
が深まる。このため電子の蓄積可能の量が増加する。一
方、電子の蓄積量が大きくなるにつれ、この電子の蓄積
領域のｎ型領域下のｐ型のウエル領域５の図５中符号ｂ
で示すポテンシャルがｂ₁へと幾分浅くなることによっ
て、電子の蓄積の谷が実質的に深くなってくる。このよ
うにして、ホールの排除が充分なされないことにより光
量が増すにつれ、信号電荷が増加し、Ｑ_knee特性の劣化
が生じ、ダイナミックレンジの増大化を来す。そして、
更に光量が増せば、よりホールの排除が不充分となり、
信号電荷量の著しい増加を来たし、スーパーリニア特性
を呈することになる。また、上述したホールの排除の通
路の抵抗の、各受光部１に関する不均一性によってシェ
ーディングの発生を来す。

【００１３】本発明は、このような現象の究明に基い
て、ホールの排除通路の抵抗の低減化をはかって、Ｑ
_knee特性、スーパーリニア特性の改善、シェーディング
の改善をはかり、画質の向上をはかることができるよう
にするとともに、更に著しいダイナミック・レンジの増
加を抑制し、水平および垂直シフトレジスタの面積の縮
小化、ひいては固体撮像素子の小型化、信頼性の向上を
はかるものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその受
光部１が配列されてなる撮像部の要部の平面図を示し、
図２にこの受光部１の厚さ方向の断面図を示すように、
受光部１の表面にｐ型高濃度領域８によるホール蓄積領
域が形成されてなる固体撮像装置において、そのホール
蓄積領域を構成するｐ型高濃度領域８を、図１に斜線を
付して示すように、垂直方向に隣り合う受光部１間上に
も延在させて形成する。つまり、従来低濃度チャネルス
トップ領域９が形成されていた領域の１部の受光部１間
においても、高濃度領域８を形成する。

【００１５】

【作用】上述の本発明構成によれば、高濃度領域８の面
積の拡大により、図３で説明した幅狭なストライプ部８
ｓの存在が回避されたことによって、受光部１の表面か
ら接地された撮像部周縁へのホール通路の抵抗が効果的
に低減化される。したがって受光部１への入射光によっ
て発生し、受光部１の表面のホール蓄積領域すなわち高
濃度領域８に移行到来したホールは有効に接地された撮
像部の周縁部８ｓに達することができる。つまり、ホー
ルが受光部１の表面に滞留して図５で説明した同図中鎖
線で示したようなポテンシャル変化を来すことによる不
必要な信号電荷の増加を回避できる。したがって、上述
したＱ_knee特性の劣化、ダイナミックレンジの増大化を
効果的に改善できる。また、入射光量が更に高くなった
場合におけるスーパーリニア特性が生じにくくなり、Ｑ
_knee領域の標準光量の１０００倍光以上とするための設
計が容易になる。

【００１６】また、各受光部１に関してホールの排除通
路の抵抗を充分小さくできることからシェーディングの
発生も効果的に改善することができる。

【００１７】本発明構成では、通常のチャンネルストッ
プ領域９の一部が高濃度領域８によって構成されること
になるが、これによって問題となるような不都合は生じ
ない。すなわち、このように本来のチャンネルストップ
領域を高濃度領域８によって構成する場合、いうまでも
なくチャンネルストップの機能に問題はない。そして、
実際の固体撮像装置においては、例えば受光部１による
受光期間の直前に、水平シフトレジスタに転送されるこ
となく受光部に残存している電荷（電子）の排除をチャ
ンネルストップ領域への電圧印加によって、そのポテン
シャルを深めて基体側に電荷の排除を行うものである
が、本発明構成では、このときの印加電圧を従前に比し
少し大きく選定するのみで良い。

【００１８】

【実施例】本発明の一例を図１および図２を参照して説
明する。この本発明装置においても、図１および図２に
示すように、それぞれ画素となる複数の受光部１が、垂
直および水平方向に配列され、垂直方向に配列された受
光部１に対しそれぞれ共通の垂直シフトレジスタ２が形
成されていて、受光部１において撮像光学像の受光量に
応じて発生した信号電荷をトランスファゲート３を通じ
てシフトレジスタ２に読み出して例えば水平シフトレジ
スタ（図示せず）へと転送するようになされている。

