JPH08293592A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ部からの斜め入射光に起因して垂直電
荷転送部に入り込むスミア成分の低減を可能とした固体
撮像装置を提供する。 【構成】 固体撮像装置の垂直電荷転送部１２におい
て、水平転送期間に垂直電荷転送部１２のポテンシャル
が深くなる第１の部分に対応するセンサ開口部１９ａ
を、ポテンシャルが浅くなる第２の部分に対応するセン
サ開口部１９ｂよりも垂直電荷転送部１２から離して形
成し（Ｌａ＞Ｌｂ）、センサ開口部１９ａのセンサ部で
は、遮光膜１８のセンサ部側への張り出し量をセンサ開
口部１９ｂのセンサ部よりも大きくした構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特にセンサ部が２次元配列されてなるエリアセンサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、インターライン転送方式のＣＣ
Ｄエリアセンサの構成の概略を示す。同図において、行
（水平）および列（垂直）方向にて２次元配列されかつ
入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して
蓄積する複数個のセンサ部１０１と、各列のセンサ部１
０１間に配されかつ垂直帰線期間の一部で読出しゲート
部１０２を介して各センサ部１０１から読み出された信
号電荷を垂直転送する複数本の垂直電荷転送部１０３と
によって撮像部１０４が構成されている。この撮像部１
０４において、センサ部１０１は例えばフォトダイオー
ドからなり、垂直電荷転送部１０３はＣＣＤによって構
成され、例えば垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によっ
て４相駆動される。

【０００３】センサ部１０１から垂直電荷転送部１０３
に読み出された信号電荷は、センサ部１０１のすぐ横に
一旦蓄積され、１水平走査線期間のある特定の期間、例
えば水平帰線期間中に１段転送されることで、１ライン
（１走査線）に相当する部分ずつ順に水平電荷転送部１
０５へ移される。この１ライン分の信号電荷は、ＣＣＤ
からなり、水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって２
相駆動される水平電荷転送部１０５にて順次水平転送さ
れる。水平電荷転送部１０５の出力側の端部には、水平
電荷転送部１０５によって転送されてきた信号電荷を検
出して信号電圧に変換する例えばＦＤＡ(Floating Diff
usion Amplifier)からなる電荷検出部１０６が配されて
いる。

【０００４】図４に、センサ部１０１および垂直電荷転
送部１０３の断面（図３のＡ‐Ａ線断面）構造の要部を
示す。同図から明らかなように、上記構成のＣＣＤエリ
アセンサでは、垂直電荷転送部１０３の転送電極（読出
しゲート部１０２のゲート電極を兼ねる）１０７の外側
を、センサ部１０１上にセンサ開口部１０８ａを形成し
た状態でＡｌ（アルミニウム）などからなる遮光膜１０
８で覆うことにより、垂直電荷転送部１０３の信号電荷
転送領域１０９への外部光の入射を阻止する構造を採っ
ている。なお、各センサ部１０１のセンサ開口部１０８
ａは一様に、図５に示すように、隣り合う垂直電荷転送
部１０３，１０３間の中間に位置するように形成されて
いる。

【０００５】上記構成のＣＣＤエリアセンサにおいて
は、センサ部１０１に光が斜めに入射した場合に、図４
に示すように、遮光膜１０８の端部から垂直電荷転送部
１０３側に入り込んだ光が、遮光膜１０８の下面と基板
表面との間で多重反射を繰り返して最終的に信号電荷転
送領域１０９に飛び込んだり（入射光）、センサ部１
０１の信号電荷蓄積領域１１０を透過してＰウェル１１
１の深部に達し（入射光）、そこで発生した電子が信
号電荷転送領域１０９に拡散してスミアとなる。ＣＣＤ
エリアセンサでは、このスミアが画質劣化の一因となっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ＣＣＤエリアセンサにおいては、垂直電荷転送部１０３
から水平電荷転送部１０５へ１ラインずつ信号電荷が転
送され、この１ライン分の信号電荷が水平電荷転送部１
０５にて水平転送されることから、図６のタイミングチ
ャートから明らかなように、１ライン分の垂直転送期間
では水平転送が停止状態、即ち水平転送クロックφＨ１
が高レベル、φＨ２が低レベルにそれぞれ固定となり、
１ライン分の信号電荷の水平転送期間では垂直転送が停
止状態、即ち垂直転送クロックφＶ１，φＶ２が高レベ
ル、φＶ３，φＶ４が低レベルにそれぞれ固定となる。

