JPS62156859A - 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】 （発明の技術分野〕 本発明は固体撮像装置、待にウェル溝道を有する固体＠
像装置に関する。

〔発明の技術的曹景〕

ウェル構造を有する従来の一般的な固体ｂ１像装置の単
位セル断面図を第５図に示す。ｎ型半導体基板１内には
ｐ型不純物ウェル２が形成されている。このｐ型不純物
ウェル２は、不純物濃度および深さの異なる２つの領域
、即ち、深い領域と浅い領域とに分けられる。図の矢印
で示す入射光は電荷蓄積層３内で光電変換される。この
電荷蓄積層３は、不純物つ１ル２の浅い領域上に形成さ
れており、光電変換された信号電荷はここに一時蓄積さ
れることになる。電荷転送チ１ｊネル４は、この蓄積さ
れた電荷を転送するためのチＶネ、ルで、この上に絶縁
膜を介して転送電極５が設けられて４３つ、この転送電
極５に転送パルスを印加することにより、信号電荷は図
の紙面に垂直な方向に転送される。電荷蓄積層３に一時
蓄積された信号電荷は、読出しチャネル６を介して転送
チャネル４に読出されることになる。この読出しの制御
には、読出しゲート電極を用いるが、本装置では転送型
１ｆｉ５がこれを兼ねている。

各単位セルの周囲には、隣接するセルの信号電荷の混入
を防ぐため、例えばＰ＋不純物領域からなる障壁層７が
設けられている。また、各単位セルの上方には光シール
ド膜８が設けられており、受光部となる電荷蓄積層３以
外の領域の光を遮蔽している。なお、この光シールド膜
８はｐ型不純物ウェル２と同電位となるように、ｐ型不
純物ウェル２の電位設定部に接続されている。ｎ型半導
体基板１には、ｐ型不純物ウェル２との間のｐｎ接合に
逆バイアスを印加できるように正電圧がかけられる。こ
れにより電荷蓄積層３下の浅い不純物ウェル領域が完全
に空乏化され、電荷蓄積層３内に過剰電荷が蓄えられる
と、この過剰電荷は浅いウェル領域を介してｎ型半導体
基板１にバンチスルー電流として掃出されることになる
。

囚体眼像装置は上述の単位セルを複数個２次元平面上に
配して構成される。第２図にこの概略構成図を示す。感
光ｇＡ域９には上述の単位セルが２次元的に配列される
。図の縦方向には障壁層７が形成されており、各単位セ
ルはこの障壁層７に囲まれるように配され、単位セルで
発生した信号電荷は図の上から下へと垂直に転送される
。垂直転送された電荷は、水平転送チャネル１０に入る
。

ここでは感光領ＩＩ！ｔ９内の水平ラインが時系列的に
出力部１０’へと転送されることになる。出力部１０′
は転送されてきた信号電荷を電気信号に変換する。

〔背端技術の問題点〕

第５図に示すように、従来の一般的な装置では転送電極
５は、電荷転送電極としての役割と、電荷蓄ｖｉ層３か
ら信号電荷を読出ず読出し電極としての役割と、の２つ
を兼務している。このような構造は￥Ａ置の微細化を図
るのに有利であるため、近年盛んに採入れられている。

このように電極を兼用り°ると、電荷転送中に電荷転送
チャネル４から電荷蓄積層３へ逆に信号電荷が漏れ込む
おそれがあるため、転送電極５に所定電圧を印加すると
、転送チャネル４の電位が読出しチｌ！ネル６の電位よ
り常に高くなるように設定されている。この様子を示す
のが第６図のポテンシ＋フル図である。この図は第５図
に示づ装置のｘ−ｏ−ｘ’に沿った電位分布を示す図で
、電荷転送中は図の実線で示すような電位分布となる。

転送チャネル４の電位１１は、読出しチャネル６の電位
１２より高いＩＣめ、電位１３にある電荷蓄積層３へ転
送中の信号電荷が漏れ込むことはない。この電荷転送中
は、第５図上部に示すように電位Ｖ　とＶ、とを交互に
繰返すような転送パルスが転送電極５に与えられること
になる（第６図の実線は電位■１１が与えられた状態を
示す）。一方、電荷蓄積層３に一時蓄積された信号電荷
を読出ず場合には、転送電極５に電圧Ｖ、８が印加され
る。この電位ＶＦＳは第５図に示すように電位■１１よ
り更に高く、第６図のポテンシＩＰル図は破線のように
変化する。即ち、電位１１Ｊ３よび１２はそのまま電位
１１′および１２′まで上デーする。従って電荷蓄積層
３内の蓄積電荷１４は、図の破線矢印で示すように転送
チャネル４に読出されることになる。、なＪ３電荷蓄積
層内の過剰電荷は図の実線矢印で示ずようにｐ型不純物
ウェルの電位１５をのりこえてｎ型半導体基板１に昂き
出される。

