JPS5851673A - 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】 本発明はＣ０Ｄ（電荷結合素子）よシなる固体撮像装置
に関し、＠Ｉｃプルーミング抑圧機能を付加した固体撮
像装置に関するものである０従来から固体撮像装置にお
いて、過負荷状態の明かるい対象物の画像寸法が見かけ
上増大するいわゆるプルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）
現象を抑圧するため忙、発生した過剰電荷を吸収するオ
ーバ７０−ドレインを設ける方法が試みられている。

第１図（ａ）、　、　（ｂ）　、　（ｃＪは、憚来のオ
ーバ７ｏ−ドレイン付固体撮像装置の構成例を示す図で
、（ａ）は平面図であシ、（ｂ）　、　（ｃ）はそれぞ
れＩ−Ｉ　、ＩＩ−ＩＩの断面図である。図に示す装置
では、信号電荷の転送に埋込みチャネルＣＣＤ、信号電
荷の蓄積にＰＮ接合よシなるホトダイオードを用いてい
る。具体的には以下に示す如くである。

すなわちＰ型シリコン基板１の上に埋込みチャネルＣＣ
ＤとしてＮ型層２．ホトダイオードとしてＮ型層３．オ
ーバフロードレインとしてＮ型層４が夫々形成されてお
りまた画素間分離のためのチャネルストッパとしてＰ型
層５が形成されているＱ 面撮像を処理する固体撮像装置では、埋込みチャネルＣ
ＯＤを構成する線状のＮ型層２と複数個のホトダイオー
ド３の組合せが複数列平行に配列されていることになる
。

埋込みチャネルＣＣＤ２とホトダイオード３０間、およ
びホトダイオード３とオーバフロードレイン４の間は、
直接接触することなくそれぞれ離されておシ、この間に
Ｐ基板のままのトランス７ｄン。

ア領域６及びオーバフローコントル領域７が設けられて
いる。基板の上べは、絶縁膜８を介して離間領域６の上
部付近にトランスファゲート電極９、離間領域７の上部
付近にオーバフローコントロールゲート電極１０、埋込
・みチャネルＣＣＤ２の上部にＣＯＤシフトレジスタ転
送電極１１，１２゜１３．１４が設けられ、通常これら
はポリシリコンで形成されている。これらの電極間およ
びその上部は絶縁膜１５，１６．１７で被われており、
更に全体は絶縁膜１８で被われている０絶縁膜１８の上
部にはホトダイオード３よシなる受光部を除き、ｌｔな
どよシなる遮光物１９が設けられていくで、且つ電極１
１．．１３の間隙にはＣＯＤシフトレジスタの２相駆動
のための方向付用のポロンイオン注入層２０が形成され
ている。

トランスフ−７ゲート電極９には第２図に示すパルスφ
Ｔが、ｃｃＤシフトレジスタ転送電極１１゜１２にはパ
ルスφ２が、１３．１４にはパルスφ１が印加される。

オーバフローコントロールケート電極１０．オーバ７０
−ドレイン４には直流電圧が印加される。これらの電圧
は、トランス７１ゲート電極９に低レベルの信号が印加
されたときのチャネルポテンシャルが離間領域７のチャ
ネルポテンシャルよシ小さく、また離間領域７のチャネ
ルポテンシャルがオーバフロードレイン４の電圧よシ小
さいように設定されている。また上記パルスφＴ、φ１
．φ２のレベルは次のような関係を満たし得るように設
定されている。φＴが低レベルのときの゛離間領域６の
チャネルポテンシャルは、φ１が低レベルのときの電極
１３下の埋込みチャネルＣＣＤ２の餐域のチャネルポテ
ンシャルおよびφ２が低レベルのときの電極１１下の埋
込みチャネルＣＣＤ２の領域のチャネルポテンシャルよ
り小さｂように、φＴが高レベルのときの離間領域６の
領域のチャネルポテンシャルは、φ１が高レベルのとき
の電極１３Ｆの埋込みチャネル２の領域のチャネルポテ
ンシャルおよびφ２が高レベルのときの電極１１Ｆの埋
込みチャネル２の領域のチャネルポテンシャルよシ小さ
いように設定されている。更にφＴが高レベルのときの
離間領域６のチャネルポテンシャルは、φ１が低レベル
のときの電極１３Ｆの埋込みチャネル２の領域のチャネ
ルポテンシャルおよびφ２が低レベルのときの電極ｌｌ
下の埋込みチャネル２の領域のチャネルポテンシャルよ
シ大きいように設定されている。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は第１図（ｂ）の断面に対応
する各部のチャネルポテンシャル図である。ｔ　＝ｔ　
＋のとき第３図（ａ）に示すように、φ丁とφ２が高レ
ベルになることによシ、ホトダイオード３に蓄積した信
号電荷が離間領域６を経てＣＣＤシフトレジスタ２に転
送され、ホトダイオード３のポテンシャルは離間領域６
のチャ・ネルポテンシャルにリセットされる。一方１＝
１４のときφＴは高レベルであるが、φ２が低レベルで
あるためホトダイオード３の電荷はＣＣＤシフトレジス
タ２に転送されず、ホトダイオード３に保持される。φ
丁が低レベルでφ１．φ２が高、低レベル間を振幅する
とき、ＣＣＤシフトレジスタ２内を信号電荷が順次転送
され、光電変換にょ）発生した電荷はホトダイオード３
に蓄積する。強す光が照射することにょシ発生した過剰
電荷は、離間領域７のチャネルポテンシャルが離間領域
６の噺緋・チャネルポテンシャルよシ大きいため、離間
領域７を経てオーバ７０−ドレイン４に吸収される。こ
のときの状態を１＝１．の時を例にとって第３図（ｂ）
に示す。