【０００７】このとき、図５に示す垂直電荷転送部１０
３において、垂直転送クロックφＶ１，φＶ２が印加さ
れる転送電極１２１，１２２の下のポテンシャルが深
く、垂直転送クロックφＶ３，φＶ４が印加される転送
電極１２３，１２４の下のポテンシャルが浅くなる。こ
のように、垂直電荷転送部１０３において、ポテンシャ
ルの深い部分とポテンシャルの浅い部分とが存在した場
合、図７に示すスミアのクロック電圧依存性から明らか
なように、クロック電圧が高い程スミアの発生が多いこ
とから、ポテンシャルの深い部分では、ポテンシャルの
浅い部分よりも垂直電荷転送部１０３に入り込むスミア
成分が増加し、スミアが多くなるという問題があった。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、センサ部からの斜め
入射光に起因して垂直電荷転送部に入り込むスミア成分
の低減を可能とした固体撮像装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、行および列
方向にて２次元配列されかつ入射光をその光量に応じた
電荷量の信号電荷に変換する複数個のセンサ部と、この
複数個のセンサ部の各列間に配されて各センサ部から読
み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直電荷転
送部と、この複数本の垂直電荷転送部から供給される信
号電荷を水平転送する水平電荷転送部とを具備し、セン
サ部の開口部を除いて遮光膜によって覆われた構成の固
体撮像装置において、垂直電荷転送部には水平電荷転送
部の転送期間でポテンシャルが深くなる第１の部分とポ
テンシャルが浅くなる第２の部分とが存在し、第１の部
分に対応するセンサ部の開口部が、第２の部分に対応す
るセンサ部の開口部よりも対応する垂直電荷転送部から
離れて形成された構成となっている。

【００１０】

【作用】上記構成の固体撮像装置において、垂直電荷転
送部の上方の周辺部は、センサ部の開口部を除いて遮光
膜で覆われていることから、第１の部分に対応するセン
サ部の開口部を、第２の部分に対応するセンサ部の開口
部よりも対応する垂直電荷転送部から離して形成するこ
とで、第１の部分に対応するセンサ部では、遮光膜のセ
ンサ部側への張り出し量が第２の部分に対応するセンサ
部よりも大きくなる。これにより、第１の部分に対応す
るセンサ部の開口部から垂直電荷転送部側へ斜め入射す
る光の量が、第２の部分に対応するセンサ部の開口部か
らのそれよりも少なくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例に係る
センサ部および垂直電荷転送部の要部の平面構造図であ
る。図１において、行（水平）および列（垂直）方向に
て２次元配列された複数個のセンサ部（画素）１１に対
し、その垂直列ごとに複数本の垂直電荷転送部１２が配
されている。垂直電荷転送部１２には、４相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４が印加される転送電極１３〜１
６がその転送方向に順に繰り返し配列されている。

【００１２】これらの転送電極１３〜１６のうち、例え
ば１相目，３相目の垂直転送クロックφＶ１，φＶ３が
印加される転送電極１３，１５が２層目のポリシリコン
（図中、２点鎖線で示す）で形成され、２相目，４相目
の垂直転送クロックφＶ２，φＶ４が印加される転送電
極１４，１６が１層目のポリシリコン（図中、１点鎖線
で示す）で形成されている。なお、転送電極１３〜１６
の材質は、必ずしもポリシリコンに限定されるものでは
ない。

【００１３】転送電極１３〜１６となる１層目，２層目
のポリシリコンは、センサ部１１上において、ポリシリ
コン開口部１７を形成している。また、転送電極１３〜
１６の上方周辺部は、Ａｌ（アルミニウム）などからな
る遮光膜１８（図中、実線で示す）によって覆われてい
る。この遮光膜１８には、センサ部１１上において、ポ
リシリコン開口部１７の内側にそれよりも小さな開口面
積のセンサ開口部１９ａ，１９ｂが形成されている。こ
の遮光膜１８の材質としては、Ａｌ以外の材質が用いら
れる場合もある。