さて、上述のような理想的な動作が行なわれれば問題は
生じないのであるが、実際には、転送電極５に読出し用
電圧ＶＦ８を印加した瞬間の電位分布は第７図の実線で
示すようになるのである。即ち、転送チャネル４の電位
１１が電位１１′にまで上界するのに伴い、電荷蓄積層
３の電位も電位１３′にまで上界するのである。ただ、
電位１３′は電圧■ＦＳの印加時点においてのみ得られ
る電位であって、所定の復帰時間を経過すると図の破線
で示づように電荷蓄積層３の電位はもとの電位１３に復
帰する。

このような現象が起こるのは、次のような理由による。

転送電極５とｐ型不純物ウェル２とは絶縁膜をはさんで
キャパシタを形成している。従って転送電極５に電圧■
ＦＳを印加した瞬間には、ｐを不純物ウェル２の電位も
■ＦＳに近い電位にまで誘導されることになり、これに
伴って電荷蓄ｇＩ層３の電位も上昇するのである。この
現象は過渡現象であり、所定の復帰時間が経過すると前
述のようにもとの電位に復帰する。この復帰時間Ｔは、
転送電極５とｐ型不純物ウェルとのキャパシタンスをＣ
，ｐＲ１！不純物ウェル２および障壁層７の有りる抵抗
成分をＲとすればＴ＝ＲＣで決定される。

（実際にはｐ型不純物ウェル２より障壁層７の不純物濃
度が高いため、障壁層７の抵抗が支配的となる。）従っ
てｐ型不純物ウェル２を一定電位に設定している端子（
例えばパッド）から遠くなればなるほどｐ型不純物ウェ
ル２および障壁層７の抵抗成分が高くなり、復帰時間が
長くなる。　さて、第７図に示ずように、この復帰時間
Ｔが経過するまでは、電位１３′が電位１３へ向って下
降中となるから、蓄積電荷１４を十分に読出すことがで
きない。従って完全な読出しを行うためには、復帰時間
Ｔより長いある程度十分な時間（例えば１００μｓ以上
）転送電極に電圧ＶＦＳを印加して読出しを行う必要が
ある。ところが、この読出し期間中に強い光が入射して
電荷蓄積層３に過剰電荷が発生１−ると、この過剰電荷
が転送チトネル４へと流入し、ブルーミングを生じてし
まう。このように従来の装置では、読出し時間を長（す
ると耐ブルーミング特性が悪くなり、逆に短くすると十
分な電荷読出しができないという問題点があった。特に
第２図に示ず装置において、水平転送チャネル１０に近
い部分のセルは、ｐ型不純物ウェル２の抵抗が高くなる
ため、復帰時間Ｔが長くなり、このような問題が顕著と
なる。即ち、図の下方のセルはど十分な電荷読出しがで
きず、−画面内の上下方向で読出し感度が異なり、シェ
ーディングを引起すことになる。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、各単位セルについて耐ブルーミング特
性を維持したまま十分な電荷読出しを行うことができ、
全体としてのシェーディングをなくすことができる固体
搬像装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、不純物ウェル層上に形成された単位画
素セルを、障壁層を介して２次元平面上に配した固体Ｊ
ｌｉｌ像装置において、不純物ウェル層に対する電位設
定部と障壁層の所定１Ω所とを接続し、電荷蓄積層の電
位復帰時間を短縮させ、各単位セルについて耐ブルーミ
ング特性を維持したまま十分な電荷読出しを行えるよう
にし、全体としてのシェーディングをなくすことができ
るようにした点にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図示する実施例に基いて説明する。

第１図は本発明に係る固体搬像装置に用いる特別な単位
セルの断面図である。ここで第５図に示す通常の中位セ
ルと同一構成要素については同一符号を付し説明を省略
する。通常の単位セルとの相違は、電荷蓄積層３のかわ
りにＶ５壁層７が伸びている点である。しかもこの障壁
層７には光シールド膜８が直接接続している。また、電
荷蓄積層３がないため、オーバーフロードレインとして
のｐ型不純物ウェル２の浅い領［、ｂ不必要となってい
る。光シールド膜８はアルミニウム等の低抵抗月料から
成り、ｐ型不純物ウェル２の電位設定部またはその近く
に接続されている。従ってこのセルにおける障壁層７お
よびｐ型不純物ウェル２と電位設定部との間の抵抗成分
は非常に小さくなり、このセル付近における復帰時間Ｔ
が短くなることになる。