【００１９】受光部１は、ｎ型の半導体基板例えばシリ
コン基板４に、ｐ型のウエル領域５が形成され、このウ
エル領域５にｎ型領域６が形成されてフォトダイオード
７が形成されてなる。また、フォトダイオード７のｎ型
領域６上には、ｐ型高濃度領域８によるホール蓄積領域
が形成される。このｐ型高濃度領域８は、図１に斜線を
付して示すように、各受光部１上のみならず、これら受
光部１からの信号電荷を読みだす側とは反対側で隣り合
うシフトレジスタ２との間上に形成されるストライプ部
８ｓと撮像部の外周に設けられ電気的に接地される外周
部８ｐとが連続して形成されて成る。

【００２０】本発明は、この構成において、そのホール
蓄積領域を構成するｐ型高濃度領域８を、図１に斜線を
付して示すように、更に垂直方向に隣り合う受光部間上
にも延在させて形成する。

【００２１】このように、本発明においては従来チャネ
ルストップ領域が形成されていたことによって、ホール
の排除通路が狭隘化されていた部分を幅広とするもので
あり、このようにしたことによって受光光量が大となっ
て多量のホールが発生しても、このホールを有効に接地
側へと排除することができる。したがって、ホールが受
光部１の表面に滞留して図５中鎖線で示したようなポテ
ンシャル変化を来すことによる不必要な信号電荷の増加
を来すことを回避できる。したがって、上述したＱ_knee
特性の劣化、ダイナミックレンジの増大化を効果的に改
善できる。また、入射光量が更に高くなった場合におけ
るスーパーリニア特性が生じにくくなり、Ｑ_knee領域の
標準光量の１０００倍光以上とするための設計が容易に
なる。

【００２２】また、各受光部１に関してホールの排除通
路の抵抗を充分小さくできることからシェーディングの
発生も効果的に改善することができる。

【００２３】尚、図１および図２で示した例は、本発明
装置の一例であって、その具体的構成においては、本発
明の精神を逸脱することなく、種々の変形変更を行うこ
とができる。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
ホールの排除通路の抵抗の低減化をはかることができた
ことによって、大なる入射光量によって多量のホールが
発生した場合においても、これを有効に排除することが
できるので、このホールが、受光部１の表面に滞留する
ことによる信号電荷すなわち電子に対するポテンシャル
変動を効果的に抑制でき、これによってＱ_knee特性の改
善、ダイナミックレンジの増大化を効果的に改善できる
ことによって、各垂直および水平シフトレジスタのダイ
ナミックレンジを大とする必要性の回避をはかることが
でき、その面積の縮小化をはかることができ、固体撮像
装置の撮像素子チップの小型化をはかることができるも
のである。また、入射光量が更に高くなった場合におけ
るスーパーリニア特性が生じにくくなり、Ｑ_knee領域の
標準光量の１０００倍光以上とするための設計が容易に
なり、このスーパーリニア特性を示す領域での使用が回
避され、画質の低下を回避できる。

【００２５】また、各受光部１に関してホールの排除通
路の抵抗を充分小さくできることからシェーディングの
発生も効果的に改善することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像装置の一例の撮像部の要
部の平面図である。

【図２】本発明による固体撮像装置の一例の受光部の断
面図である。

【図３】従来の固体撮像装置の撮像部の要部の平面図で
ある。

【図４】従来装置の受光部の断面図である。

【図５】受光部のポテンシャル図である。

【図６】固体撮像装置の出力特性曲線図である。

【符号の説明】

１受光部２垂直シフトレジスタ３トランスファゲート４半導体基板５ウエル領域６ｎ型領域７フォトダイオード８高濃度領域９低濃度チャネルストップ領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光部表面にｐ型高濃度領域によるホー
ル蓄積領域が形成されてなる固体撮像装置において、上記ホール蓄積領域を構成するｐ型高濃度領域を、垂直
方向に隣り合う受光部間上に延在させて形成したことを
特徴とする固体撮像装置。