【００１４】ここで、センサ開口部１９ａ，１９ｂにお
いて、垂直転送クロックφＶ３，φＶ４が印加されるラ
イン（行）のセンサ開口部１９ｂが、２本の垂直電荷転
送部１２，１２の中間に位置するように形成されている
のに対し、垂直転送クロックφＶ１，φＶ２が印加され
るラインのセンサ開口部１９ａは、そのセンサ部１１か
ら信号電荷が読み出される垂直電荷転送部１２から離れ
る方向に偏って形成されている。すなわち、水平転送期
間に垂直電荷転送部１２のポテンシャルが深くなるライ
ンのセンサ開口部１９ａは、ポテンシャルが浅くなるラ
インのセンサ開口部１９ｂよりも対応する垂直電荷転送
部１２から離れて形成されている。

【００１５】換言すれば、センサ開口部１９ａの中心と
対応する垂直電荷転送部１２との間の距離Ｌａは、セン
サ開口部１９ｂの中心と垂直電荷転送部１２との間の距
離Ｌｂよりも長くなっている。これにより、垂直転送ク
ロックφＶ１，φＶ２が印加されるラインにおける遮光
膜１８のセンサ部１１側への張り出し量が、垂直転送ク
ロックφＶ３，φＶ４が印加されるラインにおけるそれ
よりも大きくなる。このように、センサ開口部１９ａを
垂直電荷転送部１２に対して偏って形成したとしても、
センサ部１１上のポリシリコン開口部１７の開口範囲内
であれば、センサ開口部１９ａの開口面積がセンサ開口
部１９ｂのそれと同じであることから、センサ部１１の
感度に何ら悪影響を及ぼすことはない。

【００１６】図２に、図１のＸ‐Ｘ線断面（Ａ），Ｙ‐
Ｙ線断面（Ｂ）の断面構造を示す。図２において、Ｎ型
の半導体基板２１上にＰ型のウェル２２が形成されてい
る。そして、このウェル２２中のＰ⁺ 型の不純物層２３
とＮ型の不純物層２４とによってＨＡＤ（正孔蓄積ダイ
オード）構造のセンサ部１１が構成されている。すなわ
ち、Ｐ⁺ 型の不純物層２３が正孔蓄積層となり、Ｎ型の
不純物層２４が信号電荷蓄積層となっている。転送電極
１３（１５），１４（１６）の下には、埋込みチャネル
としてのＮ型の不純物層２５およびＰ型の不純物層２６
が形成されており、これらの不純物層２５，２６と転送
電極１３〜１６とによって垂直電荷転送部１２が構成さ
れている。

【００１７】また、センサ部１１と不純物層２５，２６
との間の領域およびその上の１相目（３相目）の転送電
極１３（１５）とにより、センサ部１１に蓄積された信
号電荷を垂直電荷転送部１２へ読み出す読出しゲート部
３１が構成されている。さらに、センサ部１１に接して
いるＰ型の不純物層２７とこの不純物層２７中のＰ⁺型
の不純物層２８とによりチャネルストップ部２９が構成
されている。そして、センサ部１１、読出しゲート部３
１および垂直電荷転送部１２で１つの画素が構成され、
垂直方向におけるセンサ部１１，１１間の領域が垂直画
素分離部３０となっている。この垂直画素分離部３０
は、図２には示していないが、先述した遮光膜１８によ
って垂直電荷転送部１２と共に遮光されている。

【００１８】上述した構成のユニットセルにおいて、各
画素へ光が入射すると、その入射光がセンサ部１１で光
電変換され、その光量に応じた電荷量の信号電荷として
不純物層（信号電荷蓄積層）２４に蓄積される。このと
き、不純物層２４に蓄積された信号電荷が半導体基板２
１へ流出するのを防止するためのエネルギー障壁をウェ
ル２２が形成している。不純物層２４に蓄積された信号
電荷は、総ての画素について同時に読出しゲート部３１
を介して垂直電荷転送部１２へ読み出される。そして、
垂直電荷転送部１２が４相の垂直転送クロックφＶ１〜
φＶ４によって駆動されることにより、垂直電荷転送部
１２に読み出された信号電荷が１ライン（１段）ずつ垂
直転送され、水平電荷転送部（図示せず）へ移される。