このような特別な単位セルを、第２図の下方、水平転送
チャネル１０付近に設けるようにづれば、下方に形成さ
れた通常の単位ヒルにおける復帰時間Ｔを短縮すること
ができる。第３図および第４図は、この特別な単位セル
の形成箇所の一例を示す図である。障壁層７に囲まれて
通常の単位セル１６（第５図に示すセル）が配されてい
る。特別の単位セル１７は、第３図に示づように通常の
単位レル１６を配すべき箇所に形成してもよいし、第４
図に示すように別な領域を設けて単独に形成してもよい
。後者の場合は、障壁層７を電荷蓄積層領域まで伸ばす
必要がない。

なお、上述の実施例では、電位設定部と障壁層７との接
続に、光シールド膜を配線層として利用したが、別な配
線層を設けて行うようにしてもよい。また、上述の実施
例は、ｐ型不純物ウェル２が浅い領域と深い領域との２
領域を有する例について説明したが、本発明はこのよう
な構造に限定されるものでもない。更に、本実施例では
信号として負電荷を取扱った例を示したが、信号として
正電荷を取扱う場合も、不純物の導電型、印加電圧の極
性等の条件を逆にすれば同様に本発明を適用することが
できる。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、不純物ウェル層上に形成
された単位画素セルを、Ｉ！Ｉｌ！壁層を介して２次元
平面上に配した固体撮像装置において、不　−純物ウエ
ル層に対する電位設定部と障壁層の所定箇所とを接続づ
るようにしたため、電荷蓄積層の電位復帰時間を短縮さ
せ、各単位セルについて耐ブルーミング特性を維持した
まま十分な電荷読出しを行えるようにづることができ、
全体としてのシェーディングをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体撮像装置に用いる特別な単位
セルの断面図、第２図は一般的な固体撮像装置の全体概
略橘成図、第３図および第４図は本発明に係る特別な単
位セルの形成箇所の一例を示す図、第５図は従来の一般
的な固体ＲｇＩ装置の通常の単位ヒルの断面図、第６図
および第７図は第５図に示す単位セルの動作を説明する
ボテンシレル図である。 １・・・「１型半導体基板、２・・・ｐ型不純物ウェル
、３・・・電荷蓄積層、４・・・電荷転送チャネル、５
・・・転送電極、６・・・読出しチＡ・ネル、７・・・
障壁層、８・・・光シールド膜、９・・・感光領域、１
０・・・水平転送チ１νネル、１０′・・・出力部、１
１．１１’・・・電荷転送チャネル４の電位、１２．１
２・・・読出しチャネル６の電位、１３．１３’・・・
電荷蓄積ＷＩ３の電位、１４・・・蓄積電荷、１５・・
・ｐ型不純物ウェルの電位、１６・・・通常の単位セル
、１７・・・特別の単位セル。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 第２図 第３図　　　　　第４図 第５図 第６図 第７図 手続ネｔｉｌ正書 昭和６１年２月９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体基板内に形成され所定の電位に
   設定される第２導電型の不純物ウェル層と、前記不純物
   ウェル層内に形成され、入射光を光電変換して得られた
   信号電荷を一時蓄積する電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層
   内の蓄積電荷を読出す読出しチャネルと、前記電荷蓄積
   層中の過剰電荷を掃出す排出手段と、を有する単位セル
   を、前記第２導電型の不純物を含む障壁層を介して２次
   元平面上に配し、前記読出しチャネルから読出された電
   荷を一方向に転送する第１の転送チャネルと、前記第１
   の転送チャネルから転送されてきた電荷を前記転送方向
   と直交する方向に転送する第２の転送チャネルと、を備
   える固体撮像装置において、前記障壁層の所定の接続箇
   所と前記不純物ウェル層に対する電位設定部とを低抵抗
   要素を介して電気的に接続したことを特徴とする固体撮
   像装置。 ２、障壁層の接続箇所が、第２の転送チャネル付近に設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲１項記載
   の固体撮像装置。 ３、障壁層の接続箇所が、単位セル形成位置に設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の固体撮像装置。 ４、電気的に接続する低抵抗要素として、入射光の遮蔽
   に用いる遮蔽膜を用いることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の固体撮像装置。