以上のようにオーバ７０−ドレイン４を設けることによ
り過剰電荷を吸収し、プルーミングを抑圧できるが、オ
ーバフロードレイン、オーバフロー１１ントロールゲー
ト電極を必要とし、構造が複雑となる欠点があった。ま
たトランス７アゲート電極９．オーバフローコントロー
ルグー）を極１０の形成のためにポリシリコンを１層、
ＣＣＤシフトレジスタ用電極１１．１３を形成するため
に１層、１２．１４を形成するために１層の計３層のポ
リシリコンが必要であり工程を複雑にしていた。

本発明はオーバフロードレイン、オーバフローコントロ
ールゲルト電極をＣＣＤシフトレジスタ転送電極のひと
つと共用し、またトランスファゲート電極を他のＣＯＤ
シフトレジスク電極と共用することにより、オーバフロ
ーコントロールゲート電極、トランスファゲート電極を
省略し、またオーバフロードレインのための配線を不要
にすることにより大巾に構造を簡略化したプルーミング
抑圧機能つき固体撮像装置を提供するものである０以下
実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明を適用した一実施例
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は第４図（ａ）のｎｌ
−Ｉｌｌの、（ｃ）は第４図（ａ）の■−■の夫々断面
図であるＯＰ型シリコン基板１の上に埋込みチャネルＣ
ＯＤとしてＮ型層２、ホトダイオードとしてＮ型層３、
オーバフロードレインとしてＮ型層２１が形成されてお
シ、また画素間分離のためのチャネルストッパのＰ型層
５が形成されている。

面撮像を処理する固体撮像装置では、埋込チャネルＣＣ
Ｄを構成する線状のＮ型層２と複数個のホトダイオード
３の組合せが複数列平行して配列されていることになる
。

オーバフロードレイン２１とＣＣＤシフトレジスタ転送
電極１１は第４図（ｃ）に示すように電気的に接続され
ている。ホトダイオード３とオーバフロードレイン２１
は基板の表面で互いに領域２２を介して隔てられ、この
離間領域２２内の絶縁膜８と接する基板表面はポロン等
の不純物注入層２０が形成されている。上記離間領域２
２の上部は、絶縁膜８を介して上記オーバフロードレイ
ン２１と接続されたＣＣＤシフトレジスタ転送電極１１
で被われている０ ホトダイオード３と埋込みチャネルＣＣＤ２０間は基板
領域６を隔てて離れておシ、この離間領域６の上部には
絶縁膜８を介して転送電極１３が設けられている０埋込
みチャネルＣ０Ｄ２の上部には、絶縁膜８を介して電極
１１．１３が離間して設けられ、その間に絶縁膜１６を
介して電極１２．１４が設けられている。電極１１と１
３の間隙でシリコン基板上部絶縁膜８の境界付近には、
転送の方向づけのためにポロンなどＰ型の不純物領域２
０が形成されている。素子上面は絶縁膜１８でおおわれ
、更にホトダイオード３の上部を除きＡｔなどの遮光物
１９でおおわれている。

電極１３．１４および１１．１２には、第５図に示すク
ロックパルスφ１．φ２がそれぞれ印加される。φ１の
高レベルは、φ□が高レベルのときの離間領域２２のチ
ャネルポテンシャルが、φ２が高レベルおよび低レベル
のときの離間領域６のチャネルポテンシャルの中間にな
るように設定される０またφ１の低レベルはφ２の高レ
ベルと低レベルの中間に設定されている。このようなり
ロックパルスのレベルは例えば領域６と領域２２のチャ
ネルポテンシャル差が４Ｖ、ＣＯＤシフトレジスタの転
送チャネルの方向付のためのチャネルポテンシャル差が
４ｖとすれば、φ、の低レベルを６Ｖ。