【００１９】ところで、垂直電荷転送部１２において、
１ラインの転送が終了してから次の１ラインの転送が開
始されるまでの期間（この期間は、１ライン分の信号電
荷の水平転送が行われる水平転送期間である）では、図
６のタイミングチャートから明らかなように、垂直転送
クロックφＶ１，φＶ２が高レベル、φＶ３，φＶ４が
低レベルにそれぞれ固定となり、垂直転送が停止状態と
なる。このとき、先述したように、垂直転送クロックφ
Ｖ１，φＶ２が印加される転送電極１３，１４の下のポ
テンシャルが深く、垂直転送クロックφＶ３，φＶ４が
印加される転送電極１５，１６の下のポテンシャルが浅
くなるため、ポテンシャルの深い部分では、ポテンシャ
ルの浅い部分よりも垂直電荷転送部１２に入り込むスミ
ア成分が増加する。

【００２０】これに対し、本実施例においては、図１に
示すように、センサ開口部１９ａの中心と垂直電荷転送
部１２との間の距離Ｌａを、センサ開口部１９ｂの中心
と垂直電荷転送部１２との間の距離Ｌｂよりも長く設定
し（Ｌａ＞Ｌｂ）、垂直転送クロックφＶ１，φＶ２が
印加されるラインにおける遮光膜１８のセンサ部１１側
への張り出し量を、垂直転送クロックφＶ３，φＶ４が
印加されるラインにおけるそれよりも大きくしたので、
センサ開口部１９ａから垂直電荷転送部１２側へ斜め入
射する光の量が、センサ開口部１９ｂからのそれよりも
少なくなる。その結果、水平転送期間におけるポテンシ
ャルの深い部分でのスミア成分の発生を低く抑えること
ができる。

【００２１】なお、上記実施例では、４相駆動の垂直転
送に適用した場合について説明したが、これに限定され
るものではなく、３相駆動などの垂直転送にも同様に適
用可能であり、要は、水平転送期間に垂直電荷転送部の
ポテンシャルが深くなるラインのセンサ開口部を、ポテ
ンシャルが浅くなるラインのセンサ開口部よりも垂直電
荷転送部から離して形成した構成とすることで、上記実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体撮像装置の垂直電荷転送部において、水平転送期間
に垂直電荷転送部のポテンシャルが深くなる第１の部分
に対応するセンサ開口部を、ポテンシャルが浅くなる第
２の部分に対応するセンサ開口部よりも対応する垂直電
荷転送部から離して形成し、第１の部分に対応するセン
サ部では、遮光膜のセンサ部側への張り出し量が第２の
部分に対応するセンサ部よりも大きくしたことにより、
第１の開口部から垂直電荷転送部側へ斜め入射する光の
入射量が、第２の部分に対応するセンサ部の開口部側の
それよりも少なくなるため、センサ部からの斜め入射光
に起因して垂直電荷転送部に入り込むスミア成分を低減
できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る平面構造図である。

【図２】センサ部周辺の断面構造図であり、（Ａ）は図
１のＸ‐Ｘ線断面、（Ｂ）は図１のＹ‐Ｙ線断面をそれ
ぞれ示している。

【図３】インターライン転送方式のＣＣＤエリアセンサ
の概略構成図である。

【図４】従来例の問題点を説明するための図である。

【図５】従来例に係る平面構造図である。

【図６】水平および垂直転送クロックのタイミングチャ
ートである。

【図７】スミアのクロック電圧依存性を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１１ センサ部 １２ 垂直電荷転送部 １３〜１６ 転送電極 １８ 遮光膜 １９ａ，１９ｂ センサ開口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行および列方向にて２次元配列されかつ
   入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換する
   複数個のセンサ部と、前記複数個のセンサ部の各列間に
   配されて各センサ部から読み出された信号電荷を垂直転
   送する複数本の垂直電荷転送部と、前記複数本の垂直電
   荷転送部から供給される信号電荷を水平転送する水平電
   荷転送部とを具備し、前記センサ部の開口部を除いて遮
   光膜によって覆われた構成の固体撮像装置であって、 前記垂直電荷転送部には前記水平電荷転送部の転送期間
   でポテンシャルが深くなる第１の部分とポテンシャルが
   浅くなる第２の部分とが存在し、 前記第１の部分に対応するセンサ部の開口部は、前記第
   ２の部分に対応するセンサ部の開口部よりも対応する垂
   直電荷転送部から離れて形成されていることを特徴とす
   る固体撮像装置。