φ２の低レベルをＯ■、φ３．φ２の高レベル’）１２
Ｖとすることにより実現できる０ 第６図（ａ）は第４図（ｂ）の、第７図（ａ）は第４図
（ｅ）の略図であシ、第６図（ａ）に対応したチャネル
ポテンシャルを第６図缶）〜（ｄ）に、第７図伝）に対
応したチャネルポテンシャルを第７図（ｂ）〜（ｄ）に
示す。第６図（ｂ）、第７図（ｂ）はφ５．φ２が共に
高レベルのときであり、第６図（ｃ）、第７図（ｃ）は
φ、が高レベル、φ２が低レベルのときであシ、第６図
（ｄ）、第７図（ｄ）はφ１．φ２ともに低レベルのと
きの各部のポテンシャル図である。

φ、が高レベルになったとき、第７図缶）に示すように
ホトダイオード３に蓄積した信号電荷は離間領域６を経
てＣＣＤシフトレジスタ２に転送され、ホトダイオード
３のポテンシャルは離間領域６のチャネルポテンシャル
にリセットされる０φ。

が低レベルのとき光電変換によシ発生した信号電荷はホ
トダイオード３に蓄積する。このときφ２は高レベルと
低レベルとの間を振幅するが、φ２が高レベルのときの
離間領域２２のチャネルポテンシャルはφ、が低レベル
のときの離間領域６のチャネルポテンシャルよシ大きく
、またオーバフロードレイン２１の電位は離間領域２２
のチャネルポテンシャルよシ常に大きいので、強い光の
入射により発生した過剰電荷は離間領域２２を経てオー
バ７０−ドレイン２１に吸収される。プルーミングの抑
圧効果はφ２の高レベルの期間が長い程良好となる。一
方ＣＣＤシフトレジスタ２はφ、が低レベルの間φ１が
高レベルと低レベルの間と振幅するので、第３図（ｅ）
、（ｄ）に示すようにいわゆるメタ２内を転送される。

上記のように本発明を適用するととＫよジオ−バフ０−
ドレインのための配線、オー／＜７ｐ−：１ントロール
ゲート電極、トランスファゲート電極なしでプルーミン
グ抑圧機能付の固体撮像装置を実現できる。

以上の説明では、離間領域６をＰ型基板のままの状態、
離間領域２２をＰ型基板の表面の濃度を上げた状態とし
て行ったが、本発明はこの構造に限られることはなく、
例えば離間領域６をＣＣＤシフトレジスタ２と同じｎ型
層で形成し、その表面をＰ型層とし、離間領域２２をＰ
型基板のままとする構造や、更には両離間領域６，２２
を共にＰ型基板のままとする構造も考えられる。前者の
場合には、φ３．φ２のクロックのレベルは上記の説明
の場合と同様にφ、とφ２の高レベルは同一で良く、後
者の場合は、φ１の高レベルがφ２の高レベルよシ低い
必要がある。いずれの場合に於ても本発明と適用すれば
ポリシリコン２層構造でプルーミング抑圧機能付の固体
撮像装置が実現できる０以上の説明はＰ型基板を用いる
Ｎチャネル固体撮像装置について行なったが、Ｎ型基板
を用いるＰチャネル固体撮像装置についても本発明が適
用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は従来のプルーミング抑圧回路付
固体撮像装置の平面図及び断面図、第２図は同装置の駆
動パルスのタイミングを示す図、第３図（ａ）、（ｂ）
は各部のチャネルポテンシャル図、第４図（ａ）〜（ｃ
）は本発明によるプルーミング抑圧回路は固体撮像装置
の一実施例を示す平面図及び断面図、第５図は同実施例
の駆動パルスのタイミングを示す図、第６図（ａ）〜（
ｄ）、第７図（＆）〜（ｄ）は各部の概略断面図及び各
部のチャネルポテンシャル図である０１、Ｐ型シリコン
基板　２、埋込みチャネルＣＣＤ３、ホトダイオード　
５、チャネルストッパ６、トランス２ア領域　８、ゲー
ト絶縁膜　１１゜１２．１３，１４、ＣＣＤシフトレジ
スタ転送電極　１５，１６，１７，１８、絶縁膜　２０
、Ｐ＋領域　２１、オーバ７０−ドレイン　２２、Ｐ＋
領域 代理人　弁理士　福　士　愛　彦 Ｃψ　　位 Ｏ給茶Ｓ介入、Ｘ））

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＰＮ接合ホトダイオードより形成される受光部と、
   ＣＣＤシフトレジスタよ多形成される信号上舌転送部を
   備えてなる固体撮像装置において、 同−半導体基板上で前記ホトダイオードと離間させてダ
   イオードを設け、 前記ダイオードを前記ＣＣＤシフトレジスタの転送電極
   忙電気的接続すると共に、該転送電極の一部で絶縁膜を
   介してホトダイオードとダイオードとの離間領域を被い
   、 ホトダイオードとＣＣＤシフトレジスタを離間させてい
   る半導体領域上を絶縁膜を介して別のＣＣＤシフトレジ
   スタ転送電極で被ってなる固体撮像装置。